深入解析Microchip HCS370 KEELOQ? 代碼跳變編碼器

在電子工程師的日常工作中，安全可靠的遠(yuǎn)程無(wú)鑰匙進(jìn)入（RKE）系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的課題。Microchip的HCS370 KEELOQ? 代碼跳變編碼器為這一領(lǐng)域提供了一個(gè)強(qiáng)大而安全的解決方案。今天，我們就來(lái)深入探討一下HCS370的特點(diǎn)、工作原理以及應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、HCS370概述

HCS370是一款專為安全的遠(yuǎn)程無(wú)鑰匙進(jìn)入（RKE）和安全遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的代碼跳變編碼器。它采用了KEELOQ? 代碼跳變技術(shù)，結(jié)合了高安全性、小封裝尺寸和低成本的優(yōu)勢(shì)，是單向認(rèn)證系統(tǒng)和訪問(wèn)控制系統(tǒng)的理想選擇。

二、主要特性

（一）安全性

1. 可編程參數(shù)：擁有兩個(gè)可編程的32位序列號(hào)、兩個(gè)可編程的64位編碼器密鑰和兩個(gè)可編程的60位種子值，這些參數(shù)為系統(tǒng)提供了高度的安全性。
2. 唯一傳輸：每次傳輸?shù)拇a都是唯一的，傳輸代碼長(zhǎng)度為67/69位，其中包含32位跳變代碼，有效防止了代碼掃描和代碼抓取等攻擊手段。
3. 加密密鑰保護(hù)：加密密鑰具有讀取保護(hù)功能，確保了數(shù)據(jù)的安全性。

（二）操作特性

1. 寬電壓范圍：支持2.05 - 5.5V的工作電壓，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
2. 多按鈕輸入：提供六個(gè)按鈕輸入，可實(shí)現(xiàn)15種功能，滿足不同的應(yīng)用需求。
3. 可選波特率：具有四個(gè)可選的波特率，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
4. 電池低電量信號(hào)：能夠?qū)㈦姵氐碗娏啃盘?hào)傳輸給接收器，提醒用戶及時(shí)更換電池。
5. 非易失性同步數(shù)據(jù)：采用非易失性同步數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)在斷電后仍能保持同步。
6. 多種調(diào)制方式：支持PWM、VPWM、PPM和Manchester調(diào)制方式，增加了系統(tǒng)的靈活性。
7. 按鈕隊(duì)列信息傳輸：可傳輸按鈕隊(duì)列信息，方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的操作邏輯。
8. 雙編碼器功能：支持雙編碼器功能，允許兩個(gè)制造商使用同一設(shè)備而無(wú)需使用相同的制造商代碼。

（三）其他特性

1. 片上EEPROM：集成了片上EEPROM，用于存儲(chǔ)用戶可編程數(shù)據(jù)和同步計(jì)數(shù)器。
2. 片上調(diào)諧振蕩器：具有片上調(diào)諧振蕩器，頻率在電壓和溫度變化時(shí)保持在±10%的范圍內(nèi)。
3. 內(nèi)部下拉電阻：按鈕輸入具有內(nèi)部下拉電阻，簡(jiǎn)化了外部電路設(shè)計(jì)。
4. LED輸出：提供LED輸出，可用于指示系統(tǒng)狀態(tài)。
5. PLL控制：支持ASK和FSK的PLL控制，提高了射頻性能。
6. 低外部組件數(shù)量：所需的外部組件數(shù)量較少，降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜度。
7. 升壓穩(wěn)壓器：集成了升壓穩(wěn)壓器，可滿足不同的電源需求。

三、工作原理

（一）系統(tǒng)概述

HCS370的核心是KEELOQ? 代碼跳變技術(shù)。在使用前，需要將一些重要參數(shù)加載到片上EEPROM中，包括序列號(hào)、加密密鑰和初始同步值。加密密鑰的生成通常將發(fā)射器序列號(hào)和64位制造商代碼輸入到密鑰生成算法中。

（二）代碼字生成

當(dāng)按鈕被按下時(shí)，編碼器會(huì)讀取按鈕輸入并更新同步計(jì)數(shù)器。同步計(jì)數(shù)器和加密密鑰被輸入到加密算法中，輸出32位加密信息，即跳變代碼。跳變代碼與按鈕信息和序列號(hào)組合形成傳輸給接收器的代碼字。

（三）接收器學(xué)習(xí)

在使用發(fā)射器之前，接收器需要“學(xué)習(xí)”發(fā)射器。學(xué)習(xí)過(guò)程包括計(jì)算發(fā)射器的加密密鑰、解密接收到的跳變代碼、存儲(chǔ)序列號(hào)、同步計(jì)數(shù)器值和加密密鑰。接收器通常通過(guò)運(yùn)行編碼器序列號(hào)或種子通過(guò)密鑰生成例程來(lái)計(jì)算加密密鑰。

（四）正常操作

在正常操作中，接收器接收并評(píng)估每個(gè)接收到的消息。如果序列號(hào)來(lái)自已學(xué)習(xí)的發(fā)射器，則消息將被解密并驗(yàn)證同步計(jì)數(shù)器。最后，檢查按鈕狀態(tài)以確定請(qǐng)求的操作。

四、EEPROM組織

HCS370的EEPROM分為三個(gè)部分，分別存儲(chǔ)編碼器1、編碼器2和設(shè)備選項(xiàng)的相關(guān)信息。這些信息包括編碼器密鑰、種子值、同步計(jì)數(shù)器、序列號(hào)、判別值、調(diào)制格式等。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的編程，可以實(shí)現(xiàn)不同的功能和配置。

五、傳輸格式

（一）調(diào)制格式

HCS370支持四種不同的調(diào)制格式，包括脈沖寬度調(diào)制（PWM）、曼徹斯特（MAN）、可變脈沖寬度調(diào)制（VPWM）和脈沖位置調(diào)制（PPM）?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)制選擇（MSEL）配置選項(xiàng)進(jìn)行選擇。

（二）傳輸參數(shù)

傳輸由多個(gè)代碼字組成，每個(gè)代碼字包含前導(dǎo)碼、頭部和數(shù)據(jù)。代碼字之間由保護(hù)時(shí)間分隔。保護(hù)時(shí)間、波特率、頭部時(shí)間等參數(shù)可以通過(guò)相應(yīng)的配置選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置。

（三）其他選項(xiàng)

還可以通過(guò)配置選項(xiàng)設(shè)置起始/停止脈沖、喚醒序列等，以滿足不同的應(yīng)用需求。

六、特殊功能

（一）內(nèi)部RC振蕩器

HCS370內(nèi)置了RC振蕩器，控制所有邏輯輸出的時(shí)序特性。振蕩器頻率在溫度和電壓變化時(shí)保持在±10%的范圍內(nèi)。

（二）RF使能和PLL接口

RFEN引腳在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)被驅(qū)動(dòng)為高電平，與RF PLL接口?？梢酝ㄟ^(guò)PLL接口選擇（PLLSEL）配置選項(xiàng)選擇ASK或FSK接口。

（三）LED輸出

LED引腳在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)被驅(qū)動(dòng)為低電平，LED開啟時(shí)間可以通過(guò)LED開啟時(shí)間選擇（LEDOS）配置選項(xiàng)進(jìn)行選擇。

（四）升壓穩(wěn)壓器

可以通過(guò)設(shè)置VIN電阻分壓器和電感來(lái)創(chuàng)建自己的升壓穩(wěn)壓器電路。WAIT選項(xiàng)可以延遲RF傳輸，直到COUT充電完成。SLEEP輸出使能（SOEN）選項(xiàng)可以重新配置S5引腳，以節(jié)省升壓穩(wěn)壓器的功耗。

（五）循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）

CRC位用于檢查數(shù)據(jù)的完整性，可檢測(cè)所有單比特錯(cuò)誤和66%的雙比特錯(cuò)誤。

（六）按鈕隊(duì)列信息（QUEUE）

可以通過(guò)隊(duì)列計(jì)數(shù)器使能（QUEN）配置選項(xiàng)控制按鈕隊(duì)列的處理方式。當(dāng)QUEN選項(xiàng)禁用時(shí)，設(shè)備最多可以記錄兩個(gè)連續(xù)的按鈕按下；當(dāng)QUEN選項(xiàng)啟用時(shí)，隊(duì)列位會(huì)被添加到標(biāo)準(zhǔn)代碼字中。

七、編程規(guī)范

關(guān)于HCS370的編程規(guī)范，請(qǐng)參考Microchip文獻(xiàn)中的“ HCS370 Programming Specifications”文檔（DS41157）。

八、系統(tǒng)集成

（一）學(xué)習(xí)發(fā)射器

發(fā)射器必須先被接收器“學(xué)習(xí)”才能在系統(tǒng)中使用。學(xué)習(xí)過(guò)程包括接收和驗(yàn)證傳輸、生成加密密鑰、解密消息、驗(yàn)證判別值和計(jì)數(shù)器值等步驟。

（二）解碼器操作

解碼器等待接收傳輸，比較接收到的序列號(hào)與已學(xué)習(xí)發(fā)射器的EEPROM表，以確定是否允許該發(fā)射器在系統(tǒng)中使用。如果是已學(xué)習(xí)的發(fā)射器，則解密傳輸并驗(yàn)證同步值。

（三）同步與解碼器

KEELOQ技術(shù)采用了一種復(fù)雜的同步技術(shù)，通過(guò)一個(gè)三分區(qū)、旋轉(zhuǎn)的同步窗口來(lái)確保系統(tǒng)的安全性。該技術(shù)可以阻止無(wú)效傳輸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與發(fā)射器的透明重新同步。

（四）安全考慮

HCS370的安全性基于保持發(fā)射器內(nèi)部的秘密，即制造商密鑰。為了保護(hù)系統(tǒng)安全，建議使用隨機(jī)種子進(jìn)行安全學(xué)習(xí)，以防止制造商密鑰被破解。此外，還可以采取一些措施來(lái)提高系統(tǒng)的安全性，如增加計(jì)數(shù)器、使用單獨(dú)的按鈕功能等。

九、開發(fā)支持

Microchip為PIC? 微控制器和dsPIC? 數(shù)字信號(hào)控制器提供了一系列的軟件和硬件開發(fā)工具，包括集成開發(fā)環(huán)境、編譯器、匯編器、鏈接器、模擬器、仿真器、在線調(diào)試器、設(shè)備編程器等。這些工具可以幫助工程師更高效地開發(fā)和調(diào)試HCS370相關(guān)的應(yīng)用。

十、電氣特性

HCS370的電氣特性包括最大額定值、直流特性和交流特性。在使用時(shí)，需要確保設(shè)備在規(guī)定的電氣參數(shù)范圍內(nèi)工作，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

十一、封裝信息

HCS370提供了多種封裝類型，包括PDIP、SOIC和TSSOP。每種封裝都有其特定的尺寸和引腳配置，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的封裝。

總結(jié)

Microchip的HCS370 KEELOQ? 代碼跳變編碼器是一款功能強(qiáng)大、安全可靠的編碼器，適用于各種遠(yuǎn)程無(wú)鑰匙進(jìn)入和安全遠(yuǎn)程控制應(yīng)用。通過(guò)深入了解其特性、工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景，工程師可以更好地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)安全高效的系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體需求進(jìn)行合理的配置和優(yōu)化，以確保系統(tǒng)的性能和安全性。你在使用HCS370的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。