JSM5120
标准 3V MIFARE 读卡器解决方案
13.56MHz 非接触读卡器 IC
1
产品概述
JSM5120是一款应用广泛的非接触读卡器芯片,集成了在 13.56MHz 下的多种非接
触通信方式和协议,具有很高的技术集成度。
功能特性
读写器模式支持 ISO/IEC 14443A 标准
读写器模式支持 ISO/IEC 14443B 标准
读写器模式支持 FeliCa 规范
支持 ISO/IEC 18092 NFCIP-1 标准
模拟卡模式支持 ISO/IEC 14443A 标准
高度集成的 解调和解码模拟电路
只需很少的外部器件, 即可将输出驱动连接至天线
在读写器模式下,典型操作距离最高可达 90mm,具体取决于天线设计和电源
在 NFCIP-1 模式下, 通讯距离可达 50mm,具体取决于天线设计和电源
支持 S C 接口
支持的主机接口
co
nd
uc
to
r
2
mi
2
I2C 接口,快速模式速率可达 400k,高速模式可达 3400k
UART 接口,最高可达 1228.8k
SPI 接口,速率最高 10Mbit/s
Se
64 字节 FIFO 缓冲器用于接收和发送
灵活的中断模式
低功耗的硬件掉电模式
支持软件掉电模式
支持 LPCD 功能
可编程定时器
内部振荡器,连接 27.12MHz 晶体
2.5V-5V 宽范围电源电压
CRC 协处理器
可编程 I/O 管脚
内部自检功能
3
应用领域
JS
MI
CR
O
应用领域广泛,在考勤签到、门禁控制、公共交通、食堂就餐、水电气充值、 便携式
手持设备、各种会员系统等多方面的综合应用,有很强的系统应用扩展性。
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4
引脚配置和功能
co
nd
uc
to
r
JSM5120
图 1 QFN32 封装管脚图
mi
表 1 管脚说明
管脚名
类型
1
A1
I
地址线
2
PVDD
P
管脚电源
3
DVDD
P
数字电源
4
DVSS
G
数字地
5
PVSS
G
管脚电源地
管脚描述
CR
O
Se
管脚号
复位脚:为低电平时,内部功能模块包括振荡器均停止工作,输入管脚与 外
NRSTPD
I
部断开。
该管脚上的上升沿可用来开启内部复位相位。
7
SIGIN
I
通信接口输入:接收数字数据流、串行数据流
8
SIGOUT
O
通信接口输出:输出串行数据流
9
SVDD
P
S C 管脚电源:向 S C 管脚供电
10
TVSS
G
发送器 TX1 和 TX2 输出级的地
11
TX1
O
载波发送管脚 1
12
TVDD
P
发送驱动器电源
13
TX2
O
载波发送管脚 2
14
TVSS
G
发送驱动器电源地
JS
MI
6
2
2
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管脚名
类型
管脚描述
15
AVDD
P
模拟电源
16
VMID
P
内部参考电压
17
RX
I
RF 信号输入
18
AVSS
G
模拟地
19
AUX1
O
用于测试的辅助输出
20
AUX2
O
用于测试的辅助输出
21
OSCIN
I
晶振反相放大器输入;也是外部时钟的输入。
该管脚还可用作外部时钟 (fosc=27.12MHz)的输入
22
OSCOUT
O
晶振反相放大器输出
23
IRQ
O
中断请求输出:指示一个中断事件
24
ALE
I
地址锁存使能:高电平时将 ADO-AD5 锁存到内部地址锁存
uc
to
r
管脚号
2
I/O
32
A0
I
注:如果主控制器选择 I C 作为数字主控制器接口,那么这些管脚可以用
来 定义 PC 地址
注:对于串行接口,这些管脚可以用作测试信号或 I/O
co
D1-D7
地址线
JS
MI
CR
O
Se
mi
25-31
nd
8 位双向数据总线 注:不支持 8 位并行接口
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功能框图
JS
MI
CR
O
Se
mi
co
nd
uc
to
r
5
图 2 功能框图
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6
功能描述
JSM5120工作在读写器模式时,其传输模块支持 ISO/IEC 14443 A 和ISO/IEC 14443
B 标准,并可采用多种传输速率和调制方法。
JSM5120支持以下几种工作模式:
• 支持 ISO/IEC 14443A, ISO/IEC 14443B 和 FeliCa 的读写器模式
• 支持 ISO/IEC 14443A 的卡操作模式
• 支持 NFCIP-1 模式
r
这些模式支持不同的传输速率和调制方法,以下章节将详细介绍这几种不同的模
to
式。
uc
注:本章提到的所有调制系数和调制模式都是系统参数。这表示除 IC 设置之外,
要得到最优的性能还需要进行适当的天线调谐。
ISO/IEC1443A 功能
nd
6.1
物理层参数描述见表 2。
通信方向
co
表 2 ISO/IEC 14443A 读写器通信参数概述
传输速率
信号类别
424kBd
100 ASK
100 ASK
100 ASK
位编码
修正米勒编码
修正米勒编码
修正米勒编码
Se
读卡器到卡
212kBd
mi
调制
106kBd
128(13.56us)
64(13.56us)
32(13.56us)
调制
副载波负载调制
副载波负载调制
副载波负载调制
副载波频率
13.56MHz/16
13.56MHz/16
13.56MHz/16
位编码
Manchester 编
码
BPSK
BPSK
CR
O
位长
JS
MI
卡到读卡器
6.2
ISO/IEC1443B 功能
JSM5120读卡器 IC 完全支持 ISO 14443A 和 ISO 14443B 标准。技术细节请参
考ISO14443 的 Part 1 to 4.
6.3
FeliCa 功能
FeliCa 模式是根据 FeliCa 规范进行通信的通用读写器。下图描述了物理层上的通
信过程,表 3 列出了物理参数。
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表 3 FeliCa 读写器通信概述
FeliCa
FeliCa 高传输速率
传输速率
212kbit/s
424kbit/s
读卡器端调制
8 -30 ASK
8 -30 ASK
位编码
曼彻斯特编码
曼彻斯特编码
通信方向
读卡器到卡
卡到读卡器
(64/13.56)us
(32/13.56)us
卡片端负载调制
>12 ASK
>12 ASK
位编码
曼彻斯特编码
曼彻斯特编码
r
位长
要处理完整的 FeliCa 协议,需要 JSM5120的非接触式 UART 和专门的外部主控器。
FeliCa 帧结构和编码
to
6.3.1
00h
00h
00h
Sync
00h
00h
00h
B2h
Len
4Dh
CRC
n-Data
nd
前导码
uc
表 4 FeliCa 帧结构和编码
在进行 FeliCa 通信时,必须先发送 6 字节前导码(00h,00h,00h,00h,00h,00h) 和
co
2 个字节同步码(B2h,4Dh),以便与接收器同步。
FeliCa 定义来进行,先计算 MSB。
mi
接着发送 Len 字节, 它表示被发送数据的长度加上 LEN 字节本身。CRC 计算根据
在通过RF 接口发送数据之前,主控器必须发送 Len 和data 字节到JSM5120的FIFO
Se
缓冲器。JSM5120会自动生成前导码和同步码,主控器不必将它们写入 FIFO,JSM5120在内
部执行 CRC 算法,并将结果加入到数据帧。
CR
O
FeliCa CRC 计算示例:
表 5 CRC 多项式初始值:
前导码
00h
00h
00h
NFCIP-1 模式
00h
Sync
00h
B2h
4Dh
Len
03h
Data
ABh
CDh
CRC
90h
35h
JS
MI
6.4
00h
NFCIP-1 协议在主动通信与被动通信之间存在以下差异。
• 主动通信是指主设备与目标设备都使用它们自己的射频场来发送数据。
• 被动 通信是指 目标设 备采用负 载调制的 方法对 主设备命 令进行 应答。 主设备需
要在通信过程中产生射频场。
• 主设备: 产生 13. 56MHz 的射频场并发起 NFCIP-1 通信。
• 目标设备: 在被动通信模式中的使用负载调制方法或在主动通信模式中自己产生射
频场来对主设备的命令作出响应。
JSM5120完全支持 NFCIP-1 标准的主动和被动通信模式,传输速率为 NFCIP-1 标
准所定义 的 106kbit/s、 212kbit/s 和 424kbit/s。
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6.4.1 主动通信模式
主动式通信模式是指主设备和目标设备都使用自己的射频场来发送数据。
表 6 主动式通信模式通信概述
通信方向
l06kbit/s
主设备到目标设备
目标设备到主设备
212kbit/s
依照 ISO14443A
424kbit/s
848kbit/s
依照 FeliCa , 8-30
ASK 曼彻斯特编码
100 ASK,变形
密勒编码
1.69Mbit/s
3. 39Mbit/s
处理该通信的数字功能
r
要处理 NFCIP-1 协议,需要 JSM5120的非接触式 UART 和专门的主控制器。NFCI-1
to
标准没有定义大于 424kbit/s 的传输速率,JSM5120只需要专用的外部电
路就可支持 这些传输速率。
uc
6.4.2 被动式通信模式
被动式通信模式是指目标设备采用负载调制方式对主设备命令进行应答。主设备 是
nd
有源的, 即产生射频场。
通信方向
106kbit/s
co
表 7 被动式通信模式通信概述
212kbit/s
424kbit/s
主设备到目标设备
依照 ISO14443A
100 ASK,变形
密勒编码
目标设备到主设备
依照 ISO14443A
依照FeliCa, >12 ASK 曼
100 ASK,曼彻斯特 彻斯特编码
编码
848kbit/s
1.69Mbit/s
3. 39Mbit/s
处理该通信的数字功能
CR
O
Se
mi
依照FeliCa , 8-30
ASK 曼彻斯特编码
要处理 NFCIP-1 协议,需要 JSM5120的非接触式 UART 和专门的主控制器。NFCI-1
标准没有定义大于 424kbit/s 的传输速率,JSM5120只需要专用的外部电
路就可支持 这些传输速率。
JS
MI
6.4.3 NFCIP-1 帧结构和编码
主动通信和被动通信中 NFCIP-1 的帧结构和编码是依照 NFCIP-1 标准定义的。
表 8 帧结构和编码概述
传输速率
帧结构和编码
106kbit/s
依照 ISO/IEC 14443A 模式
212kbit/s
依照 FeliCa 模式
424kbit/s
依照 FeliCa 模式
6.4.4 NFCIP-1 协议支持
本文档并没有完全介绍 NFCIP-1 协议。要详细了解该协议,请参考 NFCIP-1 标准。
但是数据链路层依照以下方针:
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• 当处理连续数据交换事务时,速率不应改变。
• 事务 处理 包括初 始化 和防 碰撞方 法以 及数据 交换 ( 采用连续方式, 表示不被另
外的事务中断)。
为了不扰乱当前的基础结构, 基于启动 NFCIP-1 通信的 13. 56 MHz 通用规则定义
如下。
• 每个默认的 NFCIP-1 设备均为目标设备,表示其 RF 场关闭。
• RF 检测器激活。
r
• 只在应用需要 NFCIP-1 设备时才切换到主设备模式。
to
• 如果在 TIDT 时间过程中 RF 检测器没有检测到外部 RF 场,那么主设备应该只打
• 主设备根据所选模式来进行初始化。
6.4.5
ISO/IEC14443A 卡工作模式
ISO/IEC 14443A
通信方向
106kbit/s
读写器到
100 ASK
mi
读卡器端调制
位编码
JSM5120
变形密勒
(128/13.56)us
Se
位长
JSM5120端调
CR
O
到读写器
制
副载波频率
424kbit/s
100 ASK
100 ASK
变形密勒
变形密勒
(64/13.56)us
(32/13.56)us
载波负载调制
载波负载调制
载波负载调制
13.56 MHz/16
13.56 MHz/16
13.56 MHz/16
曼彻斯特编码
BPSK
BPSK
JS
MI
位编码
高传输速率
212kbit/s
co
传输速率
JSM5120
nd
表 9 ISO/IEC 14443A 卡工作模式
uc
开它的 RF 场。
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7
MCU 接口
7.1 控制器接口检测
JSM5120支持可直接相连的各种微控制器接口, 如 SPI、I2C 和 UART。JSM5120
可复位其 接口,并可对执行了上电或硬复位的当前微控制器接口的类型进行自动检
测。JSM5120通过复位阶段后控制管脚上的逻辑电平来识别微控制器接口。每种接口有
固定管脚的连接组合。表 11 列出 了不同的连接配置:
接口类型
UART (input)
SPI (output)
ALE
RX
NSS
A1
0
0
1
MISO
D6
MX
MOSI
D5
DTRQ
D4
-
D3
-
D2
-
D1
-
EA
SCL
ADR 0
SCK
ADR 1
-
ADR 2
-
ADR 3
-
ADR 4
-
ADR 5
co
mi
1
Se
7.2 串行外设接口
SDA
uc
0
TX
2
I C-bus (I/O)
nd
A0
D7
to
管脚
r
表 11 检测不同接口类型的连接方法
JSM5120支持 SPI 接口与主机的高速通信,接口可处理高达 10Mbit/s 的数据速率。
CR
O
在与主机通信时,JSM5120作为一个从机,从外设主机上接收数据来设置寄存器,发送和接
JS
MI
收与 RF 接口通信有关的数据。
JSM5120
图 3 使用 SPI 接口连接到主机
在 SPI 通信中 JSM5120作为从机。SPI 时钟信号 SCK 必须由主机产生。数据通
过MOSI 线从主机传输到从机。通过 MISO 线数据从 JSM5120发回到主机。
MOSI 和 MISO 传输每个字节时都是高位在前。MOSI 和 MISO 上的数据在时钟的上升
沿必须保持不变,在时钟的下降沿改变。
7.2.1 SPI 读数据
使用表 12 所示的结构可将数据通过 SPI 接口读出。这样可以读出 n 个数据字节。
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发送的第一个字节定义了模式和地址。
表 12 MOSI 和 MISO 字节顺序
管脚
字节 0
字节 1
字节 2
To
字节 n
字节 n+1
MOSI
地址 0
地址 1
地址 2
……
地址 n
00
MISO
x[1]
数据 0
数据 1
……
数据 n-1
数据 n
[1] X=无关项 注:先发送最高位。
7.2.2 SPI 写数据
r
使用表 13 所示的结构可将数据通过 SPI 接口写入 JSM5120。这样对应一个地址
to
可以写入 n 个 数据字节。
表 13 MOSI 和 MISO 字节顺序
字节 0
字节 1
字节 2
To
字节 n
字节 n+1
MOSI
地址 0
数据 0
数据 1
……
数据 n-1
数据 n
MISO
x[1]
x[1]
x[1]
……
x[1]
x[1]
co
nd
管脚
uc
发送的第一个字节定义了模式和地址。
[1] X=无关项 注:先发送最高位。
mi
7.2.3 SPI 地址
地址字节必须按下面的格式传输。
Se
第一个字节的 MSB 位定义了使用模式。MSB 位设置为 1 时,从 JSM5120读取数据;
MSB 位设置 为 0 时,将数据写入 JSM5120。第一个字节的位 6-1 定义地址,LSB 位应
7 (MSB)
1=读
6
5
表 14 地址字节格式
4
3
地址
2
1
0(LSB)
0
JS
MI
0=写
CR
O
当设置为 0。
7.3
UART 接口
7.3.1
连接到主机
JSM5120
图 4 使用 UART 接口连接到微控制器
注: 通过对 TestPinEnReg 寄存器的 RS232LineEn 位清零, 信号 DTRQ 和 MX 可以
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禁止。
7.3.2 UART 传输速度
内部 UART 接口兼容 RS232 串行接口。
默 认 的 传 输 速 率 为 9.6kBaud 。 要 改 变 传 输 速 率 , 主 机 控 制 器 必 须 向
SerialSpeedReg 寄存器写 入一个新的传输速率值。位 BR_T0[2:0]和位 BR_T1[4:0]
定义的因数用来设置 SerialSpeedReg 中 的传输速率。
BR_T0[2:0]和 BR_T1[4:0]的设置参考表 15。表 16 列举了一些传输速率和相应的寄
r
存器设置。
to
表 15 BR T0[2:0]和 BR T1[4:0]的设置
位0
位1
位2
位3
位4
位5
位6
位7
BR_T0 参数
1
1
2
4
8
16
32
64
BR_T0 范围
1-32
33-64
33-64
33-64
33-64
33-64
33-64
33-64
SerialSpeedReg 值
250
9. 6
235
14. 4
218
19. 2
203
38. 4
171
115. 2
128
230. 4
460. 8
921. 6
JS
MI
1228. 8
-0. 25
EBh
0. 32
DAh
-0. 25
CBh
0. 32
ABh
0. 32
154
9Ah
-0. 25
122
7Ah
-0. 25
116
74h
-0. 06
90
5Ah
-0. 25
58
3Ah
-0. 25
28
ICh
1. 45
21
15h
0. 32
CR
O
57. 6
传输速率精度 ( )
FAh
Se
7. 2
十六进制
co
十进制
mi
传输速率(kBd)
nd
表 16 可选的 UART 传输速率
uc
BR_Tn
[1]
[1]所有描述的传输速度中传输速度误差的结果都小于 1. 5% 表 16 中所列的可选传输速率
可根据下面的公式计算得到:
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7.3.3 UART 帧格式
表 17 UART 帧格式
位
长度
值
起始位
1位
0
数据位
8位
数据
结束位
1位
1
注:对于数据和地址字节,LSB 位必须最先发送。传输过程中不使用奇偶校验位。读
r
数据:
to
使用表 18 中的结构,可使用 UART 接口将数据读出。发送的第一个字节定义了模式
表 18 读数据字节顺序
RX (管脚 24)
地址
TX (管脚 31)
-
字节 1
nd
字节 0
-
数据 0
JS
MI
CR
O
Se
mi
co
管脚
uc
和地址。
图 5 UART 读数据时序图
写数据:
使用表 19 中的结构, 可使用 UART 接口将数据写入 JSM5120。 发送的第一个字
节定义了模式和地址。
表 19 写数据字节顺序
管脚
字节 0
字节 1
RX (管脚 24)
地址 0
数据 0
TX (管脚 31)
-
地址 0
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图 6 UART 写数据时序图
uc
to
r
标准 3V MIFARE 读卡器解决方案
nd
注:在地址字节到达 RX 管脚后, 数据字节可以直接发送
地址字节:地址字节按下面的格式传输:
co
第一个字节的 MSB 位设置使用的模式。MSB 位设置为 1 时,从 JSM5120读取数据。
MSB 位设置 为 0 时, 将数据写入 JSM5120。第一个字节的位 6 保留为将来使用, 位5-
mi
1 定义地址;详见表 20。
表 20 地址字节
保留
4
3
2
1
0(LSB)
地址
JS
MI
0=写
5
Se
1=读
6
CR
O
7 (MSB)
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7.4
I2C 接口
支持 I2C 总线接口可以使得主机可以用较少的管脚连接到 JSM5120。I2C 接口操
作遵循 I2C 总线接口规范。该接口只能工作在从机模式。
7.4.1
连接到主机
nd
uc
to
r
JSM5120
2
图 7 I C 总线接口
co
在标准模式、快速模式和高速模式中,JSM5120可用作从接收器或从发送器。SDA 是
一个双向数据线, 通过一个上拉电阻连接到正电压。不传输数据时, SDA
mi
和SCL 均为高电平。标准模式下,I2C 总线的传输速率为 100kBd,快速模式下为 400kBd, 高
速模式下为 3. 4Mbit/s。
7.4.2
CR
O
抑制功能。
Se
如果选择 I2C 总线接口,管脚 SCL 和 SDA 管脚具有符合 I2C 接口规范的尖峰脉冲
数据有效性
SDA 线上的数据在时钟周期的高电平期间保持不变。只有当 SCL 上的时钟信号为低
JS
MI
电平时, 数据线的高电平或低电平状态才能改变。
2
图 8 I C 总线的位传输
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7.4.3
起始和 停止条件
要处理 I2C 总线的数据传输,必须定义起始(S)和停止(P)条件。
• 起始条件定义为 SCL 高电平时 SDA 线上高到低的跳变。
• 停止条件定义成 SCL 高电平时 SDA 线上低到高的跳变。
起始和停止条件通常由主机产生。起始条件后主机被认为处于忙碌状态;主机在 停止条
件结束一段时间后被认为重新回到空闲状态。
如果产生的是重复起始条件(Sr)而非停止条件,则总线仍处于忙碌状态。这时, 起始
r
条件(S)和重复起始条件(Sr)的功能完全相同。因此,S 符号就用作一个常用术语,代
co
nd
uc
to
表起始(S)和重复起始(Sr)条件。
图 9 起始和停止条件
字节格式
mi
7.4.4
每个字节后面必须跟一个应答位。数据传输时高位在前。一次数据传输发送的字 节数不
应答
CR
O
7.4.5
Se
限, 但必须符合读/写周期格式。
应答是在一个数据字节结束后强制产生的。应答相应的时钟脉冲由主机产生。在 应答时钟
脉冲周期内,数据发送器释放 SDA 线(高电平)。在应答时钟脉冲期间,接收器拉低SDA
JS
MI
线使得它 在该时钟脉冲的高电平时间内保持低电平。
图 10 I2C 总线的应答
主机可以产生一个停止(P) 条件来终止传输,也可以产生一个重复起始(Sr) 条
件来启动一次新的传输。
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JSM5120
标准 3V MIFARE 读卡器解决方案
主接收器通过在最后一个字节后不产生应答来向从发送器指示数据的结束。从发 送
器应当释 放数据线以允许主机产生一个停止(P)或重复起始(Sr)条件。
7.4.6
7 位地址
在I2C 总线寻址过程中,起始条件后的第一个字节用来确定所要选择的通信从机。I2C
总线地址与 EA 管脚的定义有关。在 NRSTPD 管脚释放或上电复位后,器件根
据 EA 管 脚的逻辑电平来决定 I2C 总线地址。
如果 EA 管脚为低电平, 则对于所有 JSM5120器件, 器件总线地址的高 4 位固定
r
为 0101b。 器件总线地址剩余的 3 位(ADR_0, ADR_1, ADR_2)可由用户自由配置,这样就
to
可以防止与其它 I2C 器 件产生冲突。
如果 EA 管脚设置为高电平,则 ADR_0-ADR_5 完全由表 13 中的外部管脚来确定。
uc
ADR_6 总是设置为 0。
在这两种模式下,外部地址编码都在复位条件释放后立即锁定。不考虑使用管脚上的
进
Se
mi
co
nd
一步变化。通过配置外部连线,I2C 总线的地址管脚还可用作测试信号的输出。
图 11 起始条件后的第一个字节
寄存器写访问
CR
O
7.4.7
使用下面的帧格式可用 I2C 接口将数据从主机控制器写入 JSM5120中指定的寄存
器。
• 帧的第一个字节是遵循 I2C 规则的器件地址。
JS
MI
• 第二个字节是寄存器地址,接下来是 n 个数据字节。
在一帧中, 所有数据字节都被写入相同的寄存器地址。这种方法可使能 FIFO 的
快速访问。 读/写位应当设置为 0。
7.4.8
寄存器读访问
使用下面的帧格式可读出 JSM5120中指定寄存器的数据
•。
帧的第一个字节是遵循 I2C 规则的器件地址。
• 第二个字节是要读取的寄存器地址。
• 读/写位为 0。
写地址操作完成后, 开始读访问。主机发送 JSM5120的器件地址。作为回应,
JSM5120发送读访问寄存器的内容。在一帧中,所有数据字节都从相同的寄存器地址读出
。这种方法可使能 FIFO 的快速访问或寄存器查询。
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mi
co
nd
uc
to
r
读/写位应当设置为 1。
7.4.9
高速模式
Se
图 12 寄存器读和写访问
在高速模式下(HS 模式),器件的传输位速率高达 3.4Mbit/s。在混合速率的总线
7.4.10
CR
O
系统中, 它保持完全向下兼容快速或标准模式(F/S 模式)的双向通信。
高速传输
为了获得高达 3. 4Mbit7s 的位传输速率,对 I2C 总线操作作了以下改进。
JS
MI
• 高速模式下器件的输入端有尖峰脉冲抑制功能, 在 SDA 和 SCL 输入端有一个施
密特触发器,它们与 F/S 模式相比有不同的时序常数。
• 高速模式下器件的输出端控制 SDA 和 SCL 信号的下降沿斜率, 它们与 F/S 模式
相比有不同的时序常数。
7.4.11
高速模式下的串行数据传输格式
高速模式下的串行数据传输满足标准模式的 I2C 总线规范。只有满足以下条件高速
模式传输才能启动( 所有条件均在 F/S 模式):
• 起始条件(S)
• 8 位主机代码(00001XXXb)
• 非应答位(A)
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高速模式开始后,主机再发送一个重复起始条件(Sr),并紧跟 7 位从机地址和
一个读/写位,然后从选择的 JSM5120接收一个应答位(A)。
下一个重复起始条件(Sr)后继续执行高速模式的数据传输,只在停止条件(P)
后切换回 F/S 模式。为了降低主机代码开销, 主机可以将大量的高速传输链接到一起,
图 13 I2C 总线高速模式协议转换
F/S 模式和 HS 模式之间的切换
nd
7.4.12
uc
to
r
这些传输通过重复起始条件(Sr)分隔开来。
co
复位和初始化后,JSM5120工作在快速模式(当快速模式向下兼容标准模式时,它实
际上就是 F/S 模式)。连接的 JSM5120识别到“S 00001XXX A”序列时, 会将其内部电
mi
路从快速模式设置转换成高速模式设置。
执行以下操作:
Se
• 根据 HS 模式的尖峰脉冲抑制要求来调整 SDA 和 SCL 的输入滤波器。
• 调整 SDA 输出级的斜率控制。
CR
O
对于通信中不含有其它 I2C 器件的系统配置,可以通过另一种方法永久地切换到HS
模式。就是将 Status2Reg 寄存器的 I2CForceHS 位设置为 1。进入永久 HS 模式后, 这
就无需再发送主机代码了。这个操作不符合总线规范,只能用在总线无其它器件连接的情况
下。
JS
MI
此外,由于减少了尖峰抑制,一定要避免 I2C 总线上的尖峰。
7.4.13 低速模式下的 JSM5120
JSM5120完全向下兼容,可连接到 F/S 模式的 I2C 总线系统。由于此配置中不发送
主机代码, 因此器件处于 F/S 模式,以 F/S 模式的速率进行通信。
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7.5
8 位并行接口
JSM5120支持 2 中不同类型的 8 位并行接口,Intel 和 Motorola 兼容模式
7.5.1 。
支持的主控接口
JSM5120支持直接连接到各种微控制器。下表显示了 JSM5120支持的并行接口
类型。
表 21 支持的接口类型
(Intel 兼容)
复用的地址和数据总线
控制
NRD, NWR, NCS
NRD, NWR, NCS, ALE
地址
A0. .. A3[. . A5]
AD0... AD7
数据
D0... D7
控制
R/NW, NDS, NCS
地址
A0. .. A3[. . A5]
数据
D0... D7
AD0... AD7
R/NW, NDS, NCS, AS
AD0... AD7
AD0…AD7
JS
MI
CR
O
Se
mi
co
nd
复用的读/写选通
(Motorola 兼各)
r
独立的地址和数据总线
to
独立的读/写选通
总线
uc
支持的接口类型
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8 中断请求系统
JSM5120通过置位寄存器 StatuslReg 的 IRq 位或激活 IRQ 管脚来指示中断。IRQ
管脚的信号可 使主机使用其中断处理机制来处理。这使得软件执行效率大为提高。
8.1 中断源概述
表 28 列出了可使用的中断位,相应的中断源及中断产生的条件。ComlrqReg 寄存器
的 TimeHRq 中断位指出一个由定时器产生的中断, 当定时器从 1 减到 0 时, 此中断位
r
被置位。
to
ComlrqReg 寄存器的 TxIRq 位表明发送器发送完成。如果状态从发送数据变到发送
结束帧, 则发送器自动置位相应中断位。CRC 协处理器在处理完 FIFO 緩冲器里所有的数
uc
据后置位 DivIrqReg 寄存器的 CRCIRq 位,通过 CRCReady 位置 1 来指示。
ComlrqReg 寄存器的 RxIRq 位表明检测到接收数据的结束。如果执行完一个指令且
nd
CommandReg 寄存器的 Command[3:0] 位的内容变为空闲时, 则 ComlrqReg 寄存器的
IdlelRq 位被 置位。
co
当 HiAlert 位置 1 且 ComlrqReg 寄存器的 HiAlertIRq 位置位时,表明 FIFO 緩冲
器己经达到 WaterLevel [5:0]位指示的长度。
mi
当 LoAlert 位置 1 且 ComlrqReg 寄存器的 LoAlertIRq 位置位时,表明 FIFO 緩冲
器己经达到 WaterLevel [5:0]位指示的长度。
Se
ComlrqReg 寄存器的 ErrIRq 位表示非接触式 UART 在发送或接收过程中检测到一个
中断标志
CR
O
错误。当 ErrorReg 寄存器中的任何一个位置 1 时都表明产生了错误。
表 22 中断源
中断源
触发动作
定时器单元
定时器从 1 计到 0
发送器
数据发送结束
CRCIRq
CRC 协处理器
FIFO 緩冲器的数据处理完毕
RxIRq
接收器
数据接收结束
IdlelRq
ComIRQReg 寄存器
指令执行结束
HiAlertIRq
FIFO 緩冲器
HF0 緩冲器快溢出时
LoAlertIRq
FIFO 緩冲器
HF0 緩冲器快为空时
ErrIRq
非接触式UART
检测到一个错误
TimerIRq
JS
MI
TxIRq
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9
定时器单元
JSM5120有一个定时器单元,外部主机可以使用它来处理定时任务。定时器可使用如
下所示的
任何一个定时/计数配置:
• 超时计数器
• 看门狗计数器
• 秒表
r
• 可编程一次触发
to
• 周期性触发器
定时器单元可用来测量两个事件之间的时间间隔或指示某段时间后指定事件的 发生。它可由
uc
下文解释的事件来触发。定时器不会影响任何内部事件,例如,数据接 收过程中的定时器超时
并不会影响接收过程的自动处理。此外,一些与定时器相关的 位可以用来产生中断。
nd
定时器的时钟振荡频率为 13. 56MHz,它是 27. 12MHz 的石英晶体振荡器分频得到的。
定时器 包括两个阶段:预分频和计数。
co
预分频器(TPrescaler)是一个 12 位计数器。它的重装值(TReloadVal_Hi [7:0] 和
mi
TReloadVal_Lo[7:0])在 0 到 4095 之间,由 TModeReg 寄存器的 TPrescaler_Hi [3:0]
位和 TPrescalerReg 寄存器的 TPrescaler_Lo [7:0]来设置。
Se
计时器中的 16 位重装值在寄存器 TReloadReg 中定义, 取值范围为 0 到 65535。
定时器的当前值在寄存器 TCouterValReg 中显示。
CR
O
当 计 数 值 达 到 0 时 , 自 动 产 生 一 个 中 断 , 通 过 置 位 CommonIRQReg 寄 存 器 的
TimerIRQ 位来指示。如果使能,IRQ 管脚就会出现此中断信号。TimerIRQ 位可由主机来
置位和复位。根据配置, 定时器可以在计数到 0 时停止运行,或将 TReloadReg 寄存器
的值作为初始值重新启动计数。
JS
MI
定时器的状态由 StatusIReg 寄存器的 TRunning 位来指示。
定时器的启动和停止可分别由 ControlReg 寄存器的 TStartNow 和 TstopNow 位来
控制。
定时器还可通过设置 TModeReg 寄存器的 TAuto 位为 1 来自动激活, 以满足特定
的协议要求。
定时过程中的延迟时间为重装值加 1。
例如:为了得到一个 25us 的延迟,需要计数 339 个时钟周期且 TPrescaler 的值
为 169。该配置使计数器每 25us 周期计数到 65535。
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10
节电模式
10. 1 硬掉电模式
当管脚 NRSTPD 为低电平时进入硬掉电模式。该模式下, 关闭包括振荡器在内的所有
内部电源。所有数字输入缓冲器和输入端分离,并关闭其功能(NRSTPD 管脚除外), 输出管
脚也保持在高电平或低电平。
10.2 软掉电模式
CommandReg 寄存器的 PowerDown 位设为 1 后立刻进入软掉电模式。关闭包括振荡器
r
缓冲器在内的所有内部电源。但是数字输入緩冲器不和输入端分离,且功能保持不 变。数字输
to
出管脚的 状态不变。
uc
在软掉电期间,所有的寄存器的值, FIF0 的值和配置都保持不变。
在设置 PowerDown 位为 0 后,经过 1024 个时钟周期退出软掉电模式。PowerDown
nd
位设置为 0 并不能立刻将其清除, 而是在退出软掉电模式后自动清零。
如果使用了内部振荡器,必须考虑它是由管脚 AVDD 提供的电源,必须经过一段
时间(Tosc) 后,振荡器才能稳定,且内部逻辑才能检测到时钟周期。在使用串行 UART 通
co
信时, 推荐先发送 55h 给JSM5120,振荡器必须保持稳定后才能再进一步访问寄存器。为
了确保这一点,直到 JSM5120回应上一个寄存器内容为地址 0 的读命令时才执行对地址 0
mi
的读访问。这样说明 JSM5120可以执行进一步的操作。
Se
10. 3 发送器掉电模式
发送器掉电模式切断内部天线驱动器来关闭 RF 场,可以通过设置 TXControlReg 寄
CR
O
存器的 TXIRFEn 或 TX2RFEn 位为 0 来实现。
10. 4 LPCD 模式
JSM5120内部集成低功耗自动寻卡与定时唤醒功能,寻卡时间间隔与寻卡时间均可编程,
寻卡过程无需 MCU 操作,寻卡成功后可以中断唤醒 MCU。LPCD 功能在低功耗的同时, 又实
JS
MI
现了检卡,兼顾了功耗与功能。
11
振荡器电路
JSM5120的时钟用作系统的编码器和解码器的时钟基准。因此,时钟频率的稳定性是保
证系统良好性能的重要因素。为了获得最佳性能,必须尽可能减少时钟抖动。 最好采用一个
带有推荐电路的内部振荡緩冲器。
如果采用外部时钟源,时钟信号必须连接至 OSCIN 管脚。在这种情况下,特别要注
意验证时钟的占空比,时钟抖动以及时钟信号的质量。
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标准 3V MIFARE 读卡器解决方案
JSM5120 寄存器
12
12.1 寄存器位
根据寄存器功能的不同,寄存器的访问条件也多种多样。原则上具有相同特性的 位归为
同组。表 23 描述了寄存器的访问条件。
表 23 寄存器位的特性
缩写
特性
描述
微处理器可以对这些位进行读和写操作,由于它们仅用于控制,其内容不会受到内部
r
状态机的影响。例如,微处理器可以对寄存器 ComlEnReg 进行读或写操作,但内部
读/写
dy
动态
r
只读
w
只写
RFU
-
这些寄存器是被保留的以备将来之用,在写操作时最好将这些寄存器都写为 0。
RFT
-
这些寄存器是被保留的以备将来之用或是为了生产测试。
状态机对该寄存器只能读取而不能改变它们的值。
uc
微处理器可以对这些位进行读或写操作,不过内部状态机同样可以改变这些寄存器的
值。例如,寄存器 CommandReg 在指令执行后自动改变其内部的某些值。
co
或内部状态机都不能改变它的值。
nd
这些寄存器的值只能由内部的状态决定。例如 CRCReady 位只能表示内部的状态,外部
Se
mi
这些寄存器的位读结果总是 0。
CR
O
12.2 寄存器
地址
to
r/w
表 24 寄存器总览
寄存器名称
功能
Page 0:命令和状态寄存器组
PageReg
JS
MI
0h
页选择寄存器
1h
CommandReg
掉电和命令寄存器
2h
ComlEnReg
中断请求控制寄存器
3h
DivlEnReg
中断请求控制寄存器
4h
ComlrqReg
中断请求位寄存器
5h
DivIrqReg
中断请求位寄存
6h
ErrorReg
指令执行的错误状态寄存器
7h
StatuslReg
通信状态寄存器
8h
Status2Reg
接收器和发送器状态寄存器
9h
FIFODataReg
64 字节 FIFO 缓冲器
Ah
FIFOLevelReg
FIFO 缓冲器已存储字节的数量寄存器
Bh
WaterLevelReg
FIF0 缓冲器溢出和空警告寄存器
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Ch
ControlReg
其它项控制寄存器
Dh
BitFramingReg
面向位的帧的调节寄存器
Eh
CollReg
检查产生位冲突的第一个位的地址
Fh
RFU
保留
Page 1:命令寄存器组
PageReg
页选择寄存器
1h
ModeReg
定义发送和接收通用模式的寄存器
2h
TxModeReg
定义发送过程的数据传输速率和结构的寄存器
3h
RxModeReg
定义接收过程中的数据传输速率和结构的寄存器
4h
TxControlReg
控制天线驱动器管脚 TX1 和 TX2 的寄存器
5h
TxAutoReg
控制天线驱动器设置的寄存器
6h
TxSelReg
选择天线驱动器的内部信号源的寄存器
7h
RxSelReg
选择内部接收器的设置的寄存器
8h
RxThresholdReg
选择位解码器的阈值的寄存器
9h
DemodReg
定义解调器的设置的寄存器
Ah
FelNFC1Reg
定义接收数据包的有效长度范围的寄存器
Bh
FelNFC2Reg
定义接收数据包的有效长度范围的寄存器
Ch
MifNFCReg
控 制 ISO/IEC 14443A 和NFC 目标模式在 106kbit 速率下
的通信的寄存器
Dh
ManualRCVReg
允许手动细调内部接收器的寄存器
Eh
TypeBReg
配置 ISO/IEC 14443B 的寄存器
Fh
SerialSpeedReg
0h
1h
2h
to
uc
nd
co
mi
Se
PageReg
页选择寄存器
CRCResultReg
显示 CRC 计算的 MSB 和 LSB 值
GsNOffReg
驱动器关闭时,天线驱动管脚 TX1 和TX2 上用于调制的
JS
MI
3h
选择串行 UART 接口的速率寄存器
CR
O
Page 2:配置寄存器组
r
0h
电导寄存器
4h
ModWidthReg
控制调制宽度的设置寄存器
5h
TxBitPhaseReg
调整 106kbit 速率下 TX 位的相位寄存器
6h
RFCfgReg
配置接收器增益和 RF 电压的寄存器
GsNOnReg
驱动器打开时,天线驱动管脚 TX1 和TX2 上用于调制的
7h
8h
9h
电导寄存器
CWGsPReg
在无调制期间,天线驱动管脚 TX1 和TX2 上用于调制的
电导寄存器
ModGsPReg
在调制期间,天线驱动管脚 TX1 和TX2 上用于调制的电
导寄存器
Ah
TModeReg
Bh
TPrescalerReg
内部定时器的设置寄存器
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Ch
TReloadReg
定义 16 位定时器的重载值寄存器
TCounterValReg
16 位定时器的计数值寄存器
Dh
Eh
Fh
Page 3:测试寄存器组
PageReg
页选择寄存器
1h
TestSel1Reg
通用测试信号配置寄存器
2h
TestSel2Reg
通用测试信号的配置和 PRBS 控制寄存器
3h
TestPinEnReg
使能 D0-D7 的输出驱动器(注:仅用于串行接口)
4h
TestPinValueReg
定义管脚 D0-D7 用作 I/0 总线时的值
5h
TestBusReg
内部测试总线的状态寄存器
6h
AutoTestReg
数字自检寄存器
7h
VersionReg
软件版本寄存器
8h
AnalogTestReg
管脚 AUX1 和 AUX2 输出寄存器
9h
TestDAC1Reg
TestDAC1 的测试值寄存器
Ah
TestDAC2Reg
TestDAC2 的测试值寄存器
Bh
TestADCReg
ADC 中 I 和 Q 通道寄存器
RFT
保留用于产品测试
to
uc
nd
co
JS
MI
CR
O
Se
mi
Ch-Fh
r
0h
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标准 3V MIFARE 读卡器解决方案
13
指令集
13.1 概 述
JSM5120的运行由能够执行一系列指令的内部状态机决定的。通过把指令代码写入
CommandReg 寄存器来执行相应的指令。
13. 2 通用特性
• 除 Transceive 指令外,需要输入数据流或(数 据 字 节 流)的指令会立即处理 FIFO
r
缓冲器的数据。 执行 Transceive 指令时,通过设置 BitFraming 寄存器的 StartSend
to
位来启动传送器。
• 需 要 预 先 设 置 参 数 的 指 令 只 有 当 从 FIFO 缓冲器中接收到正确数量的参数时才开
uc
始运行。
• 当指令启动时 FIFO 缓冲器不会立即清零, 可以先把指令参数和数据写进 FIFO
nd
缓冲器后再启动指令。
• 新写进 CommandReg 寄存器的指令将中断当前正在执行的指令。
co
13. 3 指令总览
表 25 指令总览
指令代码
Idle
0000
无动作;取消当前执行的指令
Config
0001
用于配置 MIFARE 和 NFCIP-1 通信
Generate RandomID
0010
CalcCRC
0011
Transmit
0100
NoCmdChange
0111
Receive
1000
启动接收器电路
Transceive
1100
发送 FIFO 缓冲器中的数据到天线并在发送后自动启动接收器
AutoColl
1101
处理 ISO/IEC 14443A 防冲突(仅卡工作模式)
SoftReset
1111
软复位
含义
Se
mi
指令
产生一个 10 字节的随机 ID 数据
JS
MI
CR
O
启动 CRC 协处理器
发送 FIFO 缓冲器的数据
不中断正在执行的指令,用来修改 CommandReg 寄存器中不影响命令执行
的一些位,例如 PowerDown 位
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标准 3V MIFARE 读卡器解决方案
14
电气参数
14.1 极限参数
表 26 极限参数
最小值
最大值
单位
VAVDD,VDVDD,VPVDD,V SVDD
-0.5
+5.5
V
VTVDD
-0.5
+5.5
V
存储温度
-40
85
°C
ESD(HBM)
-
2000
ESD(MM)
-
200
to
V
nd
表 27 主要参数指标
V
uc
14.2 主要参数指标
r
参数
参数
条件
最小值 典型值 最大值
VAVDD
模拟电源
VPVDD≤VAVDD =VDVDD ≤V TVDD
2.5
3.3
5.5
V
VDVDD
数字电源
VPVDD≤VAVDD =VDVDD ≤V TVDD
2.5
3.3
5.5
V
VTVDD
TVDD 电源
VPVDD≤VAVDD =VDVDD ≤V TVDD
2.5
3.3
5.5
V
VPVDD
PVDD 电源
VPVDD≤VAVDD =VDVDD ≤V TVDD
2.5
3.3
5.5
V
VSVDD
SVDD 电源
2.5
-
5.5
V
Tamb
环境温度
-40
-
+85
°C
-
-
5
uA
-
-
10
uA
-
1
2
mA
10uA
20uA
uA
CR
O
Se
mi
co
符号
单位
VAVDD=VDVDD=VTVDD=VPVDD=3.3V
掉电电流
JS
MI
Ipd
硬掉电:
NRSTPD=0
软掉电:
RF 检测器打开
IDVDD
数字电源电流
VDVDD=3.3V
ILPCD
低功耗寻卡电流
400ms 自动寻卡间隔
VAVDD=3.3V; RcvOff=0
-
2
3
mA
IAVDD
模拟电源电流
接收器关闭 VAVDD=3.3V;
RcvOff=1
-
1
2
mA
ITVDD
TVDD 电源电流
管脚 TVDD;连续波
-
60
100
mA
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