張建文　王懷平

摘 要：本文介紹一種基于基站芯片EM4095和AT89S52單片機(jī)的低頻RFID讀寫器設(shè)計(jì)方案。論文首先對讀寫器硬件功能框圖進(jìn)行說明，并給出了讀寫器硬件接口電路。在分析了EM4095解調(diào)、輸出的曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)波形后，根據(jù)該曼徹斯特碼編碼特點(diǎn)，提出了利用計(jì)算曼徹斯特碼的下降沿間隔的載波數(shù)的方法進(jìn)行解碼的思路，并給出了軟件流程圖，此解碼方法提高了解碼的速度和準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)證明，讀寫器讀卡穩(wěn)定可靠，效果好。

關(guān)鍵詞：射頻識別；EM4095；曼徹斯特碼；讀寫器

中圖分類號：TP334 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言（Introduction）

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）屬無線電通信范疇，基本物理原理就是電磁場感應(yīng)。射頻識別系統(tǒng)由兩部分組成：一部分是識別對象（標(biāo)簽）；另一部分是識別器（讀寫器）[1]。

讀寫器模塊是由微控制器、射頻基站芯片、線圈和一些外圍阻容器件組成。本文所設(shè)計(jì)的125kHz低頻RFID讀寫器能夠準(zhǔn)確可靠的讀取標(biāo)簽的內(nèi)存信息，并送入計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)非接觸式門禁考勤、動物識別等系統(tǒng)的核心管理功能。

2 硬件電路設(shè)計(jì)（The hardware circuit design）

125kHz讀寫器主要是由射頻模塊、控制模塊，通信模塊和電源模塊等部分電路組成的，其硬件功能框圖如圖1所示。

我們選用的EM4095是EM公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的低頻RFID讀寫器專用芯片，它集成的PLL系統(tǒng)能達(dá)到載波頻率自適應(yīng)天線的共振頻率，而不需外接晶振，工作頻率100kHz—150kHz。EM4095與微控制器接口簡單，由EM4095構(gòu)成的讀寫器電路圖如圖2所示，芯片供電后，SHD應(yīng)先為高電平，對芯片進(jìn)行初始化，然后再接低電平，芯片即發(fā)射射頻信號，解調(diào)模塊將天線上AM信號中攜帶的數(shù)字信號取出，并由DEMOD_OUT端輸出。EM4095輸出的參考時鐘信號RDY/CLK接T0，用作解碼的同步時鐘。AT89S52從電子標(biāo)簽讀取數(shù)據(jù)，再通過MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與PC的通信[2]。

3 讀寫器的軟件設(shè)計(jì)（Software design of Reader）

這里選用的只讀非接觸IC卡為EM4100卡。它采用125kHz的典型工作頻率，有64位激光可編程ROM，調(diào)制方式為曼徹斯特碼（Manchester）調(diào)制，位數(shù)據(jù)傳送周期為512μs。串行輸出的數(shù)據(jù)包括9位前導(dǎo)位，40位信息位，14位校驗(yàn)位，1位停止位。

射頻卡內(nèi)的EM4100芯片內(nèi)部預(yù)先存儲的不可改寫的64位數(shù)據(jù)格式，如圖3所示。

全部的64位數(shù)據(jù)的開頭是由9個1組成的前導(dǎo)位，由于數(shù)據(jù)和偶校驗(yàn)的結(jié)合，這種序列不可能在后面的數(shù)據(jù)串中重復(fù)出現(xiàn)，保證了前導(dǎo)位的唯一性。前導(dǎo)位之后是10組4位的數(shù)據(jù)，每一組4位數(shù)據(jù)后面是每行的偶校驗(yàn)位，最后一行4位數(shù)據(jù)是前面10組數(shù)據(jù)各列的偶校驗(yàn)位。D00—D03和D10—D13是廠商號，最后一位S0是停止位，它恒為0。當(dāng)傳送卡號時，這64位數(shù)據(jù)通過載波在天線上首尾相接循環(huán)出現(xiàn)[3]。

EM4095從DEMOD-IN引腳檢測線圈的電壓變化，在芯片內(nèi)部對已調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)，然后從DEMOD-OUT端輸出曼徹斯特編碼（簡稱曼碼）信號。根據(jù)曼碼的特點(diǎn)：在每一個數(shù)據(jù)位的“中間”由低電平跳變到高電平代表“1”，由高電平跳到低電平代表“0”。由于信號耦合的原因，實(shí)際上由EM4095芯片送給單片機(jī)的64位曼碼的數(shù)據(jù)是反過來的，即：數(shù)據(jù)位中間發(fā)生由高到低的跳變代表“1”，發(fā)生由低到高的跳變代表“0”。

根據(jù)EM4095芯片的特點(diǎn)：接收數(shù)據(jù)時，RDY/CLK管腳上將輸出與天線上載波信號頻率一致的方波信號。即使載波頻率發(fā)生變化，每一位曼碼數(shù)據(jù)所占的寬度仍為64個載波周期。設(shè)計(jì)電路時，將EM4095的RDY/CLK管腳接入AT89S52單片機(jī)的T0口，以對輸出方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。

EM4095輸出信號的波形如圖4所示[3]。

分析EM4095輸出的曼徹斯特編碼，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)束時的上跳沿與數(shù)據(jù)起始時的下跳沿中間間隔一個數(shù)據(jù)時鐘周期，根據(jù)這個特征，不斷等待上跳沿，上跳沿到來時，開啟T0，下跳沿到來，關(guān)T0，如T0計(jì)數(shù)器計(jì)到64個載波左右，則認(rèn)為找到了停止位后9個1組成的前導(dǎo)位中的第一個1，否則重新找上跳沿。以前導(dǎo)位中的第一個1的下跳沿為計(jì)數(shù)起點(diǎn)，用計(jì)數(shù)器計(jì)RDY/CLK的脈沖個數(shù)，每64個脈沖信號后讀取的DMOD_OUT上的電平，該電平取反，就是該位值。再接收8個1就可確定找到了64位數(shù)據(jù)的前導(dǎo)位中的9個1，然后再接收40位信息位，14位校驗(yàn)位和停止位。如沒接受到8個1，就沒找到前導(dǎo)位，需重新找上跳沿，確定前導(dǎo)位中的第一個1。解碼流程如圖5所示。

數(shù)據(jù)接收在中斷服務(wù)程序完成，其流程如圖6所示。

4 結(jié)論（Conclusion）

射頻識別技術(shù)在生產(chǎn)、生活各領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，本文首先介紹了讀寫器的結(jié)構(gòu)框圖，給出了利用EM4095設(shè)計(jì)的RFID讀寫器硬件電路。然后分析了電子標(biāo)簽芯片的數(shù)據(jù)存儲格式和EM4095輸出的曼徹斯特編碼的特征，在此基礎(chǔ)上提出了利用計(jì)數(shù)器累計(jì)RDY/CLK的脈沖個數(shù)，即計(jì)算曼徹斯特碼的下降沿間隔的載波數(shù)的方法進(jìn)行解碼的方法，此方法提高了解碼的速度和準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)證明，讀寫器讀卡穩(wěn)定可靠，效果好。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 單承贛.射頻識別（RFID）原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：1-200.

[2] 張浩博，張紅雨.應(yīng)用單片機(jī)的手持式RFID讀卡器設(shè)計(jì)[J].國外電子元器件，2008（9）：45-46.

[3] 丁明軍，徐建城.射頻卡應(yīng)用中的曼徹斯特碼解碼技術(shù)[J].通信技術(shù)，2007（12）：65-67.

作者簡介：

張建文（1966-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：單片機(jī)及RFID技術(shù)應(yīng)用開發(fā).endprint

摘 要：本文介紹一種基于基站芯片EM4095和AT89S52單片機(jī)的低頻RFID讀寫器設(shè)計(jì)方案。論文首先對讀寫器硬件功能框圖進(jìn)行說明，并給出了讀寫器硬件接口電路。在分析了EM4095解調(diào)、輸出的曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)波形后，根據(jù)該曼徹斯特碼編碼特點(diǎn)，提出了利用計(jì)算曼徹斯特碼的下降沿間隔的載波數(shù)的方法進(jìn)行解碼的思路，并給出了軟件流程圖，此解碼方法提高了解碼的速度和準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)證明，讀寫器讀卡穩(wěn)定可靠，效果好。

關(guān)鍵詞：射頻識別；EM4095；曼徹斯特碼；讀寫器

中圖分類號：TP334 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言（Introduction）

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）屬無線電通信范疇，基本物理原理就是電磁場感應(yīng)。射頻識別系統(tǒng)由兩部分組成：一部分是識別對象（標(biāo)簽）；另一部分是識別器（讀寫器）[1]。

讀寫器模塊是由微控制器、射頻基站芯片、線圈和一些外圍阻容器件組成。本文所設(shè)計(jì)的125kHz低頻RFID讀寫器能夠準(zhǔn)確可靠的讀取標(biāo)簽的內(nèi)存信息，并送入計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)非接觸式門禁考勤、動物識別等系統(tǒng)的核心管理功能。

2 硬件電路設(shè)計(jì)（The hardware circuit design）

125kHz讀寫器主要是由射頻模塊、控制模塊，通信模塊和電源模塊等部分電路組成的，其硬件功能框圖如圖1所示。

我們選用的EM4095是EM公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的低頻RFID讀寫器專用芯片，它集成的PLL系統(tǒng)能達(dá)到載波頻率自適應(yīng)天線的共振頻率，而不需外接晶振，工作頻率100kHz—150kHz。EM4095與微控制器接口簡單，由EM4095構(gòu)成的讀寫器電路圖如圖2所示，芯片供電后，SHD應(yīng)先為高電平，對芯片進(jìn)行初始化，然后再接低電平，芯片即發(fā)射射頻信號，解調(diào)模塊將天線上AM信號中攜帶的數(shù)字信號取出，并由DEMOD_OUT端輸出。EM4095輸出的參考時鐘信號RDY/CLK接T0，用作解碼的同步時鐘。AT89S52從電子標(biāo)簽讀取數(shù)據(jù)，再通過MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與PC的通信[2]。

3 讀寫器的軟件設(shè)計(jì)（Software design of Reader）

這里選用的只讀非接觸IC卡為EM4100卡。它采用125kHz的典型工作頻率，有64位激光可編程ROM，調(diào)制方式為曼徹斯特碼（Manchester）調(diào)制，位數(shù)據(jù)傳送周期為512μs。串行輸出的數(shù)據(jù)包括9位前導(dǎo)位，40位信息位，14位校驗(yàn)位，1位停止位。

射頻卡內(nèi)的EM4100芯片內(nèi)部預(yù)先存儲的不可改寫的64位數(shù)據(jù)格式，如圖3所示。

全部的64位數(shù)據(jù)的開頭是由9個1組成的前導(dǎo)位，由于數(shù)據(jù)和偶校驗(yàn)的結(jié)合，這種序列不可能在后面的數(shù)據(jù)串中重復(fù)出現(xiàn)，保證了前導(dǎo)位的唯一性。前導(dǎo)位之后是10組4位的數(shù)據(jù)，每一組4位數(shù)據(jù)后面是每行的偶校驗(yàn)位，最后一行4位數(shù)據(jù)是前面10組數(shù)據(jù)各列的偶校驗(yàn)位。D00—D03和D10—D13是廠商號，最后一位S0是停止位，它恒為0。當(dāng)傳送卡號時，這64位數(shù)據(jù)通過載波在天線上首尾相接循環(huán)出現(xiàn)[3]。

EM4095從DEMOD-IN引腳檢測線圈的電壓變化，在芯片內(nèi)部對已調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)，然后從DEMOD-OUT端輸出曼徹斯特編碼（簡稱曼碼）信號。根據(jù)曼碼的特點(diǎn)：在每一個數(shù)據(jù)位的“中間”由低電平跳變到高電平代表“1”，由高電平跳到低電平代表“0”。由于信號耦合的原因，實(shí)際上由EM4095芯片送給單片機(jī)的64位曼碼的數(shù)據(jù)是反過來的，即：數(shù)據(jù)位中間發(fā)生由高到低的跳變代表“1”，發(fā)生由低到高的跳變代表“0”。

根據(jù)EM4095芯片的特點(diǎn)：接收數(shù)據(jù)時，RDY/CLK管腳上將輸出與天線上載波信號頻率一致的方波信號。即使載波頻率發(fā)生變化，每一位曼碼數(shù)據(jù)所占的寬度仍為64個載波周期。設(shè)計(jì)電路時，將EM4095的RDY/CLK管腳接入AT89S52單片機(jī)的T0口，以對輸出方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。

EM4095輸出信號的波形如圖4所示[3]。

分析EM4095輸出的曼徹斯特編碼，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)束時的上跳沿與數(shù)據(jù)起始時的下跳沿中間間隔一個數(shù)據(jù)時鐘周期，根據(jù)這個特征，不斷等待上跳沿，上跳沿到來時，開啟T0，下跳沿到來，關(guān)T0，如T0計(jì)數(shù)器計(jì)到64個載波左右，則認(rèn)為找到了停止位后9個1組成的前導(dǎo)位中的第一個1，否則重新找上跳沿。以前導(dǎo)位中的第一個1的下跳沿為計(jì)數(shù)起點(diǎn)，用計(jì)數(shù)器計(jì)RDY/CLK的脈沖個數(shù)，每64個脈沖信號后讀取的DMOD_OUT上的電平，該電平取反，就是該位值。再接收8個1就可確定找到了64位數(shù)據(jù)的前導(dǎo)位中的9個1，然后再接收40位信息位，14位校驗(yàn)位和停止位。如沒接受到8個1，就沒找到前導(dǎo)位，需重新找上跳沿，確定前導(dǎo)位中的第一個1。解碼流程如圖5所示。

數(shù)據(jù)接收在中斷服務(wù)程序完成，其流程如圖6所示。

4 結(jié)論（Conclusion）

射頻識別技術(shù)在生產(chǎn)、生活各領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，本文首先介紹了讀寫器的結(jié)構(gòu)框圖，給出了利用EM4095設(shè)計(jì)的RFID讀寫器硬件電路。然后分析了電子標(biāo)簽芯片的數(shù)據(jù)存儲格式和EM4095輸出的曼徹斯特編碼的特征，在此基礎(chǔ)上提出了利用計(jì)數(shù)器累計(jì)RDY/CLK的脈沖個數(shù)，即計(jì)算曼徹斯特碼的下降沿間隔的載波數(shù)的方法進(jìn)行解碼的方法，此方法提高了解碼的速度和準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)證明，讀寫器讀卡穩(wěn)定可靠，效果好。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 單承贛.射頻識別（RFID）原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：1-200.

[2] 張浩博，張紅雨.應(yīng)用單片機(jī)的手持式RFID讀卡器設(shè)計(jì)[J].國外電子元器件，2008（9）：45-46.

[3] 丁明軍，徐建城.射頻卡應(yīng)用中的曼徹斯特碼解碼技術(shù)[J].通信技術(shù)，2007（12）：65-67.

作者簡介：

張建文（1966-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：單片機(jī)及RFID技術(shù)應(yīng)用開發(fā).endprint

摘 要：本文介紹一種基于基站芯片EM4095和AT89S52單片機(jī)的低頻RFID讀寫器設(shè)計(jì)方案。論文首先對讀寫器硬件功能框圖進(jìn)行說明，并給出了讀寫器硬件接口電路。在分析了EM4095解調(diào)、輸出的曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)波形后，根據(jù)該曼徹斯特碼編碼特點(diǎn)，提出了利用計(jì)算曼徹斯特碼的下降沿間隔的載波數(shù)的方法進(jìn)行解碼的思路，并給出了軟件流程圖，此解碼方法提高了解碼的速度和準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)證明，讀寫器讀卡穩(wěn)定可靠，效果好。

關(guān)鍵詞：射頻識別；EM4095；曼徹斯特碼；讀寫器

中圖分類號：TP334 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言（Introduction）

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）屬無線電通信范疇，基本物理原理就是電磁場感應(yīng)。射頻識別系統(tǒng)由兩部分組成：一部分是識別對象（標(biāo)簽）；另一部分是識別器（讀寫器）[1]。

讀寫器模塊是由微控制器、射頻基站芯片、線圈和一些外圍阻容器件組成。本文所設(shè)計(jì)的125kHz低頻RFID讀寫器能夠準(zhǔn)確可靠的讀取標(biāo)簽的內(nèi)存信息，并送入計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)非接觸式門禁考勤、動物識別等系統(tǒng)的核心管理功能。

2 硬件電路設(shè)計(jì)（The hardware circuit design）

125kHz讀寫器主要是由射頻模塊、控制模塊，通信模塊和電源模塊等部分電路組成的，其硬件功能框圖如圖1所示。

我們選用的EM4095是EM公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的低頻RFID讀寫器專用芯片，它集成的PLL系統(tǒng)能達(dá)到載波頻率自適應(yīng)天線的共振頻率，而不需外接晶振，工作頻率100kHz—150kHz。EM4095與微控制器接口簡單，由EM4095構(gòu)成的讀寫器電路圖如圖2所示，芯片供電后，SHD應(yīng)先為高電平，對芯片進(jìn)行初始化，然后再接低電平，芯片即發(fā)射射頻信號，解調(diào)模塊將天線上AM信號中攜帶的數(shù)字信號取出，并由DEMOD_OUT端輸出。EM4095輸出的參考時鐘信號RDY/CLK接T0，用作解碼的同步時鐘。AT89S52從電子標(biāo)簽讀取數(shù)據(jù)，再通過MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與PC的通信[2]。

3 讀寫器的軟件設(shè)計(jì)（Software design of Reader）

這里選用的只讀非接觸IC卡為EM4100卡。它采用125kHz的典型工作頻率，有64位激光可編程ROM，調(diào)制方式為曼徹斯特碼（Manchester）調(diào)制，位數(shù)據(jù)傳送周期為512μs。串行輸出的數(shù)據(jù)包括9位前導(dǎo)位，40位信息位，14位校驗(yàn)位，1位停止位。

射頻卡內(nèi)的EM4100芯片內(nèi)部預(yù)先存儲的不可改寫的64位數(shù)據(jù)格式，如圖3所示。

全部的64位數(shù)據(jù)的開頭是由9個1組成的前導(dǎo)位，由于數(shù)據(jù)和偶校驗(yàn)的結(jié)合，這種序列不可能在后面的數(shù)據(jù)串中重復(fù)出現(xiàn)，保證了前導(dǎo)位的唯一性。前導(dǎo)位之后是10組4位的數(shù)據(jù)，每一組4位數(shù)據(jù)后面是每行的偶校驗(yàn)位，最后一行4位數(shù)據(jù)是前面10組數(shù)據(jù)各列的偶校驗(yàn)位。D00—D03和D10—D13是廠商號，最后一位S0是停止位，它恒為0。當(dāng)傳送卡號時，這64位數(shù)據(jù)通過載波在天線上首尾相接循環(huán)出現(xiàn)[3]。

EM4095從DEMOD-IN引腳檢測線圈的電壓變化，在芯片內(nèi)部對已調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)，然后從DEMOD-OUT端輸出曼徹斯特編碼（簡稱曼碼）信號。根據(jù)曼碼的特點(diǎn)：在每一個數(shù)據(jù)位的“中間”由低電平跳變到高電平代表“1”，由高電平跳到低電平代表“0”。由于信號耦合的原因，實(shí)際上由EM4095芯片送給單片機(jī)的64位曼碼的數(shù)據(jù)是反過來的，即：數(shù)據(jù)位中間發(fā)生由高到低的跳變代表“1”，發(fā)生由低到高的跳變代表“0”。

根據(jù)EM4095芯片的特點(diǎn)：接收數(shù)據(jù)時，RDY/CLK管腳上將輸出與天線上載波信號頻率一致的方波信號。即使載波頻率發(fā)生變化，每一位曼碼數(shù)據(jù)所占的寬度仍為64個載波周期。設(shè)計(jì)電路時，將EM4095的RDY/CLK管腳接入AT89S52單片機(jī)的T0口，以對輸出方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。

EM4095輸出信號的波形如圖4所示[3]。

分析EM4095輸出的曼徹斯特編碼，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)束時的上跳沿與數(shù)據(jù)起始時的下跳沿中間間隔一個數(shù)據(jù)時鐘周期，根據(jù)這個特征，不斷等待上跳沿，上跳沿到來時，開啟T0，下跳沿到來，關(guān)T0，如T0計(jì)數(shù)器計(jì)到64個載波左右，則認(rèn)為找到了停止位后9個1組成的前導(dǎo)位中的第一個1，否則重新找上跳沿。以前導(dǎo)位中的第一個1的下跳沿為計(jì)數(shù)起點(diǎn)，用計(jì)數(shù)器計(jì)RDY/CLK的脈沖個數(shù)，每64個脈沖信號后讀取的DMOD_OUT上的電平，該電平取反，就是該位值。再接收8個1就可確定找到了64位數(shù)據(jù)的前導(dǎo)位中的9個1，然后再接收40位信息位，14位校驗(yàn)位和停止位。如沒接受到8個1，就沒找到前導(dǎo)位，需重新找上跳沿，確定前導(dǎo)位中的第一個1。解碼流程如圖5所示。

數(shù)據(jù)接收在中斷服務(wù)程序完成，其流程如圖6所示。

4 結(jié)論（Conclusion）

射頻識別技術(shù)在生產(chǎn)、生活各領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，本文首先介紹了讀寫器的結(jié)構(gòu)框圖，給出了利用EM4095設(shè)計(jì)的RFID讀寫器硬件電路。然后分析了電子標(biāo)簽芯片的數(shù)據(jù)存儲格式和EM4095輸出的曼徹斯特編碼的特征，在此基礎(chǔ)上提出了利用計(jì)數(shù)器累計(jì)RDY/CLK的脈沖個數(shù)，即計(jì)算曼徹斯特碼的下降沿間隔的載波數(shù)的方法進(jìn)行解碼的方法，此方法提高了解碼的速度和準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)證明，讀寫器讀卡穩(wěn)定可靠，效果好。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 單承贛.射頻識別（RFID）原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：1-200.

[2] 張浩博，張紅雨.應(yīng)用單片機(jī)的手持式RFID讀卡器設(shè)計(jì)[J].國外電子元器件，2008（9）：45-46.

[3] 丁明軍，徐建城.射頻卡應(yīng)用中的曼徹斯特碼解碼技術(shù)[J].通信技術(shù)，2007（12）：65-67.

作者簡介：

張建文（1966-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：單片機(jī)及RFID技術(shù)應(yīng)用開發(fā).endprint