基于MSP430F413单片机和MFRC522芯片实现低功耗预付费水表的设计
非接触式智能卡（射频卡）以其高度安全保密性、通信高速性、使用方便性广泛应用于三表行业，实现预付费功能，使人们生活质量有了很大的提高。射频卡技术应用于水表将是智能水表的一次伟大革命。
mf rc522是philips公司针对三表最新推出的一款非接触式低功耗读写基站芯片，它是应用于13.56mhz非接触式通信中高集成读卡ic系列中的一员。该读卡ic系列利用了先进的调制和解调概念，完全集成了13.56mhz下所有类型的被动非接触式通读方式和协议。mf rc522支持iso14443a所有的层，传输速度最高达424kbps，具有三种主机接口方式：spi模式、uart模式、i2c模式。
本设计采用msp430系列超低功耗16位单片机为主控芯片，系统3.3v供电完全适合mfrc522供电要求，实现了低功耗的完美结合。
1 系统设计
该系统以ti msp430f413单片机为核心，工作电压为1.8v～3.6v，内置lcd驱动器24%26;#215;4段，可以缩小体积、降低成本，在休眠模式下典型电流仅为0.7μa；采用内部flash保存用水数据、剩余水量和水表状态信息；电源监控采用理光r3111e（可根据设定的门限电压选择相应的型号）；水表阈门采用2.5v～6v直流电机，当人为破坏水表或所购买水量低于设定值时，水表报警并及时关掉阀门，同时将数据保存在内部flash中；采用mfrc522读写芯片读写mifare 1 s50卡片实现预付费功能。系统框如图1所示。
本设计利用rc522 uart模式与单片机通信，由于msp430f413没有硬件串口，故需使用timera模拟串口，如图2所示。
对于msp430f413而言，p1.0（timera捕获/比较输出口）口是uart的tx，p1.1（timera捕获/比较输出口）是uart的rx。
2 mfrc522命令寄存器及基本指令集
2．1 命令寄存器commandreg（0x01）
mf rc522内部有64个寄存器，共分4页：page0：command and status；page1：command；page2：cfg；page3：test。mf rc522通过内部寄存器的读写控制与mifare 1 ic卡数据通信。
commandreg命令控制字如表1所示。
command命令类别如表2所示。
2．2 基本指令集
mf rc522有14种基本指令集，实现不同方式的数据传输，如表3所示。
3 软件设计
msp430f413首先对mf rc522进行初始化配置，寄存器设置好后，mf rc522可以接收控制执行命令执行操作，实现与mifare 1 s50卡片通信；mifare 1 s50卡根据接收到的指令进行相应操作。但是msp430f413并不是通过简单的指令就可以读写ic卡片，需要一系列的操作才能完成通信。主要包括：（1）请求唤醒；（2）防重叠；（3）选择卡片；（4）密码认证；（5）读写操作。
msp430f413对mifare 1 s50卡片操作流程，如图3所示。
3．1 请求request std/request all
当在天线有效工作距离内检测到卡片，mf rc522发送request std/request all请求指令，卡片接收到请求指令后返回握手信号，从而判断操作是否成功。
request std（0x26）连续读卡指令
request all（0x52）非连续读卡指令
3．2 atcollision（防重叠）
mf rc522能够防止多张卡片重叠造成的数据错误。当在天线有效工作距离内检测到多张卡片时，mcu读取序列号进行判断检测。
mifare 1 s50卡具有全球唯一4个字节的序列号，sn存放在sector0的block0内前4个字节，第5个字节存放校验码（4字节异或结果），mcu控制循环读取序列号，直到读取一个校验正确的序列号后，保存并退出循环；当然出错也会退出循环。
sector0的block0数据格式如表4所示。
3．3 select（选择卡片）
将anticollision操作读取的序列号sn 4个字节还有异或的校验码发送到mifare 1 s50卡上，卡片接收后与自身sn及校验码核对，只有完全一样才能选定卡片。
3．4 authentication（密码认证）
mifare 1 s50卡有1kb容量，分为16个扇区：sector0到sector15，每个sector（扇区）包括4个block（块），每个block具有16个byte的存储容量。block被分为block0至block3；整个mifare 1 s50非接触式智能卡共有64个block。
每个sector的block3都存放着本扇区自己的密码keya、keyb和access bits。通过access bits设置密码方式和数据块类型（write/read或value）。
只有密码完全认证通过后，才可以对卡片进行write/read操作。
3．5 write/read（读写操作）
authentication密码认证通过后，可以对64block进行读写操作。其中sector0中的block0只能执行读操作。mifare 1 s50读写时是以block为单位的，读或写都是针对整个block 16字节的数据，不能单个字节读写。为了确保数据的正确性，可进行数据校验。
3．6 decrement/increment（增值和减值操作）
当数据块通过设置access bits配置成value型时，可以对其进行decrement/increment操作。为了防止数据出错，value block设有复杂的数据格式。value重复存放3次，其中原码存放2次，补码再存放1次；adr重复存放4次，其中原码存放2次，补码再存放2次。
value：增值或减值 adr：操作block地址
执行decrement/increment后，把结果存放在内部数据缓冲寄存器中，等待transfer指令操作写入指定的目标block中。
3．7 restore
restore指令是将mifare 1 s50内某一block内容读出，存放在内部数据缓冲寄存器中，等待tranfer指令操作写入指定的目标block中，相当于复制block a到block b中。
3.8 transfer（传送）
transfer指令操作是将内部数据缓冲区内数据传送到目标block中。执行decrment/increment和restore指令操作都需要transfer指令，数据才能成功传输。
3.9 halt（停机）
halt指令操作将结束mf rc522与mifare s50通信。
mf rc522作为新一代非接触ic卡与传统的ic卡相比有着很大的优势，具有较强的保密性能和防碰撞功能，特别是采用低电压供电大大降低功耗，能够与超低功耗msp430单片机结合实现低功耗预付费水表的设计。
Wolfson推出高效能多信道音频方案
7nm处理器产能现在成为问题了吗
手机壳气密性检测设备的工作原理以及应用
研究人员设计了一款能够实时测量血小板强度的微流控装置
北京宝沃复活失败，申请破产清算
基于MSP430F413单片机和MFRC522芯片实现低功耗预付费水表的设计
腔镜手术机器人研发商术锐完成近3亿元B轮融资
IC设计：软硬件交互-polling方式
UART自动波特率识别程序设计方案
调节阀和控制阀的区分
紫光集团与中国电信在芯云领域已展开良好合作
苹果供应链还没完全恢复 大规模生产要到5月份
世平集团所代理产线ADI针对DSC提出一系列解决方案
串口转WIFI模块
机器人和人工智能科技成为常态，会造成现有劳动力的失业吗？
消息 传滴滴亏损109亿 苹果春季发布会时间3月25日
Iphone5S/5C拆机秘密武器大曝光！
一款轻巧多模的无线充电鼠标雷柏M300S
德国对特斯拉触摸屏失灵问题进行调查
是德科技出席首届“全球5G 大会”并展示最新5G创新与合作成果
mf rc522是philips公司针对三表最新推出的一款非接触式低功耗读写基站芯片，它是应用于13.56mhz非接触式通信中高集成读卡ic系列中的一员。该读卡ic系列利用了先进的调制和解调概念，完全集成了13.56mhz下所有类型的被动非接触式通读方式和协议。mf rc522支持iso14443a所有的层，传输速度最高达424kbps，具有三种主机接口方式：spi模式、uart模式、i2c模式。
本设计采用msp430系列超低功耗16位单片机为主控芯片，系统3.3v供电完全适合mfrc522供电要求，实现了低功耗的完美结合。
1 系统设计
该系统以ti msp430f413单片机为核心，工作电压为1.8v～3.6v，内置lcd驱动器24%26;#215;4段，可以缩小体积、降低成本，在休眠模式下典型电流仅为0.7μa；采用内部flash保存用水数据、剩余水量和水表状态信息；电源监控采用理光r3111e（可根据设定的门限电压选择相应的型号）；水表阈门采用2.5v～6v直流电机，当人为破坏水表或所购买水量低于设定值时，水表报警并及时关掉阀门，同时将数据保存在内部flash中；采用mfrc522读写芯片读写mifare 1 s50卡片实现预付费功能。系统框如图1所示。
本设计利用rc522 uart模式与单片机通信，由于msp430f413没有硬件串口，故需使用timera模拟串口，如图2所示。
对于msp430f413而言，p1.0（timera捕获/比较输出口）口是uart的tx，p1.1（timera捕获/比较输出口）是uart的rx。
2 mfrc522命令寄存器及基本指令集
2．1 命令寄存器commandreg（0x01）
mf rc522内部有64个寄存器，共分4页：page0：command and status；page1：command；page2：cfg；page3：test。mf rc522通过内部寄存器的读写控制与mifare 1 ic卡数据通信。
commandreg命令控制字如表1所示。
command命令类别如表2所示。
2．2 基本指令集
mf rc522有14种基本指令集，实现不同方式的数据传输，如表3所示。
3 软件设计
msp430f413首先对mf rc522进行初始化配置，寄存器设置好后，mf rc522可以接收控制执行命令执行操作，实现与mifare 1 s50卡片通信；mifare 1 s50卡根据接收到的指令进行相应操作。但是msp430f413并不是通过简单的指令就可以读写ic卡片，需要一系列的操作才能完成通信。主要包括：（1）请求唤醒；（2）防重叠；（3）选择卡片；（4）密码认证；（5）读写操作。
msp430f413对mifare 1 s50卡片操作流程，如图3所示。
3．1 请求request std/request all
当在天线有效工作距离内检测到卡片，mf rc522发送request std/request all请求指令，卡片接收到请求指令后返回握手信号，从而判断操作是否成功。
request std（0x26）连续读卡指令
request all（0x52）非连续读卡指令
3．2 atcollision（防重叠）
mf rc522能够防止多张卡片重叠造成的数据错误。当在天线有效工作距离内检测到多张卡片时，mcu读取序列号进行判断检测。
mifare 1 s50卡具有全球唯一4个字节的序列号，sn存放在sector0的block0内前4个字节，第5个字节存放校验码（4字节异或结果），mcu控制循环读取序列号，直到读取一个校验正确的序列号后，保存并退出循环；当然出错也会退出循环。
sector0的block0数据格式如表4所示。
3．3 select（选择卡片）
将anticollision操作读取的序列号sn 4个字节还有异或的校验码发送到mifare 1 s50卡上，卡片接收后与自身sn及校验码核对，只有完全一样才能选定卡片。
3．4 authentication（密码认证）
mifare 1 s50卡有1kb容量，分为16个扇区：sector0到sector15，每个sector（扇区）包括4个block（块），每个block具有16个byte的存储容量。block被分为block0至block3；整个mifare 1 s50非接触式智能卡共有64个block。
每个sector的block3都存放着本扇区自己的密码keya、keyb和access bits。通过access bits设置密码方式和数据块类型（write/read或value）。
只有密码完全认证通过后，才可以对卡片进行write/read操作。
3．5 write/read（读写操作）
authentication密码认证通过后，可以对64block进行读写操作。其中sector0中的block0只能执行读操作。mifare 1 s50读写时是以block为单位的，读或写都是针对整个block 16字节的数据，不能单个字节读写。为了确保数据的正确性，可进行数据校验。
3．6 decrement/increment（增值和减值操作）
当数据块通过设置access bits配置成value型时，可以对其进行decrement/increment操作。为了防止数据出错，value block设有复杂的数据格式。value重复存放3次，其中原码存放2次，补码再存放1次；adr重复存放4次，其中原码存放2次，补码再存放2次。
value：增值或减值 adr：操作block地址
执行decrement/increment后，把结果存放在内部数据缓冲寄存器中，等待transfer指令操作写入指定的目标block中。
3．7 restore
restore指令是将mifare 1 s50内某一block内容读出，存放在内部数据缓冲寄存器中，等待tranfer指令操作写入指定的目标block中，相当于复制block a到block b中。
3.8 transfer（传送）
transfer指令操作是将内部数据缓冲区内数据传送到目标block中。执行decrment/increment和restore指令操作都需要transfer指令，数据才能成功传输。
3.9 halt（停机）
halt指令操作将结束mf rc522与mifare s50通信。
mf rc522作为新一代非接触ic卡与传统的ic卡相比有着很大的优势，具有较强的保密性能和防碰撞功能，特别是采用低电压供电大大降低功耗，能够与超低功耗msp430单片机结合实现低功耗预付费水表的设计。
Wolfson推出高效能多信道音频方案
7nm处理器产能现在成为问题了吗
手机壳气密性检测设备的工作原理以及应用
研究人员设计了一款能够实时测量血小板强度的微流控装置
北京宝沃复活失败，申请破产清算
基于MSP430F413单片机和MFRC522芯片实现低功耗预付费水表的设计
腔镜手术机器人研发商术锐完成近3亿元B轮融资
IC设计：软硬件交互-polling方式
UART自动波特率识别程序设计方案
调节阀和控制阀的区分
紫光集团与中国电信在芯云领域已展开良好合作
苹果供应链还没完全恢复 大规模生产要到5月份
世平集团所代理产线ADI针对DSC提出一系列解决方案
串口转WIFI模块
机器人和人工智能科技成为常态，会造成现有劳动力的失业吗？
消息 传滴滴亏损109亿 苹果春季发布会时间3月25日
Iphone5S/5C拆机秘密武器大曝光！
一款轻巧多模的无线充电鼠标雷柏M300S
德国对特斯拉触摸屏失灵问题进行调查
是德科技出席首届“全球5G 大会”并展示最新5G创新与合作成果