【高频RFID】RC522芯片介绍与HC32/STM32应用

一、芯片介绍

  RC522是NXP推出的高频RFID读卡芯片（PCD），工作于13.56MHz频段，支持ISO/IEC 14443 Type A标准，兼容MIFARE Classic、Ultralight、NTAG等标签类型。集成了射频发射、接收、编码、解码等多种功能，并支持多种高速非接触式通信协议。

1.1 芯片的优缺点分析

芯片优势
高集成度	芯片集成射频前端、调制解调器、加密引擎、SPI/I2C接口，无需复杂电路快速实现RFID读写功能
超低功耗	工作电压范围2.5V–3.3V，休眠模式下电流小于1μA
芯片局限
弱安全性	仅支持Crypto1加密算法（已被破解），易受重放攻击与密钥破解威胁，不适合高安全场景
​短读写距离	读写距离仅4–5cm，受天线尺寸与环境干扰影响大；对比CLRC663的10cm以上距离场景受限
协议单一	仅支持ISO14443-A协议，不支持Felica或ISO14443-B等协议

1.2 芯片天线设计

• 匹配电路参数​：天线谐振频率需严格匹配13.56MHz，典型匹配电路含 ​1–3μH电感与约50pF电容。失配会导致读写距离骤降。
• 布局与尺寸​：天线面积越大，磁场覆盖范围越广。推荐采用矩形环状天线​（尺寸≥5×5cm），并远离金属物体以减少涡流损耗。
• 电源与信号​：使用LDO稳压器单独供电，避免数字电路噪声耦合至射频模块；VCC与GND间并联100nF+10μF电容，抑制高频噪声。

1.3 芯片应用流程

• 寻卡​：探测是否有卡片进入感应区
• 防冲突​：如果有多张卡，选择其中一张进行通信
• ​选卡​：选定要操作的卡片
• 认证​：对于MIFARE Classic等有权限控制的卡片，需要进行密钥认证
• ​读写块数据​：对卡片的存储块进行读写操作
• ​休眠/唤醒​：控制卡片进入低功耗状态

二、RC522与MCU通讯（模拟SPI）

2.1 RC522功能引脚说明

RC522功能引脚
引脚编号	引脚名称	功能描述
6	NRSTPD	芯片掉电、复位引脚 掉电模式：低电平有效 复位模式：上升沿触发
11、13	TX1、TX2	13.56MHz天线驱动引脚 两个引脚输出经过调制的13.56MHz能量载波信号来驱动天线线圈 需调节外部匹配电路（线圈、电阻、电容）达到理想效果
23	IRQ	中断请求输出（如芯片检测到卡片，会产生下降沿中断信号）
24	SDA/RX/NSS	I2C模式：I2C数据线（SDA） UART模式：串行数据接收 SPI模式：SPI片选信号（NSS/CS），低电平有效
29	SCK	SPI模式：主控制器提供的同步时钟
30	MOSI	SPI模式：主出从入（MOSI），MCU向RC522发送数据
31	TX/MISO	UART模式：串行数据发送 SPI模式：主入从出（MISO），RC522向MCU发送数据

2.2 RC522寄存器常见命令说明

RC522寄存器命令
地址	名称	功能描述
0x01	CommandReg	启动和停止命令的执行
0x02	ComIEnReg	中断使能寄存器
0x04	ComIrqReg	中断请求标志寄存器
0x06	ErrorReg	错误寄存器
0x08	Status2Reg	发射、接收状态寄存器
0x09	FIFODataReg	64字节FIFO数据缓冲寄存器
0x0A	FIFOLevelReg	FIFO级别寄存器（缓冲区字节数）
0x0C	ControlReg	控制寄存器（控制FIFO缓冲区的行为）
0x11	ModeReg	模式寄存器（芯片发送、接收工作模式设置）
0x14	TxControlReg	发送器控制寄存器（控制天线驱动引脚TX1、TX2的输出模式和信号）
0x26	RFCfgReg	接收器增益参数寄存器（显著影响读写距离）

2.3 MCU通过SPI操作RC522寄存器

  主从式​​连接中，SPI 使用 4 根信号线进行通信。对于模拟SPI，MCU需要控制SCK、MOSI、MISO、CS 这4个GPIO 引脚；针对HC32的MCU，模拟SPI引脚定义以及初始化如下：

#define RC522_PORT 			    (PortA)
#define RC522_RST_PIN 		    (Pin11)			# 复位引脚
#define SPI_CS_PIN 		    	(Pin15)			# 片选引脚
#define SPI_SCK_PIN 		    (Pin08)			# 时钟引脚
#define SPI_SO_PIN 		    	(Pin09)			# MOSI引脚(MCU输出，芯片输入)
#define SPI_SI_PIN 		    	(Pin10)			# MISO引脚(MCU输入，芯片输出)#define RC522_RST_L() 	        PORT_ResetBits(RC522_PORT, RC522_RST_PIN)
#define RC522_RST_H() 	        PORT_SetBits(RC522_PORT, RC522_RST_PIN)#define SPI_CS_L() 		    	PORT_ResetBits(PortB, SPI_CS_PIN)
#define SPI_CS_H() 		    	PORT_SetBits(PortB, SPI_CS_PIN)#define SPI_SCLK_L()     		PORT_ResetBits(RC522_PORT, SPI_SCK_PIN)
#define SPI_SCLK_H()         	PORT_SetBits(RC522_PORT, SPI_SCK_PIN)#define SPI_SO_L() 	        	PORT_ResetBits(RC522_PORT,SPI_SO_PIN)
#define SPI_SO_H() 	        	PORT_SetBits(RC522_PORT, SPI_SO_PIN)/*** @Description: RC522引脚配置* @return {*}*/
void RC522_GPIO_Config(void)
{stc_port_init_t stcPortInit;MEM_ZERO_STRUCT(stcPortInit);stcPortInit.enPinMode = Pin_Mode_Out;stcPortInit.enExInt = Disable;stcPortInit.enPullUp = Enable;// 输出引脚配置PORT_Init(PortB, SPI_CS_PIN, &stcPortInit);PORT_Init(RC522_PORT, SPI_SCK_PIN, &stcPortInit);PORT_Init(RC522_PORT, SPI_SO_PIN, &stcPortInit);PORT_Init(RC522_PORT, RC522_RST_PIN, &stcPortInit);// 输入引脚配置stcPortInit.enPinMode = Pin_Mode_In;stcPortInit.enExInt = Disable;stcPortInit.enPullUp = Enable;PORT_Init(RC522_PORT, SPI_SI_PIN, &stcPortInit);	SPI_CS_H();SPI_SCLK_H();SPI_SO_H();
}

2.3.1 模拟SPI发送、接收函数

/*** @Description: 模拟SPI发送数据* @param data 发送数据*/
void SPI_RC522_SendByte(uint8_t data)
{for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {if (data & 0x80) {SPI_SO_H();} else {SPI_SO_L();}SPI_SCLK_H();data <<= 1;SPI_SCLK_L();Ddl_Delay1us(10);} 
}/*** @Description: 模拟SPI读数据* @return {*} 读出的值*/
uint8_t SPI_RC522_ReadByte(void)
{uint8_t data;for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {SPI_SCLK_H();data <<= 1;if (PORT_GetBit(RC522_PORT, SPI_SI_PIN) == Set) {data |= 1;}Ddl_Delay1us(5);SPI_SCLK_L();}return data;
}

2.3.2 读、写RC522内部寄存器

 ​ ​通过SPI通讯读取、写入 RC522 芯片内部寄存器函数。RC522中规定SPI通讯发送的地址数据中：最高位（MSB）为命令字节（1：写操作，0：读操作）、最低位（LSB）为0、其余6位为地址数据；因此在地址发送前需先将地址左移1位确保最高、最低位为0，再对最高位命令字节进行设置。

/*** @Description: 读RC522寄存器* @param Address 寄存器地址* @return {*} 读出的值*/
uint8_t ReadRawRC(uint8_t Address)
{uint8_t ucAddr;uint8_t ucResult = 0;ucAddr = ((Address << 1) & 0x7E) | 0x80;SPI_SCLK_L();SPI_CS_L();SPI_RC522_SendByte(ucAddr);ucResult = SPI_RC522_ReadByte();SPI_CS_H();return ucResult;
}/*** @Description: 写RC522寄存器* @param Address 寄存器地址* @param value 写入的值* @return {*}*/
void WriteRawRC(uint8_t Address, uint8_t value)
{uint8_t ucAddr;ucAddr = ((Address << 1) & 0x7E);SPI_SCLK_L();SPI_CS_L()