1?引言?

????隨著計(jì)算機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，IC卡已經(jīng)融人人們的日常生活并發(fā)展成幾個(gè)大類，其中，非接觸IC卡的出現(xiàn)引起了人們的特別關(guān)注。射頻卡屬于非接觸IC卡，它避免了普通IC卡與讀卡器之間的物理接觸，減少了卡的磨損，所以受到廣泛的歡迎。射頻卡也是射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)的組成部分之一。?

????射頻識(shí)別(Radio?Frequency?Identification，以F簡(jiǎn)稱RFID)技術(shù)是20世紀(jì)90年代興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它利用無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信并交換數(shù)據(jù)，以達(dá)到識(shí)別目的。典型的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(Tag)、讀寫器(Read／Write?Device)及數(shù)據(jù)交換和管理系統(tǒng)等組成。電子標(biāo)簽也稱射頻卡，具有智能讀寫及加密通信能力。?

2?射頻卡讀寫器系統(tǒng)工作原理及硬件設(shè)計(jì)
?
????筆者設(shè)計(jì)的射頻卡讀寫系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、讀寫器和射頻卡組成，射頻卡讀寫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。??

2．1?射頻卡讀寫器?

????射頻卡讀寫器主要由PICl6型單片機(jī)和北京威利姆興公司生產(chǎn)的AT—RFMODCl6系列射頻基站模塊組成。該模塊采用一種常見的U2270B型非接觸卡讀寫基站電路。電路內(nèi)部集成了由片上電源、振蕩器和線圈激勵(lì)器組成的能量傳輸線路，用來給射頻卡提供工作電源；還集成了信號(hào)放大和天線驅(qū)動(dòng)線路來完成與射頻卡之間的信號(hào)發(fā)送與接收。AT—RFMOD06與PICl6的接口電路如圖2所示。??

????AF—RFMOD06模塊的引腳功能如表1所示。該模塊采用單列9引腳封裝，內(nèi)部集成了時(shí)鐘、射頻驅(qū)動(dòng)、濾波、放大、調(diào)制解調(diào)等模擬電路，所以按照?qǐng)D2連接好數(shù)字接口電路后，只需選擇適當(dāng)?shù)奶炀€和諧振電容器即可完成射頻電路的設(shè)計(jì)。??

????在圖2中，基站天線和振蕩電容器組成了LC振蕩電路，系統(tǒng)要求產(chǎn)生的振蕩頻率限定在125?kHz(±5％)，天線的振蕩幅度最高可以達(dá)到120?V，一般不要大于80?V，可以通過和天線線圈串聯(lián)的電阻器來調(diào)節(jié)天線的振蕩幅度。振蕩電容的耐壓值應(yīng)大于100?V。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，參數(shù)設(shè)定為C=2?200?DF，L=680μ?H．R=82Ω?。?

2．2?AT88RF256型射頻卡?

????AT88RF256—12卡是美國(guó)ATMEL公司推出的一款基于125?kHz工作頻率的感應(yīng)卡，可以加密．?dāng)?shù)據(jù)量為256位。作為典型的低頻、加密和可讀寫卡．AT88RF256一12在市場(chǎng)上有著廣泛的應(yīng)用前景。AT88RF256—12由電路和線圈組成．電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。??

????電路的L1引腳和L2引腳與線圈連接，當(dāng)線圈的電感為10．1?mH時(shí)，卡片的工作頻率為125?kHz。其工作電源由片內(nèi)線圈與電路內(nèi)置電容產(chǎn)生LC振蕩蓄電提供．AT88RF?256一12設(shè)計(jì)時(shí)把電容內(nèi)置到電路中，既減少了卡的加工環(huán)節(jié)．又提高了模塊及成卡的成品率和可靠性。LC振蕩產(chǎn)生的電能經(jīng)卡片內(nèi)的電源電路變換后分別提供給控制部分和EEPROM單元。?

3?射頻卡讀寫器編解碼及軟件流程?

3．1?射頻卡的寄存器和命令?

????卡片內(nèi)部的EEPROM分為lO頁(yè)．每頁(yè)包括32位，其內(nèi)容如表2所示。??

????用戶對(duì)卡的操作包括讀卡、寫卡、核對(duì)密碼、停止卡等，必須按以下7個(gè)命令格式來執(zhí)行上述操作：?
????0A2A1A010：寫第A2A1A0頁(yè)32位的EEPROM；?
????0A2Al?A001：讀第A2A1A0頁(yè)32位的EEPROM；?
????000011：數(shù)據(jù)固化命令(8位)；?
????010011：寫卡片控制位命令(24住)：?
????000111：寫卡片密碼命令：?
????011000：停止卡命令：?
????011100：核對(duì)密碼命令。?

3．2?射頻卡的控制要點(diǎn)?

3．2．1?編碼要求
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????AT88RF256卡在默認(rèn)狀態(tài)下讀卡片用MILLLER(密勒)碼，寫命令數(shù)據(jù)用MANCHESTER(曼徹斯特)碼。初始化下，密勒碼元寬度是。128μ8，曼徹斯特碼元寬度是256μs。?

3．2．2?發(fā)送命令的時(shí)間?

????讀寫器要對(duì)卡片發(fā)送命令，除了卡片要進(jìn)入射頻場(chǎng)內(nèi)獲取能量外，發(fā)送時(shí)間也受限制。卡片進(jìn)入射頻場(chǎng)后，按如下格式向讀寫卡器循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)：起始位；32~152位(長(zhǎng)度可自行設(shè)定)的ID數(shù)據(jù)；停止位；8位收聽窗(Listening?Window)。?

????圖4示出基站模塊的DATA?OUT引腳的輸出波形，在每個(gè)數(shù)據(jù)包之間都有一個(gè)持續(xù)8位密勒碼元寬度的低電平狀態(tài)的收聽窗。只有在收聽窗第2位至第7位，射頻才可以接收讀寫卡器發(fā)送的讀、寫命令。所以本設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵是如何捕捉到收聽窗，這屬于讀卡和解碼操作的一部分，解碼是建立在對(duì)基站模塊DATA?OUT引腳的波形分析的基礎(chǔ)上的。?

3．2．3?發(fā)送命令格式?

????基站根據(jù)需要在7種命令格式中選擇向射頻卡發(fā)送的命令，當(dāng)發(fā)送帶有數(shù)據(jù)的命令時(shí)，在命令的最后要添加一個(gè)bit的校驗(yàn)位．校驗(yàn)位是命令字和所有參數(shù)的奇校驗(yàn)?？ㄆ邮盏矫詈笠葘?duì)奇偶校驗(yàn)位．只有當(dāng)校驗(yàn)位正確時(shí)才真正地執(zhí)行命令，否則將返回ID，不執(zhí)行命令。這樣可以有效避免因?yàn)榭臻g干擾而對(duì)卡片數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤操作．大大提高卡片讀寫的可靠性。?

3．2．4?多張卡沖突?

????在開發(fā)過程中,多張卡片同時(shí)進(jìn)場(chǎng)時(shí)，DATAOUT引腳的波形相當(dāng)于若干個(gè)卡片單獨(dú)進(jìn)場(chǎng)時(shí)的波形的疊加,無(wú)法選定某一卡片進(jìn)行讀寫。出現(xiàn)這種情況時(shí),為了避免誤寫卡的操作，等待檢測(cè)到只有惟一的卡片在場(chǎng)內(nèi)時(shí)再進(jìn)行所需的操作。?

3．3?程序設(shè)計(jì)?

????已知密勒碼元寬度為128μs，卡片ID的長(zhǎng)度是32位，只能在收聽窗的第2位至第7位發(fā)送命令。下面是用PIC單片機(jī)編寫的收聽窗程序。其中RB口的OUT引腳輸入的是基站模塊DATA?OUT引腳的信號(hào)，參考圖2。出錯(cuò)返回5AH，正確返回OH。?

LISTEN：?MOVLW?．80?
?????????MOVWF?CARDDEL．?
LISLOOP：MOVIJW?．70?
?????????MOVWF?D1?
?????????BTFSC?RB,OUT?
?????????GOTO?LISTEN2?
LISTENl：NOP?
?????????BTFSC?RB,OUT?
?????????GOTO?LISTEN0?
?????????DECFSZ?D1．1?
?????????GOTO?LISTENl?
?????????RETLW?OH?
LISlEN2：NOP?
?????????BTFSS?RB,OUT?
?????????GOTO?LISTIEN0?
?????????DECFSZ?D1，1?
?????????GOTO?LJSTEN2?
?????????RETLW?5AH?
LISTEN0：DECFSZ?CARDDEL，1?
?????????GOTO?LISLOOP?
?????????RETLW?5AH?

????在正確跟蹤收聽窗的基礎(chǔ)上，以曼徹斯特編碼格式向射頻卡第5頁(yè)寫入32位數(shù)據(jù)為例，如圖5所示。每當(dāng)成功寫入某頁(yè)32位數(shù)據(jù)后?？ㄆh(huán)發(fā)送新寫入的數(shù)據(jù)，直至卡片退場(chǎng)。這就方便了用戶對(duì)寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。?

4?結(jié)束語(yǔ)?

????由于基站模塊集成了調(diào)制解調(diào)功能，所以通信上只需注重基帶信號(hào)的處理，降低了設(shè)計(jì)難度。這套射頻卡讀寫器已經(jīng)應(yīng)用到電能表預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)中，替代了一批原先使用的普通IC卡電表，系統(tǒng)的可靠性得到用戶的肯定，加上射頻卡操作便捷，該系統(tǒng)的應(yīng)用前景十分看好。