基于RFID技術的射頻卡及其解碼技術
文章出處：http://5052h112.com 作者： 人氣： 發表時間：2012年03月20日
摘 要：在射頻卡的系統應用中，關鍵是要解決對射頻芯片輸出的數據進行解碼問題。在通常的設計中，都是采用單片機不斷檢測電平變化的方法進行解碼。論文提出了另外一種在MCS-51 單片機平臺下對EM4905 芯片輸出的64 位曼徹斯特編碼格式的數據進行解碼的方法。這種方法結合單片機的硬件和曼徹斯特編碼的特點，利用計算曼徹斯特碼下降沿間隔的載波數的方法進行解碼，大大提高了解碼的速度和準確性，而且硬件設計簡單，是一種非常實用的解碼技術。
關鍵詞：射頻卡；曼徹斯特碼；解碼
1. 引言
射頻識別（radio frequency identification，RFID）技術是從20 世紀90 年代開始興起的一項自動識別技術。他利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數據。射頻卡內集成了芯片，感應天線及電容等元件。讀寫時，將卡（我們以T5557 卡為例）靠近讀卡器，讀卡器天線發出的電磁波在射頻卡內的天線上產生感應電流，為卡內集成芯片提供能量。而該芯片預先存儲有一個唯一身份辨識號碼，該號碼被編碼后調制天線上的電流信號，再以電磁波的形式傳遞回讀卡器[1]。大多數射頻卡將卡內的身份識別號碼編碼為曼徹斯特碼，然后以單片機進行編碼。
然而，目前的很多單片機解碼程序采用定時查詢或是考察信號的邊沿狀態的方式解碼，這些解碼方法對天線上的載波頻率要求比較高，對定時的準確度要求也比較高，當載波稍微偏離規定的范圍內時將不能正確讀卡。本文介紹了一種新的解碼技術，載波頻率的偏移對解碼沒有任何影響，而且不用檢測信號的邊沿狀態，從而更加可靠、快速的讀卡。
2. 射頻卡的讀卡原理
2.1 射頻卡的組成結構
T5557 是美國Atmel 公司生產的多功能非接觸式R/W 辨識集成電路，適用于125KHZ頻率范圍。芯片需要連接一個天線線圈，該線圈被視為芯片電路的電力驅動補給和雙向信息的溝通接口，天線和芯片構成射頻卡。T5557 的典型應用系統構成圖如圖1 所示。
圖 1 T5557 應用系統結構圖
2.2 射頻卡與讀寫器之間的通信
如果一個應用系統要從一個非接觸的數據載體中讀取數據或是寫入數據到一個非接觸的數據載體中去，則它需要一個非接觸的讀寫器作為接口。非接觸式IC 卡與讀卡器之間通過無線電波來完成讀寫操作[2]。非接觸式IC 卡本身是無源卡，當讀寫器對卡進行進行讀寫操作時，讀寫器發出的信號有兩部分疊加組成：一部分是電源信號，該信號由卡接收后與本身的L/C 產生一個瞬間能量來供給芯片工作。另一部分則是指令和數據信號，指揮芯片完成數據的讀取、修改、儲存等，并返回信號給讀寫器。由圖1 可知，讀寫器向T5557 卡傳送射頻能量和讀寫命令時，同時接收T5557 芯片以負載調制方式送來的數據信號。電源上電后(POR 有效), T5557 將對存儲在EEPROM 塊0 中的數據進行初始化[5]。此時若POR 位為0,則在約3ms 后按塊0 的調制參數設置進行調制。若需置位POR,則其初始化時間約為67ms。T5557 卡的工作流程如下圖。
圖 2 T5557 卡的工作流程圖
從射頻卡返回給基站的數據采用編碼方式（可以選擇曼徹斯特碼）。在卡與讀寫器進行通信時，通常由卡將存貯在 EEPROM 中的數據以負載調制方式循環送至讀寫器。根據傳送數據循環組織方式的不同又可分為常規讀模式、塊讀模式和序列終止符模式。可以采用中斷射頻場的方法來對數據進行發送[3]。通常信號傳輸的間隙為50-150μ s,兩間隙之間的時間對應RF 一個“0”，標稱值為24 個場時鐘；或對應RF 場的一個“1”，標稱值為54 個場時鐘。
在間隙之后，當少于64 個場時鐘的間隙存在時，IC 將退出模式。若有效位的數目正確，則開始編程。如果有一個間隙失敗，即一個或多個間隙不是有效的“0”或“1”，則IC 不編程，進入從1 塊開始的讀模式。
序列中的第一個間隙被稱為起始間隙,為了便于對卡的檢測,一般情況下,起始間隙應大于其后的間隙。如圖3 所示
圖 3 讀寫器與卡的通信圖
3. 曼徹斯特碼解碼
根據曼徹斯特碼（以下簡稱M 碼）的特點:在每一個數據位的“中間”發生由低到高的跳變代表“1”、發生由高到低的跳變代表“0”。由圖3 可知，由于信號耦合的原因，實際上由EM4905 芯片送給單片機的64 位M 碼的數據是反過來的，即：用數據位中間發生高到低的跳變代表“1”、發生由低到高的跳變代表“0”。另外，在本系統中，64 位數據中的每一位在天線上的持續時間，即位寬時間是載波周期的64 倍，當載波頻率是125kHZ 時，每一位的持續時間是（1/125K）×64=512μ s。
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