深入解析Microchip HCS370 KEELOQ® 代码跳变编码器

在电子工程师的日常工作中，安全可靠的远程无钥匙进入（RKE）系统设计是一个重要的课题。Microchip的HCS370 KEELOQ® 代码跳变编码器为这一领域提供了一个强大而安全的解决方案。今天，我们就来深入探讨一下HCS370的特点、工作原理以及应用场景。

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一、HCS370概述

HCS370是一款专为安全的远程无钥匙进入（RKE）和安全远程控制系统设计的代码跳变编码器。它采用了KEELOQ® 代码跳变技术，结合了高安全性、小封装尺寸和低成本的优势，是单向认证系统和访问控制系统的理想选择。

二、主要特性

（一）安全性

1. 可编程参数：拥有两个可编程的32位序列号、两个可编程的64位编码器密钥和两个可编程的60位种子值，这些参数为系统提供了高度的安全性。
2. 唯一传输：每次传输的代码都是唯一的，传输代码长度为67/69位，其中包含32位跳变代码，有效防止了代码扫描和代码抓取等攻击手段。
3. 加密密钥保护：加密密钥具有读取保护功能，确保了数据的安全性。

（二）操作特性

1. 宽电压范围：支持2.05 - 5.5V的工作电压，适应多种电源环境。
2. 多按钮输入：提供六个按钮输入，可实现15种功能，满足不同的应用需求。
3. 可选波特率：具有四个可选的波特率，可根据实际情况进行调整。
4. 电池低电量信号：能够将电池低电量信号传输给接收器，提醒用户及时更换电池。
5. 非易失性同步数据：采用非易失性同步数据，确保系统在断电后仍能保持同步。
6. 多种调制方式：支持PWM、VPWM、PPM和Manchester调制方式，增加了系统的灵活性。
7. 按钮队列信息传输：可传输按钮队列信息，方便实现复杂的操作逻辑。
8. 双编码器功能：支持双编码器功能，允许两个制造商使用同一设备而无需使用相同的制造商代码。

（三）其他特性

1. 片上EEPROM：集成了片上EEPROM，用于存储用户可编程数据和同步计数器。
2. 片上调谐振荡器：具有片上调谐振荡器，频率在电压和温度变化时保持在±10%的范围内。
3. 内部下拉电阻：按钮输入具有内部下拉电阻，简化了外部电路设计。
4. LED输出：提供LED输出，可用于指示系统状态。
5. PLL控制：支持ASK和FSK的PLL控制，提高了射频性能。
6. 低外部组件数量：所需的外部组件数量较少，降低了系统成本和复杂度。
7. 升压稳压器：集成了升压稳压器，可满足不同的电源需求。

三、工作原理

（一）系统概述

HCS370的核心是KEELOQ® 代码跳变技术。在使用前，需要将一些重要参数加载到片上EEPROM中，包括序列号、加密密钥和初始同步值。加密密钥的生成通常将发射器序列号和64位制造商代码输入到密钥生成算法中。

（二）代码字生成

当按钮被按下时，编码器会读取按钮输入并更新同步计数器。同步计数器和加密密钥被输入到加密算法中，输出32位加密信息，即跳变代码。跳变代码与按钮信息和序列号组合形成传输给接收器的代码字。

（三）接收器学习

在使用发射器之前，接收器需要“学习”发射器。学习过程包括计算发射器的加密密钥、解密接收到的跳变代码、存储序列号、同步计数器值和加密密钥。接收器通常通过运行编码器序列号或种子通过密钥生成例程来计算加密密钥。

（四）正常操作

在正常操作中，接收器接收并评估每个接收到的消息。如果序列号来自已学习的发射器，则消息将被解密并验证同步计数器。最后，检查按钮状态以确定请求的操作。

四、EEPROM组织

HCS370的EEPROM分为三个部分，分别存储编码器1、编码器2和设备选项的相关信息。这些信息包括编码器密钥、种子值、同步计数器、序列号、判别值、调制格式等。通过对这些参数的编程，可以实现不同的功能和配置。

五、传输格式

（一）调制格式

HCS370支持四种不同的调制格式，包括脉冲宽度调制（PWM）、曼彻斯特（MAN）、可变脉冲宽度调制（VPWM）和脉冲位置调制（PPM）。可以通过调制选择（MSEL）配置选项进行选择。

（二）传输参数

传输由多个代码字组成，每个代码字包含前导码、头部和数据。代码字之间由保护时间分隔。保护时间、波特率、头部时间等参数可以通过相应的配置选项进行设置。

（三）其他选项

还可以通过配置选项设置起始/停止脉冲、唤醒序列等，以满足不同的应用需求。

六、特殊功能

（一）内部RC振荡器

HCS370内置了RC振荡器，控制所有逻辑输出的时序特性。振荡器频率在温度和电压变化时保持在±10%的范围内。

（二）RF使能和PLL接口

RFEN引脚在数据传输时会被驱动为高电平，与RF PLL接口。可以通过PLL接口选择（PLLSEL）配置选项选择ASK或FSK接口。

（三）LED输出

LED引脚在数据传输时会被驱动为低电平，LED开启时间可以通过LED开启时间选择（LEDOS）配置选项进行选择。

（四）升压稳压器

可以通过设置VIN电阻分压器和电感来创建自己的升压稳压器电路。WAIT选项可以延迟RF传输，直到COUT充电完成。SLEEP输出使能（SOEN）选项可以重新配置S5引脚，以节省升压稳压器的功耗。

（五）循环冗余校验（CRC）

CRC位用于检查数据的完整性，可检测所有单比特错误和66%的双比特错误。

（六）按钮队列信息（QUEUE）

可以通过队列计数器使能（QUEN）配置选项控制按钮队列的处理方式。当QUEN选项禁用时，设备最多可以记录两个连续的按钮按下；当QUEN选项启用时，队列位会被添加到标准代码字中。

七、编程规范

关于HCS370的编程规范，请参考Microchip文献中的“ HCS370 Programming Specifications”文档（DS41157）。

八、系统集成

（一）学习发射器

发射器必须先被接收器“学习”才能在系统中使用。学习过程包括接收和验证传输、生成加密密钥、解密消息、验证判别值和计数器值等步骤。

（二）解码器操作

解码器等待接收传输，比较接收到的序列号与已学习发射器的EEPROM表，以确定是否允许该发射器在系统中使用。如果是已学习的发射器，则解密传输并验证同步值。

（三）同步与解码器

KEELOQ技术采用了一种复杂的同步技术，通过一个三分区、旋转的同步窗口来确保系统的安全性。该技术可以阻止无效传输，同时实现与发射器的透明重新同步。

（四）安全考虑

HCS370的安全性基于保持发射器内部的秘密，即制造商密钥。为了保护系统安全，建议使用随机种子进行安全学习，以防止制造商密钥被破解。此外，还可以采取一些措施来提高系统的安全性，如增加计数器、使用单独的按钮功能等。

九、开发支持

Microchip为PIC® 微控制器和dsPIC® 数字信号控制器提供了一系列的软件和硬件开发工具，包括集成开发环境、编译器、汇编器、链接器、模拟器、仿真器、在线调试器、设备编程器等。这些工具可以帮助工程师更高效地开发和调试HCS370相关的应用。

十、电气特性

HCS370的电气特性包括最大额定值、直流特性和交流特性。在使用时，需要确保设备在规定的电气参数范围内工作，以保证系统的稳定性和可靠性。

十一、封装信息

HCS370提供了多种封装类型，包括PDIP、SOIC和TSSOP。每种封装都有其特定的尺寸和引脚配置，工程师可以根据实际需求选择合适的封装。

总结

Microchip的HCS370 KEELOQ® 代码跳变编码器是一款功能强大、安全可靠的编码器，适用于各种远程无钥匙进入和安全远程控制应用。通过深入了解其特性、工作原理和应用场景，工程师可以更好地设计和实现安全高效的系统。在实际应用中，还需要根据具体需求进行合理的配置和优化，以确保系统的性能和安全性。你在使用HCS370的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。