基于RFID技术的射频卡及其解码技术
文章出处：http://www.singbon.com 作者： 人气： 发表时间：2012年03月20日
摘 要：在射频卡的系统应用中，关键是要解决对射频芯片输出的数据进行解码问题。在通常的设计中，都是采用单片机不断检测电平变化的方法进行解码。论文提出了另外一种在MCS-51 单片机平台下对EM4905 芯片输出的64 位曼彻斯特编码格式的数据进行解码的方法。这种方法结合单片机的硬件和曼彻斯特编码的特点，利用计算曼彻斯特码下降沿间隔的载波数的方法进行解码，大大提高了解码的速度和准确性，而且硬件设计简单，是一种非常实用的解码技术。
关键词：射频卡；曼彻斯特码；解码
1. 引言
射频识别（radio frequency identification，RFID）技术是从20 世纪90 年代开始兴起的一项自动识别技术。他利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。射频卡内集成了芯片，感应天线及电容等元件。读写时，将卡（我们以T5557 卡为例）靠近读卡器，读卡器天线发出的电磁波在射频卡内的天线上产生感应电流，为卡内集成芯片提供能量。而该芯片预先存储有一个唯一身份辨识号码，该号码被编码后调制天线上的电流信号，再以电磁波的形式传递回读卡器[1]。大多数射频卡将卡内的身份识别号码编码为曼彻斯特码，然后以单片机进行编码。
然而，目前的很多单片机解码程序采用定时查询或是考察信号的边沿状态的方式解码，这些解码方法对天线上的载波频率要求比较高，对定时的准确度要求也比较高，当载波稍微偏离规定的范围内时将不能正确读卡。本文介绍了一种新的解码技术，载波频率的偏移对解码没有任何影响，而且不用检测信号的边沿状态，从而更加可靠、快速的读卡。
2. 射频卡的读卡原理
2.1 射频卡的组成结构
T5557 是美国Atmel 公司生产的多功能非接触式R/W 辨识集成电路，适用于125KHZ频率范围。芯片需要连接一个天线线圈，该线圈被视为芯片电路的电力驱动补给和双向信息的沟通接口，天线和芯片构成射频卡。T5557 的典型应用系统构成图如图1 所示。
图 1 T5557 应用系统结构图
2.2 射频卡与读写器之间的通信
如果一个应用系统要从一个非接触的数据载体中读取数据或是写入数据到一个非接触的数据载体中去，则它需要一个非接触的读写器作为接口。非接触式IC 卡与读卡器之间通过无线电波来完成读写操作[2]。非接触式IC 卡本身是无源卡，当读写器对卡进行进行读写操作时，读写器发出的信号有两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后与本身的L/C 产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是指令和数据信号，指挥芯片完成数据的读取、修改、储存等，并返回信号给读写器。由图1 可知，读写器向T5557 卡传送射频能量和读写命令时，同时接收T5557 芯片以负载调制方式送来的数据信号。电源上电后(POR 有效), T5557 将对存储在EEPROM 块0 中的数据进行初始化[5]。此时若POR 位为0,则在约3ms 后按块0 的调制参数设置进行调制。若需置位POR,则其初始化时间约为67ms。T5557 卡的工作流程如下图。
图 2 T5557 卡的工作流程图
从射频卡返回给基站的数据采用编码方式（可以选择曼彻斯特码）。在卡与读写器进行通信时，通常由卡将存贮在 EEPROM 中的数据以负载调制方式循环送至读写器。根据传送数据循环组织方式的不同又可分为常规读模式、块读模式和序列终止符模式。可以采用中断射频场的方法来对数据进行发送[3]。通常信号传输的间隙为50-150μ s,两间隙之间的时间对应RF 一个“0”，标称值为24 个场时钟；或对应RF 场的一个“1”，标称值为54 个场时钟。
在间隙之后，当少于64 个场时钟的间隙存在时，IC 将退出模式。若有效位的数目正确，则开始编程。如果有一个间隙失败，即一个或多个间隙不是有效的“0”或“1”，则IC 不编程，进入从1 块开始的读模式。
序列中的第一个间隙被称为起始间隙,为了便于对卡的检测,一般情况下,起始间隙应大于其后的间隙。如图3 所示
图 3 读写器与卡的通信图
3. 曼彻斯特码解码
根据曼彻斯特码（以下简称M 码）的特点:在每一个数据位的“中间”发生由低到高的跳变代表“1”、发生由高到低的跳变代表“0”。由图3 可知，由于信号耦合的原因，实际上由EM4905 芯片送给单片机的64 位M 码的数据是反过来的，即：用数据位中间发生高到低的跳变代表“1”、发生由低到高的跳变代表“0”。另外，在本系统中，64 位数据中的每一位在天线上的持续时间，即位宽时间是载波周期的64 倍，当载波频率是125kHZ 时，每一位的持续时间是（1/125K）×64=512μ s。
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