一、概述
特点：
- 自动识别技术的一种。
- 通过无线射频方式进行非接触双向数据通信
- 利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。
典型的RFID系统主要包括两部分:射频卡/标签（Tag）和读写器( Reader) 。其系统结构和基本工作原理如图1所示。当前RFID技术研究主要集中在工作频率选择、天线设计、防冲突技术和安全与隐私保护等方面。
标签适用于对象身份识别，对象可以是人或物体。标签的主要模块集成在一个芯片中，完成与读写器通信的功能;芯片上有内存用来存储ID或其他数据，其容量从几个比特到几千个比特;芯片外围连接天线或电池。
RFID标签依据发送射频信号的方式不同，分为主动式(Active）和被动式( Passive)两种，
主动式标签特点：
- 能主动向读写器发送射频信号，
- 通常由内置电池供电，又称为有源标签，
- 通信距离远，其价格相对较高，主要应用于贵重物品远距离检测等应用领域。
被动式标签特点：
- 被动式标签不带电池，又称为无源标签，
- 从读写器的询问信号中获取能量工作，具有价格便宜的优势。
- 工作距离短、存储容量有限，主要用于近距离识别系统。
读写器主要由一个RF模块和控制单元组成，通常有内置天线，通过射频信号与标签通信。读写器可以通过有线连接或无线连接与计算机系统相连，把接收到的标签信息送到主机进行相应处理。
二、RFID模块介绍
1、 芯片特点：
- 高度集成的非接触式（13.56MHz）读写卡芯片，此发送模块利用调制和调节的原理，并将它们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中。
- 它支持ISO14443A/MIFARE。
- 支持I2C、SPI、串口通信接口。
- 只能工作于从模式，最高传输速率为10 Mbps
2、 参数介绍：
3、接口说明
4、RFID卡识别过程：
（1）寻卡
（2）防冲突
在很多应用场合，读写器要在很短时间内尽快识别多个标签。由于读写器和标签通信共享无线信道，读写器或标签的信号可能发生冲突，使读写器不能正确识别标签，即发生了碰撞(Collision),
（3）选卡
选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。
(4）操作卡
选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。）
三、S50非接触式IC卡性能简介
1、 主要指标
- 容量为8K位EEPROM
- 分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位
- 每个扇区有独立的一组密码及访问控制
- 每张卡有唯一序列号，为32位
- 具有防冲突机制，支持多卡操作
- 无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路
- 数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次
- 工作温度：-20℃~50℃(湿度为90%)
- 工作频率：13.56MHZ
- 通信速率：106 KBPS
- 读写距离：10 cm以内（与读写器有关）
2、 存储结构
（1）M1卡分为16个扇区，每个扇区由4块（块0、块1、块2、块3）组成，（我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为0~63，存贮结构如下图所示：
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|
|
|
|
|
|
|
块0 |
|
数据块 |
0 |
|
扇区0 |
块1 |
|
数据块 |
1 |
|
|
块2 |
|
数据块 |
2 |
|
|
块3 |
密码A 存取控制 密码B |
控制块 |
3 |
|
|
块0 |
|
数据块 |
4 |
|
扇区1 |
块1 |
|
数据块 |
5 |
|
|
块2 |
|
数据块 |
6 |
|
|
块3 |
密码A 存取控制 密码B |
控制块 |
7 |
|
|
|
∶ ∶ ∶
|
|
|
|
|
0 |
|
数据块 |
60 |
|
扇区15 |
1 |
|
数据块 |
61 |
|
|
2 |
|
数据块 |
62 |
|
|
3 |
密码A 存取控制 密码B |
控制块 |
63 |
（2）第0扇区的块0（即绝对地址0块），它用于存放厂商代码，已经固化，不可更改。
（3）每个扇区的块0、块1、块2为数据块，可用于存贮数据。
数据块可作两种应用：
★ 用作一般的数据保存，可以进行读、写操作。
★ 用作数据值，可以进行初始化值、加值、减值、读值操作。
（4）每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存取控制、密码B。具体结构如下：
A0 A1 A2 A3 A4 A5 FF 07 80 69 B0 B1 B2 B3 B4 B5密码A（6字节） 存取控制（4字节） 密码B（6字节）
（5）每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（包括数据块和控制块）的存取条件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,
定义如下：
块0： C10 C20 C30
块1： C11 C21 C31
块2： C12 C22 C32
块3： C13 C23 C33
三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限（如 进行减值操作必须验证KEY A，进行加值操作必须验证KEY B，等等）。三个控制 位在存取控制字节中的位置，以块0为例：
对块0的控制：
bit 7 6 5 4 3 2 1 0
|
字节6 |
|
|
|
C20_b |
|
|
|
C10_b |
|
字节7 |
|
|
|
C10 |
|
|
|
C30_b |
|
字节8 |
|
|
|
C30 |
|
|
|
C20 |
|
字节9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
( 注： C10_b表示C10取反 )
存取控制（4字节，其中字节9为备用字节）结构如下所示：
bit 7 6 5 4 3 2 1 0
|
字节6 |
C23_b |
C22_b |
C21_b |
C20_b |
C13_b |
C12_b |
C11_b |
C10_b |
|
字节7 |
C13 |
C12 |
C11 |
C10 |
C33_b |
C32_b |
C31_b |
C30_b |
|
字节8 |
C33 |
C32 |
C31 |
C30 |
C23 |
C22 |
C21 |
C20 |
|
字节9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
( 注： _b表示取反 )
（6）数据块（块0、块1、块2）的存取控制如下：
|
控制位（X=0..2）
|
访 问 条 件 （对数据块 0、1、2） |
|||||
|
C1X |
C2X |
C3X |
Read |
Write |
Increment |
Decrement, transfer, Restore |
|
0 |
0 |
0 |
KeyA|B |
KeyA|B |
KeyA|B |
KeyA|B |
|
0 |
1 |
0 |
KeyA|B |
Never |
Never |
Never |
|
1 |
0 |
0 |
KeyA|B |
KeyB |
Never |
Never |
|
1 |
1 |
0 |
KeyA|B |
KeyB |
KeyB |
KeyA|B |
|
0 |
0 |
1 |
KeyA|B |
Never |
Never |
KeyA|B |
|
0 |
1 |
1 |
KeyB |
KeyB |
Never |
Never |
|
1 |
0 |
1 |
KeyB |
Never |
Never |
Never |
|
1 |
1 |
1 |
Never |
Never |
Never |
Never |
（KeyA|B 表示密码A或密码B，Never表示任何条件下不能实现）
例如：当块0的存取控制位C10 C20 C30=1 0 0时，验证密码A或密码B正确后可读；
验证密码B正确后可写；不能进行加值、减值操作。
（7）控制块块3的存取控制与数据块（块0、1、2）不同，它的存取控制如下：
|
|
|
|
密码A |
存取控制 |
密码B |
|||
|
C13 |
C23 |
C33 |
Read |
Write |
Read |
Write |
Read |
Write |
|
0 |
0 |
0 |
Never |
KeyA|B |
KeyA|B |
Never |
KeyA|B |
KeyA|B |
|
0 |
1 |
0 |
Never |
Never |
KeyA|B |
Never |
KeyA|B |
Never |
|
1 |
0 |
0 |
Never |
KeyB |
KeyA|B |
Never |
Never |
KeyB |
|
1 |
1 |
0 |
Never |
Never |
KeyA|B |
Never |
Never |
Never |
|
0 |
0 |
1 |
Never |
KeyA|B |
KeyA|B |
KeyA|B |
KeyA|B |
KeyA|B |
|
0 |
1 |
1 |
Never |
KeyB |
KeyA|B |
KeyB |
Never |
KeyB |
|
1 |
0 |
1 |
Never |
Never |
KeyA|B |
KeyB |
Never |
Never |
|
1 |
1 |
1 |
Never |
Never |
KeyA|B |
Never |
Never |
Never |
例如：当块3的存取控制位C13 C23 C33=1 0 0时，表示：
密码A：不可读，验证KEYA或KEYB正确后，可写（更改）。
存取控制：验证KEYA或KEYB正确后，可读、可写。
密码B：验证KEYA或KEYB正确后，可读、可写。
3、工作原理
卡片的电气部分只由一个天线和ASIC组成。
天线：卡片的天线是只有几组绕线的线圈，很适于封装到IS0卡片中。
ASIC：卡片的ASIC由一个高速（106KB波特率）的RF接口，一个控制单元和一个8K位EEPROM组成。
原理：读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。
4、M1射频卡与读写器的通讯
- 复位应答（Answer to request）
M1射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证卡片的卡型。
- 防冲突机制 (Anticollision Loop)
当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。
- 选择卡片(Select Tag)
选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。
- 三次互相确认(3 Pass Authentication)
选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。）
5、对数据块的操作
- 读(Read)：读一个块；
- 写 (Write）：写一个块；
- 加（Increment）：对数值块进行加值；
- 减（Decrement）：对数值块进行减值；
- 存储（Restore）：将块中的内容存到数据寄存器中；
- 传输（Transfer）：将数据寄存器中的内容写入块中；
- 中止（Halt）：将卡置于暂停工作状态；
三、模块连接
RFID使用SPI接口时，要使用到七个管脚，分别为VCC、GND、SDA(CS)、SCK、MOSI、MISO、RST.对应连接到STM32F407主板的U13接口的2、1、4、5、6、7、8。
四、代码编写
功能要求：
（1）读出RFID标签卡的序号和校验码。
（2）显示卡容量。
（3）向卡中写入数据，并读出数据查看写入是否正确。
SPI模式分析：
由RC522规格书可知SPI接口只支持模式3：
（1）main函数
while(1)
{
MFRC522_Initializtion();
MFRC522Test();
delay_s(1);
}
（2）MFRC522的初始化
主要做gpio初始化，复位、定时器计数器设置、模块启动和打开天线的功能。
void MFRC522_Initializtion(void)
{
STM32_SPI1_Init();
MFRC522_Reset();
//Timer: TPrescaler*TreloadVal/6.78MHz = 0xD3E*0x32/6.78=25ms
Write_MFRC522(TModeReg,0x8D); //TAuto=1为自动计数模式，受通信协议影向。低4位为预分频值的高4位
//Write_MFRC522(TModeReg,0x1D); //TAutoRestart=1为自动重载计时，0x0D3E是0.5ms的定时初值//test
Write_MFRC522(TPrescalerReg,0x3E); //预分频值的低8位
Write_MFRC522(TReloadRegL,0x32); //计数器的低8位
Write_MFRC522(TReloadRegH,0x00); //计数器的高8位
Write_MFRC522(TxAutoReg,0x40); //100%ASK
Write_MFRC522(ModeReg,0x3D); //CRC初始值0x6363
Write_MFRC522(CommandReg,0x00); //启动MFRC522
//Write_MFRC522(RFCfgReg, 0x7F); //RxGain = 48dB调节卡感应距离
AntennaOn(); //打开天线
}
(3)MFRC522测试函数
//MFRC522数据区
u8 mfrc552pidbuf[18];
u8 card_pydebuf[2];
u8 card_numberbuf[5];
u8 card_key0Abuf[6]={0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};
u8 card_writebuf[16]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15};
u8 card_readbuf[18];
//MFRC522测试函数
void MFRC522Test(void)
{
u8 i,status,card_size;
//
status=MFRC522_Request(0x52, card_pydebuf);//寻卡
//
if(status==0) //如果读到卡
{
status=MFRC522_Anticoll(card_numberbuf);//防撞处理
card_size=MFRC522_SelectTag(card_numberbuf);//选卡
status=MFRC522_Auth(0x60, 4, card_key0Abuf, card_numberbuf); //验卡
status=MFRC522_Write(4, card_writebuf); //写卡（写卡要小心，特别是各区的块3）
status=MFRC522_Read(4, card_readbuf);//读卡
//MFRC522_Halt();//使卡进入休眠状态
//卡类型显示
printf("card_pydebuf:%02X %02X
",card_pydebuf[0],card_pydebuf[1]);
//卡序列号显示，最后一字节为卡的校验码
printf("Card Number:");
for(i=0;i<5;i++)
printf("%02X ",card_numberbuf[i]);
printf("
");
//卡容量显示，单位为Kbits
printf("Card Size:%xkbits
",card_size);
//读卡状态显示，正常为0
printf("Card Status:%d
",status);
//读一个块的数据显示
printf("Read data:");
for(i=0;i<18;i++)
printf("%02X ",card_readbuf[i]);
printf("
");
PFout(8)=1;
delay_ms(100);
PFout(8)=0;
delay_ms(100);
}
}