从0开始设计_基于STM32F1的RC522读写卡

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从0开始设计_基于STM32F1的RC522读写卡

1.介绍
看网上很多RC522的教程都是基于读卡ID的，这个对于很多应用来说其实没有什么用，最近刚好有个项目需要读写卡，而RC522又是非常常用的且不容易缺货的芯片，所以准备用RC522来进行读写卡。
2.设备准备
首先准备一个开发板和一个RC522模块，开发板这里我选择正点原子的精英板（STM32F103ZET6），具体如下板子如下图1所示。

接下来就是接线，我选择的是SPI2，对应的接线如下：
RST   -->  PC4
MISO -->  PB14
MOSI -->  PB15
SCK   -->  PB13
SDA   -->  PB0
上面是硬件名称的相应接口，对于SPI来说SDA就是SPI的CS（片选）线，记得RC522模块的供电采用3.3V，可别接成5V了。
3.工程配置
首先打开外部时钟，配置如下图2所示。

根据外部晶振配置对应的外部晶振频率，设置为最大的72MB。

配置SPI2，首先配置位数，频率，以及模式，片选采用软件方式。

接下来配置引脚，由于片选已经采用软件的方式，所以只需要配置MISO，MOSI和SCK了。

RST和CS直接采用GPIO的配置。

最后配置一下UART即可，选择115200波特率，引脚默认。

设置完成之后，所有引脚如图8所示。

4.程序编写
首先需要导入RC522的库，只有两个文件分别是【RC522.c】和【RC522.h】。
接下来修改RC522.c中的硬件接口，将SPI读写修改成如下代码。

#include "RC522.h"

//三目运算符true取前面那个
#define RS522_RST(N) HAL_GPIO_WritePin(RC522_RST_GPIO_Port, RC522_RST_Pin, N==1?GPIO_PIN_SET:GPIO_PIN_RESET)
#define RS522_NSS(N) HAL_GPIO_WritePin(RC522_CS_GPIO_Port, RC522_CS_Pin, N==1?GPIO_PIN_SET:GPIO_PIN_RESET)
#define osDelay HAL_Delay
/**************************************************************************************
* 函数名称：MFRC_Init
* 功能描述：MFRC初始化
* 入口参数：无
* 出口参数：无
* 返 回 值：无
* 说    明：MFRC的SPI接口速率为0~10Mbps
***************************************************************************************/
void MFRC_Init(void)
{
    RS522_NSS(1);
    RS522_RST(1);
}

/**************************************************************************************
* 函数名称: SPI_RW_Byte
* 功能描述: 模拟SPI读写一个字节
* 入口参数: -byte:要发送的数据
* 出口参数: -byte:接收到的数据
***************************************************************************************/
static uint8_t ret;       //些函数是HAL与标准库不同和地方，【读写函数】
uint8_t SPI2_RW_Byte(uint8_t byte)
{
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi2, &byte, &ret, 1, 10);//把byte写入，并读出一个值 存入ret
    return   ret;                 //入口是byte的地址，读取时用的也是ret的地址；1：一次只写入一个值 10：timeout     
}   

/**************************************************************************************
* 函数名称：MFRC_WriteReg
* 功能描述：写一个寄存器
* 入口参数：-addr:待写的寄存器地址
*           -data:待写的寄存器数据
* 出口参数：无
* 返 回 值：无
* 说    明：无
***************************************************************************************/
void MFRC_WriteReg(uint8_t addr, uint8_t data)
{
    uint8_t AddrByte;
    AddrByte = (addr << 1 ) & 0x7E; //求出地址字节
    RS522_NSS(0);                   //NSS拉低
    SPI2_RW_Byte(AddrByte);         //写地址字节
    SPI2_RW_Byte(data);             //写数据
    RS522_NSS(1);                   //NSS拉高
}


/**************************************************************************************
* 函数名称：MFRC_ReadReg
* 功能描述：读一个寄存器
* 入口参数：-addr:待读的寄存器地址
* 出口参数：无
* 返 回 值：-data:读到寄存器的数据
* 说    明：无
***************************************************************************************/
uint8_t MFRC_ReadReg(uint8_t addr)
{
    uint8_t AddrByte, data;
    AddrByte = ((addr << 1 ) & 0x7E ) | 0x80;   //求出地址字节
    RS522_NSS(0);                               //NSS拉低
    SPI2_RW_Byte(AddrByte);                     //写地址字节
    data = SPI2_RW_Byte(0x00);                  //读数据
    RS522_NSS(1);                               //NSS拉高
    return data;
}

其他接口保持不变，我们来看一下RC522提供的接口和指令有哪些。

#ifndef _RC522_H
#define _RC522_H

//头文件
//************************************************
#include "gpio.h"//要一些引脚上的宏定义
#include "spi.h"//硬件SPI的定义
#include "printf.h"
#include "main.h"//Laber User上的宏定义
//************************************************

//MFRC522驱动程序
//************************************************

/*MFRC522寄存器定义*/
//PAGE0
#define MFRC_RFU00                      0x00   
#define MFRC_CommandReg                 0x01   
#define MFRC_ComIEnReg                     0x02   
#define MFRC_DivlEnReg                     0x03   
#define MFRC_ComIrqReg                     0x04   
#define MFRC_DivIrqReg                     0x05
#define MFRC_ErrorReg                      0x06   
#define MFRC_Status1Reg                    0x07   
#define MFRC_Status2Reg                    0x08   
#define MFRC_FIFODataReg                   0x09
#define MFRC_FIFOLevelReg                  0x0A
#define MFRC_WaterLevelReg                 0x0B
#define MFRC_ControlReg                    0x0C
#define MFRC_BitFramingReg                 0x0D
#define MFRC_CollReg                       0x0E
#define MFRC_RFU0F                         0x0F
//PAGE1     
#define MFRC_RFU10                         0x10
#define MFRC_ModeReg                       0x11
#define MFRC_TxModeReg                     0x12
#define MFRC_RxModeReg                     0x13
#define MFRC_TxControlReg                  0x14
#define MFRC_TxAutoReg                     0x15 //中文手册有误
#define MFRC_TxSelReg                      0x16
#define MFRC_RxSelReg                      0x17
#define MFRC_RxThresholdReg                0x18
#define MFRC_DemodReg                      0x19
#define MFRC_RFU1A                         0x1A
#define MFRC_RFU1B                         0x1B
#define MFRC_MifareReg                     0x1C
#define MFRC_RFU1D                         0x1D
#define MFRC_RFU1E                         0x1E
#define MFRC_SerialSpeedReg                0x1F
//PAGE2   
#define MFRC_RFU20                         0x20  
#define MFRC_CRCResultRegM                 0x21
#define MFRC_CRCResultRegL                 0x22
#define MFRC_RFU23                         0x23
#define MFRC_ModWidthReg                   0x24
#define MFRC_RFU25                         0x25
#define MFRC_RFCfgReg                      0x26
#define MFRC_GsNReg                        0x27
#define MFRC_CWGsCfgReg                    0x28
#define MFRC_ModGsCfgReg                   0x29
#define MFRC_TModeReg                      0x2A
#define MFRC_TPrescalerReg                 0x2B
#define MFRC_TReloadRegH                   0x2C
#define MFRC_TReloadRegL                   0x2D
#define MFRC_TCounterValueRegH             0x2E
#define MFRC_TCounterValueRegL             0x2F
//PAGE3      
#define MFRC_RFU30                         0x30
#define MFRC_TestSel1Reg                   0x31
#define MFRC_TestSel2Reg                   0x32
#define MFRC_TestPinEnReg                  0x33
#define MFRC_TestPinValueReg               0x34
#define MFRC_TestBusReg                    0x35
#define MFRC_AutoTestReg                   0x36
#define MFRC_VersionReg                    0x37
#define MFRC_AnalogTestReg                 0x38
#define MFRC_TestDAC1Reg                   0x39  
#define MFRC_TestDAC2Reg                   0x3A   
#define MFRC_TestADCReg                    0x3B   
#define MFRC_RFU3C                         0x3C   
#define MFRC_RFU3D                         0x3D   
#define MFRC_RFU3E                         0x3E   
#define MFRC_RFU3F                         0x3F

/*MFRC522的FIFO长度定义*/
#define MFRC_FIFO_LENGTH                       64

/*MFRC522传输的帧长定义*/
#define MFRC_MAXRLEN                18               

/*MFRC522命令集,中文手册P59*/
#define MFRC_IDLE                              0x00        //取消当前命令的执行
#define MFRC_CALCCRC                           0x03    //激活CRC计算
#define MFRC_TRANSMIT                          0x04    //发送FIFO缓冲区内容
#define MFRC_NOCMDCHANGE            0x07        //无命令改变
#define MFRC_RECEIVE                           0x08    //激活接收器接收数据
#define MFRC_TRANSCEIVE                        0x0C    //发送并接收数据
#define MFRC_AUTHENT                           0x0E    //执行Mifare认证(验证密钥)
#define MFRC_RESETPHASE                        0x0F    //复位MFRC522

/*MFRC522通讯时返回的错误代码*/
#define MFRC_OK                         (char)(0)
#define MFRC_NOTAGERR                    (char)(-1)
#define MFRC_ERR                        (char)(-2)

/*MFRC522函数声明*/
void MFRC_Init(void);
void MFRC_WriteReg(uint8_t addr, uint8_t data);
uint8_t MFRC_ReadReg(uint8_t addr);
void MFRC_SetBitMask(uint8_t addr, uint8_t mask);
void MFRC_ClrBitMask(uint8_t addr, uint8_t mask);
void MFRC_CalulateCRC(uint8_t *pInData, uint8_t len, uint8_t *pOutData);
char MFRC_CmdFrame(uint8_t cmd, uint8_t *pInData, uint8_t InLenByte, uint8_t *pOutData, uint16_t *pOutLenBit);
//********************************************************************

//MFRC552与MF1卡通讯接口程序
//*********************************************************************
/*Mifare1卡片命令字*/
#define PICC_REQIDL                   0x26                       //寻天线区内未进入休眠状态的卡
#define PICC_REQALL                   0x52                       //寻天线区内全部卡
#define PICC_ANTICOLL1                0x93                       //防冲撞
#define PICC_ANTICOLL2                0x95                       //防冲撞
#define PICC_AUTHENT1A                0x60                       //验证A密钥
#define PICC_AUTHENT1B                0x61                       //验证B密钥
#define PICC_READ                     0x30                       //读块
#define PICC_WRITE                    0xA0                       //写块
#define PICC_DECREMENT                0xC0                       //减值(扣除)
#define PICC_INCREMENT                0xC1                       //增值(充值)
#define PICC_TRANSFER                 0xB0                       //转存(传送)
#define PICC_RESTORE                  0xC2                       //恢复(重储)
#define PICC_HALT                     0x50                       //休眠

/*PCD通讯时返回的错误代码*/
#define PCD_OK                         (char)0                                //成功
#define PCD_NOTAGERR            (char)(-1)                        //无卡
#define PCD_ERR                        (char)(-2)                        //出错

/*PCD函数声明*/
void PCD_Init(void);//读写器初始化
void PCD_Reset(void);
void PCD_AntennaOn(void);
void PCD_AntennaOff(void);
char PCD_Request(uint8_t RequestMode, uint8_t *pCardType);  //寻卡，并返回卡的类型
char PCD_Anticoll(uint8_t *pSnr);                           //防冲突,返回卡号
char PCD_Select(uint8_t *pSnr);                             //选卡
char PCD_AuthState(uint8_t AuthMode, uint8_t BlockAddr, uint8_t *pKey, uint8_t *pSnr); //验证密码(密码A和密码B)   
char PCD_WriteBlock(uint8_t BlockAddr, uint8_t *pData);   //写数据
char PCD_ReadBlock(uint8_t BlockAddr, uint8_t *pData);    //读数据
char PCD_Value(uint8_t mode, uint8_t BlockAddr, uint8_t *pValue);   
char PCD_BakValue(uint8_t sourceBlockAddr, uint8_t goalBlockAddr);                                 
char PCD_Halt(void);
//******************************************************************************************

#endif

不过接下来我们需要测试一下，SPI是否正常，接上LOTO示波器OSCA02，最近出门在外，不方便带示波器，所以带了一个LOTO的便携示波器，不过他刚好有逻辑分析仪的功能，刚好测试一下它的性能，接线图如下，需要将ChA口接到时钟线上，这样才能执行触发功能。

然后将代码进入调试，进入读寄存器函数，在进入前打个断点，然后开启LOTO示波器的触发功能，然后运行到读取结束，可以看到读取到了【0x83】这个值。

再来看看逻辑分析仪读取到的值，可以看到也是【0x83】，说明这个逻辑分析仪性能还行。

SPI功能测试完了，接下来就要进行读写卡了。首先科普一下读写卡的整个过程【寻卡-》放冲撞-》选卡-》解密卡-》读/写卡】。
按照上面的流程，调用相关的函数，整体代码如下。

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * <h2><center>© Copyright (c) 2021 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.</center></h2>
  *
  * This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
  * the "License"; You may not use this file except in compliance with the
  * License. You may obtain a copy of the License at:
  *                        opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "spi.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "delay.h"
#include "printf.h"
#include "rc522.h"
#include "string.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
uint8_t key_A[6] = {0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF};
char *WriteData = {"1234567890ABCDEF"};
char ReadData[16] = {0};
/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  char pcd_err = 0;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_SPI2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  //初始化
  //*************************
  PCD_Init();//RC522初始化
  //*************************
  //全局变量
  //*************************
  uint8_t RxBuffer[4];
  char Card_ID[8];
  //*************************
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    pcd_err = PCD_Request(PICC_REQIDL, RxBuffer);//返回值为0，代表寻卡成功；并把卡类型存入RxBuffer中
    if(pcd_err == PCD_OK)
    {
        uint16_t cardType = (RxBuffer[0] << 8) | RxBuffer[1];
        
        printf("卡类型：0x%04X\r\n", cardType);
        
        pcd_err = PCD_Anticoll(RxBuffer);   //防冲撞，完成这部就可以简单地 读取卡号，本次不涉及更高层次应用
        if(pcd_err == PCD_OK)
        {
            sprintf(Card_ID,"%x%x%x%x",RxBuffer[0],RxBuffer[1],RxBuffer[2],RxBuffer[3]);
            printf("ID=%s\r\n",Card_ID);
        }
        
        pcd_err = PCD_Select((uint8_t *)RxBuffer);       //选卡
        if(pcd_err == PCD_OK)
        {
            printf("Select Card OK\r\n");
        }
        else
        {
            printf("Select Card Error\r\n");
        }
        
        pcd_err = PCD_AuthState(PICC_AUTHENT1A, 5, key_A, RxBuffer);    //解密
        if(pcd_err == PCD_OK)
        {
            printf("Auth Card OK\r\n");
        }
        else
        {
            printf("Auth Card Error\r\n");
        }
        
        pcd_err = PCD_WriteBlock(6, (uint8_t *)WriteData);  //写卡
        if(pcd_err == PCD_OK)
        {
            printf("写卡成功\r\n");
        }
        else
        {
            printf("写卡失败:%d\r\n",pcd_err);
        }
        
        HAL_Delay(1);
        pcd_err = PCD_ReadBlock(6, (uint8_t *)ReadData);    //读卡
        if(pcd_err == PCD_OK)
        {
            printf("读卡成功:%s\r\n", ReadData);
        }
        else
        {
            printf("读卡失败:%d\r\n",pcd_err);
        }
        
        PCD_Halt();
        
        memset(RxBuffer, 0, sizeof(RxBuffer));//清空字符串,这里要清除RxBuffer才行
        HAL_Delay(1000);
    }
    HAL_Delay(100);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  printf("error\r\n");
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

代码是先进**，然后进**，再进**。关于解密，卡默认的密码是【FFFFFFFFFFFF】，一共是6个【0xFF】。
最终的输出结果如下图12所示，写入【“1234567890ABCDEF”】内容，读出的也是【“1234567890ABCDEF”】内容。

5.总结
SPI配置下来还是比较简单的，这个工程最主要的还是得读懂RC522的工作流程，如果能对IC卡进行读写，项目的基本功能就实现了，后续只要调用相关的接口接可以了，这次的分享就到这里了！