深入剖析Microchip HCS320 KEELOQ? 代碼跳變編碼器

在電子安全領域，遠程無鑰匙進入（RKE）系統的安全性至關重要。Microchip的HCS320 KEELOQ? 代碼跳變編碼器為RKE系統提供了一種安全、低成本且易于使用的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款編碼器。

文件下載：HCS320-I/P.pdf

1. 核心特性

1.1 安全特性

HCS320具有高度的安全性，這得益于其獨特的設計。它擁有可編程的28位序列號和64位加密密鑰，每個傳輸都是唯一的，傳輸代碼長度達到66位。其中，32位跳變代碼和34位固定代碼（包含28位序列號、4位功能代碼和2位狀態）構成了整個傳輸代碼。而且，加密密鑰是讀取保護的，有效防止了密鑰被非法獲取。

1.2 操作特性

在操作方面，HCS320的工作電壓范圍為3.5V - 13.0V，有移位鍵和三個輸入，提供16種功能。同時，它還具備可選的波特率、自動碼字完成功能，能將電池電量低的信號傳輸給接收器，并通過LED指示電池電量低。此外，它還擁有非易失性同步數據，確保數據的穩定性。

1.3 其他特性

HCS320還具有易于使用的編程接口、片上EEPROM、片上振蕩器和定時組件。按鈕輸入具有內部下拉電阻，LED輸出具有電流限制，外部組件成本低，這些特性使得它在實際應用中更加便捷和經濟。

2. 典型應用

HCS320非常適合用于遠程無鑰匙進入（RKE）應用，包括汽車RKE系統、汽車報警系統、汽車防盜器、大門和車庫門開啟器、身份令牌以及防盜報警系統等。它的高安全性和低成本特性，使得這些應用能夠更加可靠和安全地運行。

3. 系統概述

3.1 關鍵術語

在了解HCS320之前，我們需要先了解一些關鍵術語。例如，RKE是遠程無鑰匙進入；代碼跳變是一種使代碼在每次傳輸時看起來不可預測地變化的方法；加密密鑰是用于加密和解密數據的64位數字等。這些術語對于理解HCS320的工作原理至關重要。

3.2 工作原理

HCS320結合了通過非線性加密算法生成的32位跳變代碼、28位序列號和六位狀態位，創建了一個66位的傳輸流。這種設計消除了代碼掃描的威脅，代碼跳變機制使每個傳輸都是唯一的，從而使代碼捕獲和重發（代碼抓取）方案失效。

4. 設備操作

4.1 引腳描述

HCS320的引腳包括S0、S1、S2、SHIFT、VSS、PWM、LED和VDD。每個引腳都有其特定的功能，例如S0 - S2是開關輸入，SHIFT是移位開關輸入，PWM是脈沖寬度調制輸出或編程模式的數據引腳等。

4.2 操作流程

當檢測到按鈕按下時，HCS320會喚醒并延遲約10ms進行按鈕去抖。同步計數器、判別值和按鈕信息將被加密形成跳變代碼。即使按下相同的按鈕，跳變代碼部分也會在每次傳輸時發生變化。一個已傳輸的碼字在超過64K次傳輸之前不會重復，這提供了超過18年的使用時間（基于每天10次操作）。

5. EEPROM內存組織

HCS320包含192位（12 x 16位字）的EEPROM內存，用于存儲加密密鑰信息、同步值等。其中，64位加密密鑰用于創建傳輸到接收器的加密消息，16位同步值用于創建傳輸的跳變代碼，28位序列號是每個發射器唯一的，配置字則存儲了加密過程中使用的信息和選項配置的狀態。

6. 傳輸字

6.1 碼字格式

HCS320的碼字由50%占空比的前導碼、頭部、32位加密數據和34位固定數據組成，后面跟著一個保護期。

6.2 碼字組織

66位的碼字由固定代碼部分和加密代碼部分組成。32位的加密數據由4個按鈕位、12個判別位和16位同步值生成，提供了多達40億種變化的代碼組合。34位的固定代碼數據由2個狀態位、4個按鈕位和28位序列號組成，固定和加密部分結合增加了代碼組合的數量。

6.3 同步傳輸模式

同步傳輸模式可以使用外部時鐘將碼字時鐘輸出。進入同步傳輸模式需要執行編程模式啟動序列，在該模式下，PWM數據串的時序由外部控制，并且在碼字末尾會傳輸16個額外的位。

7. 特殊功能

7.1 碼字完成

碼字完成是一個自動功能，確保即使在傳輸完成之前釋放發送按鈕，整個碼字也能被傳輸。

7.2 自動關機

自動關機功能可以防止設備在按鈕意外長時間按下時耗盡電池。該功能可以通過設置或清除自動關機位來啟用或禁用。

7.3 電壓低指示

VLOW位在每次傳輸時都會發送，如果工作電壓低于低電壓跳閘點，VLOW位將被設置為1，以提醒接收器發射器電池電量低。

7.4 重復指示

RPT位在第一個傳輸字時為低，如果按鈕按下超過一個傳輸碼字，該位將被設置為指示重復的碼字，直到按鈕釋放。

7.5 LED輸出操作

在正常傳輸期間，LED輸出通過閃爍LED來指示移位級別。如果電源電壓低于低電壓跳閘點，LED輸出將在傳輸期間以約5Hz的頻率切換。

7.6 空白交替碼字

空白交替碼字（BACW）用于降低傳輸的平均功率，通過選擇不同的波特率和碼字空白選項，可以減少連續碼字的傳輸，從而降低平均功率，有助于通過FCC認證。

7.7 SHIFT鍵操作

SHIFT鍵用于增加計數器的值，稱為移位級別。連續按下SHIFT鍵可以將移位級別增加到3，然后再回到0。當按下傳輸按鈕時，傳輸的功能代碼取決于移位級別。

8. 編程HCS320

在使用HCS320之前，需要將一些參數（如序列號和密鑰）編程到設備中。編程周期允許用戶以串行數據流的形式輸入所有192位數據，然后將其存儲在內部EEPROM中。編程完成后，可以通過讀取EEPROM來驗證數據。

9. 集成到系統中

9.1 學習發射器到接收器

發射器必須先被接收器“學習”才能在系統中使用。學習過程包括計算發射器的加密密鑰、解密接收到的跳變代碼，并將序列號、同步計數器值和加密密鑰存儲在EEPROM中。

9.2 解碼器操作

解碼器等待接收傳輸，將接收到的序列號與EEPROM表中的學習發射器進行比較，以確定該發射器是否被允許在系統中使用。如果是學習過的發射器，傳輸將被解密并通過判別位進行認證，然后評估同步值。

9.3 與解碼器同步

KEELOQ技術采用了一種復雜的同步技術，通過一個3分區的旋轉同步窗口來確保系統的安全性。該窗口包括一個16代碼的單操作窗口、一個32K代碼的雙操作（重新同步）窗口和一個被阻止的窗口，有效地阻止了無效傳輸，同時提供了透明的重新同步功能。

10. 開發支持

Microchip為PIC? 微控制器和dsPIC? 數字信號控制器提供了全面的軟件和硬件開發工具，包括集成開發環境、編譯器、模擬器、仿真器、在線調試器、設備編程器以及低成本的演示/開發板、評估套件和入門套件等。這些工具為工程師提供了便捷的開發環境，幫助他們更快地實現產品開發。

11. 電氣特性

HCS320的絕對最大額定值包括電源電壓、輸入電壓、輸出電壓、最大輸出電流、存儲溫度、引腳焊接溫度和ESD額定值等。其直流特性包括工作電流、待機電流、高低電平輸入輸出電壓、LED灌電流和下拉電阻等。

12. 封裝信息

HCS320提供PDIP和SOIC兩種封裝類型，每種封裝都有其特定的尺寸和標記信息。

總結

Microchip的HCS320 KEELOQ? 代碼跳變編碼器是一款功能強大、安全可靠的編碼器，適用于各種遠程無鑰匙進入應用。它的高安全性、低外部組件成本和易于使用的編程接口，使其成為電子工程師設計RKE系統的理想選擇。在實際應用中，我們需要根據具體需求合理配置和使用HCS320，以確保系統的安全性和穩定性。大家在使用過程中有沒有遇到什么問題呢？歡迎在評論區分享交流。