1 引言

由于環境溫度、濕度、油污等外界條件對諸如預付費水表、預付費燃氣表、預付費熱量表等接觸式卡表的影響明顯，卡座磨損、腐蝕，以及潮氣、灰塵等大大縮短了對卡表的使用壽命，因此非接觸卡表已成為當前發展趨勢。這里給出了一種基于射頻器件MFRC522的智能儀表設計，提高了智能儀表的使命壽命。

2 MFRC522簡介

2.1 MFRC522的特點

MFRC522采用串行通信方式與主機通信，可根據用戶需求，選用SPI、I2C或串行UART工作模式，有利于減少連線，縮小PCB板面積，降低成本。MFRC522主要特點如下：

高度集成的調制解調電路，采用少量外部器件，即可將輸出驅動級接至天線；

支持ISO／IEC 14443 FypeA接口和MIFARE通信協議：

支持多種主機接口：10 Mbit／s的SPI接口；I2C接口，快速模式的速率為400 Kbit／s，高速模式的速率為3 400 Kbit／s；串行UART，傳輸速率可以高達1 228.8 Kbit／s，幀取決于RS232接口；

特有的發送器掉電機制可關閉內部天線驅動器，即關閉RF場，達到低功耗；

內置溫度傳感器，在過熱時自動停止RF發射；

獨立的多組電源供電，避免相互干擾，優化EMC特性和信號退耦性能；

2.5 V～3.6 V的低壓、低功耗，采用5 mm×5 mm×0.85 mm的超小型HVQFN32封裝。

2.2 MFRC522的內部結構

MFRC522的內部結構框圖如圖1所示。MFRC522支持可直接相連的各種微控制器接口，如SPI、I2C和串行UART。MFRC522能使其接口復位自動檢測上電或硬復位的當前微控制器接口類型。可通過復位控制引腳的邏輯電平來識別微控制器接口。數據處理部分實現數據并行一串行轉換。可支持CRC和奇偶校驗。

由于MFRC522以完全透明的模式操作，因而支持ISO14443A所有層。狀態和控制部分用于配置器件，以適應環境影響并使性能達到最佳。當MFRC522與MIFARE通信時，使用高速CRYPTO1流密碼單元和一個可靠的非易失性密鑰存儲器。模擬電路包含超低阻抗橋驅動器輸出的發送部分。這樣可使其最大操作距離達到100 mm。接收器檢測弱應答信號并對其解碼。

MFRC522有4頁共64個的寄存器，用于發送接收數據。第0頁為命令和狀態寄存器，用于設置數據通訊及其和狀態標志；第1頁為命令寄存器，用于控制并設置發射器和接收器；第2頁為內部結構寄存器，用于控制發射引腳及設置定時器；第3頁為測試模式寄存器，主要用于芯片測試。

MFRC522利用多種命令完成對寄存器的設置和操作，進而實現對射頻卡的讀、寫、校驗等操作。表1列出了MFRC522的操作命令。

2.3 MFRC522的工作原理

系統通過與MFRC522連接的天線和IC卡線圈產生共振來傳遞數據，從而完成模塊與卡間的通訊。MFRC522根據寄存器的設置來調制發送緩沖區數據進而得到發送信號，以TX1、TX2引腳驅動天線產生電磁波的形式發送，IC卡采用RF場的負載調制進行響應。同時天線檢測到IC卡的響應信號后，經過天線匹配傳送到RX引腳，MFRC522內部接收緩沖器對其信號進行檢測、解調，并根據寄存器的設置進行相應處理，再將其數據發送至單片機。

3 MFRC522在智能儀表中的應用

3.1 智能儀表的要求

由于大多數智能儀表是由電池供電的，它要求射頻模塊在保證正常數據通訊的同時，功耗越低越好。MFRC522可以提供多種降低功耗的方法，包括軟掉電、硬掉電等。軟掉電時，MFRC522的功耗是10μA，硬掉電，MFRC522的功耗為5μA。而對于靜態功耗只有3μA～4μA的產品來說，5μA的功耗仍不能滿足要求。因此，可將MFRC522的NRSTPD引腳通過一只100 kΩ電阻接至DVCC。對卡無操作時，控制DVCC使MFRC522完全斷電，使功耗降至最低，并采用按鍵或干簧管實現觸發程序，向MFRC522供電。

3.2 接口方式

MFRC522可提供三種接口方式，如表2所示，根據所采用的單片機選擇相應的接口方式。

以MSP430F413為例，選用I2C接口方式，其連接圖如圖2所示。由于單片機MSP430F413無I2C接口功能的端口線，因此采用I／O模擬I2C時序。

3.3 天線匹配電路

從TX1和TX2引腳發射的信號是已調制的13.56 MHz載波信號，輔以多個無源器件實現匹配和濾波功能，以直接驅動天線。