基于FPGA的RFID讀寫器設(shè)計
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射頻接口MF RC500芯片上帶有A0、A1、A2三根地址線，用于對內(nèi)部寄存器的尋址，同時DO～D7八根數(shù)據(jù)線支持地址線、數(shù)據(jù)線復(fù)用。在本設(shè)計中不采用數(shù)據(jù)線、地址線復(fù)用的接法，采用獨立的數(shù)據(jù)線、地址線的接法。芯片內(nèi)有64個寄存器，由處理器向芯片相應(yīng)的寄存器位配置數(shù)據(jù)；由處理器讀取寄存器的相應(yīng)狀態(tài)標志來監(jiān)控芯片當前所處的狀態(tài)，從而決定下一步的操作。由于片內(nèi)的64個寄存器尋址需要6根地址線，當采用獨立的地址線時，由于地址線只有3根，支持不了64個寄存器的尋址，為此芯片采用了分頁機制。64個寄存器被分成8頁，每頁8個，3根地址線恰好可以實現(xiàn)對每一頁內(nèi)的8個寄存器尋址，而對于寄存器頁的選擇，需要配置Page寄存器的0、l、2位。Page寄存器的第7位用來選擇是否采用獨立的地址線，芯片復(fù)位后，Page寄存器的默認值為80H，即默認采用獨立的地址線尋址方式，Page寄存器的0、l、2位僅
當?shù)?位為1時才有效。芯片上的雙向數(shù)據(jù)線DO～D7同處理器的I／O口直接相連，用來實現(xiàn)芯片間數(shù)據(jù)的雙向并行傳輸。
1．2 天線
天線在整個系統(tǒng)中起著重要的作用，在非接觸式卡與讀寫器之間的能量與數(shù)據(jù)傳遞要通過天線線圈產(chǎn)生的磁通量實現(xiàn)?？梢赃x擇2種不同的天線連接到讀卡器上：50 Ω匹配的天線或者直接匹配的天線。本方案中采用的是YW-300天線，工作距離可以達到10cm。
1．3 數(shù)字模塊
數(shù)字模塊由處理器、存儲器組成。處理器的功能有：實現(xiàn)與PC機通信，接收PC機命令并完成解析；將送來的EPC卡號加算CRC校驗上傳PC機；解決多卡碰撞，實現(xiàn)多卡讀??；實現(xiàn)對射頻模塊的鎖相環(huán)頻率控制以及功率控制。
FPGA的工作過程：上電復(fù)位后，接收上位機初始化配置命令和數(shù)據(jù)，進行相應(yīng)配置；若有命令傳送過來，則通過接口模塊接收上位機傳送過來的命令；命令接收完后，進入指令分析狀態(tài)，對接收到的命令進行分析判斷。
在主控狀態(tài)機的控制下，發(fā)送模塊將把命令和內(nèi)容組成數(shù)據(jù)塊，進行基帶編碼、循環(huán)冗余校驗生成，并打包成符合協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)幀，傳送給射頻收發(fā)模塊，由其完成對信號的調(diào)制、放大、發(fā)射。電子標簽根據(jù)接收的數(shù)據(jù)幀，進行指令分析，根據(jù)指令執(zhí)行相應(yīng)的功能。接收模塊檢測回波數(shù)據(jù)，當檢測到回波數(shù)據(jù)的幀頭有效時接收數(shù)據(jù)。同時將接收到的數(shù)據(jù)送CRC校驗?zāi)K校驗，校驗成功即產(chǎn)生CRC OK=‘1’表示讀卡成功。
1．3．1 發(fā)送編碼模塊
在ISO／IECl4443 Type A協(xié)議中，讀寫器到標簽的通信采用改進的Miller編碼方式，其標準中定義了三種序列：(A)經(jīng)64個時鐘后應(yīng)有一個凹槽；(B)1個位內(nèi)(128個時鐘)沒有調(diào)制；(c)1個位起始時有一個凹槽。這三種序列用于進一步編碼。邏輯1用序列(A)表示。邏輯0通常用序列(B)表示，但在a．有兩個或兩個以上連續(xù)的0時，從第二個0開始要用序列(c)來表示所有相連的0；b．直接與起始幀相連的所有0用序列(c)表示。通信開始用序列(c)表示。通信結(jié)束用邏輯0跟序列(B)表示。無信息用至少兩個序列(B)表示。如圖2所示改進的Miller編碼波形。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/157117.htm
從波形中可以看出，若輸入1，則64個時鐘后輸出一個脈沖，若輸入0，則128個時鐘內(nèi)沒有脈沖輸出，而當有兩個連續(xù)的0輸入時，則在第二個0起始處輸出一個脈沖。通過對照理論波形，可以看出編碼完全正確，符合設(shè)計要求。
1．3．2 接收解碼模塊
在射頻收發(fā)模塊中進行解調(diào)處理而得到的基帶信號將被送入FPGA進行Manchester解碼、CRC校驗，并在主控狀態(tài)機的控制下通過RS232將數(shù)據(jù)傳送給上位機。在ISO／IECl4443 Type A協(xié)議中，電子標簽到讀寫器的通信采用Manchester編碼方式，其編碼規(guī)則是：某比特位的值由該比特長度內(nèi)半個比特周期時電平的變化來表示，負跳變表示‘1’，正跳變表示‘0’。Manchester解碼即對Manchester編碼信號位的1／4和3／4處采樣，若采樣結(jié)果為(1，0)，則解碼數(shù)據(jù)為1；若采樣結(jié)果為(0，1)，則解碼數(shù)據(jù)為0。如圖3所示Manchester解碼波形。輸入數(shù)據(jù)為
l00100l1，解碼所得數(shù)據(jù)為147，用二進制表示也即100100ll，可見解碼完全正確，符合設(shè)計要求。
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