基于ISO14443 TypeA标准读写器的设计与实现

摘 要：文中以ST公司的超低功耗单片机STM8L152C6T6为主控芯片，控制恩智浦公司的高集成度读写器芯片MFRC522，设计实现了遵循ISO/IEC14443A协议的读写器模块，该模块提供了用户二次开发功能，可方便地集成到用户应用系统中。同时读写模块还具有在线编程特性，因此可以很方便地供用户使用读写模块继续开发RFID卡应用产品。

关键词：STM8L；低功耗；RFID；MFRC522

The design and application of reading and writing

based on ISO14443 TypeA standard

WEI Xing1，LI Mei2

（School of Information Engineering，Inner Mongolia University of Science and Technology,

Baotou 014010）

Abstract: With ST company's low power consumption MCU STM8L152C6T6 as the controller chip, This design controlled NXP company's high level of integration card reader MFRC522 chip. The paper designed and implemented the follow card reader module withISO/IEC14443A agreement. The paper designed and implemented the follow card reader module with ISO/IEC14443A agreement. This module maked second development function available for users, and can be easily integrated into the user's application system. At the same time, reading and writing module also has online programming characteristic and so it can be easily for the user to continue the development of reading and writing module based on RFID card application products.

Keywords: STM8L; low power consumption; RFID；MFRC522

射频识别作为一种非接触式的自动识别技术，已从物联网应用领域扩展至工业监控领域。针对这一需求研究射频识别技术、开发相应产品已成了相关科技人员的重点研究方向之一。本文介绍的基于ISO14443 TypeA标准的低功耗RFID读写器正是基于上述需求研发的。

1 低功耗STM8L控制芯片

在互补金属氧化物半导体(CMOS)数字逻辑电路中，功耗取决于静态功耗和动态功耗两个因素之和。静态功耗主要由晶体管的偏置电流和漏电流产生；动态功耗则取决于电源电压和工作时钟频率。当CMOS逻辑电路以一定时钟频率运行时，静态功耗与动态功耗相比是可以忽略的。但在低功耗模式下、时钟不再运行时，静态功耗则是主要的功耗源。因此，功耗主要取决于微控制器单元(MCU)的芯片面积、MCU电源电压、时钟频率、激活的外设数目或使用的MCU功能数目 、工作模式等。

依据上述因素来分析STM8L如何降低功耗。

MCU电源电压。STM8L工作电压为1.8～3.6 V，其芯片中嵌入了2个稳压器，主稳压器(MVR)和低功耗稳压器(LPVR)，在不同的功能模式对内部数字电路提供1.65 V以上电压。

时钟频率。在运行模式下，可选择STM8L内部两种时钟源(16 MHz内部高速RC振荡器(HSI)和128 kHz的内部低速RC振荡器(LSI))，且不影响外设时钟情况下，降低CPU的时钟频率。(CPU时钟分频数为1到128)

减少外设时钟配置。STM8L通过设置外设门控时钟(PCG)来减少未使用的外设时钟来降低功耗。

工作模式。STM8L芯片具有4种主要的低功耗模式。有低功耗运行模式(CPU运行模式下功耗为5.4 μA)、低功耗等待模式(CPU停止，外设保持工作，功耗为3.3 μA)、活跃暂停模式(CPU停止，自动唤醒模式打开，功耗为1.0 μA)、暂停模式(所有时钟关闭，自动唤醒模式关闭，功耗为0.4 μA)。

因此，STM8L在多种低功耗模式下低于MSP430、HCS08和Microchip的nanoWattXLP，在现有的RFID读写器MCU选型下为超低功耗芯片之一。

2 硬件组成

读写器如图1所示，包括MCU、读卡器芯片、天线及其滤波匹配电路、RS232接口、RS485接口、LCD显示、蜂鸣器、工作指示灯等基本模块。在该结构中MCU通过SPI方式与MFRC522连接，供电电压均为3.3 V，所以不需要的电压转换电路，外接一个天线及简单的滤波匹配电路，即可实现与卡片的通信。同时，通信接口加入了可用于工业现场设备通信或与其它设备通信的RS485接口。

MCU选用ST公司的超低功耗单片机STM8 L152C6T6，该单片机是一款8位微控制器，高达16 MIPS的CPU性能和1.8～3.6 V的电压范围，有助于现有的8位系统向电压更低的电源过渡。存储器包括2 kB的内部SRAM、多达32 kB的Flash和1 kB的EERPOM。芯片内部包含12位ADC/DAC转换器，最多有25条通道，转换时间小于3 ms；先进的16位控制定时器，其它外设包括一个I2C接口、一个USART接口和一个SPI接口。其性能优于51系列，性价比高于TI公司的16位芯片MSP430。