125KHz非接触式IC卡原理与应用

125KHzIC第一局部：根本学问一、简介IC〔IntegratedCircuitCard〕20IC卡按外部接口设备的连接方式可分为接触式IC卡和非接触式IC〔又称射频卡，RFID〕两类。接触式IC卡，就是ICICIC卡在使用时则无须与ICIC卡读写设备的数据通讯。在刷卡速度要求高，用卡环境恶劣，污染严峻等环境下，非接触式IC卡有着它特有的优势。非接触式IC卡成功地解决了无源〔卡中无电源〕和免接触这一难题，是电子器件领域泛使用，主要应用于智能门禁掌握、智能门锁、考勤机以及自动收费系统等。射频卡与接触式IC卡相比有以下优点：牢靠性高，无机械接触，从而避开了各种故障；操作便利，快捷，使用时没有方向性，各方向操作；ICIC号固化，不行再更改，因此可以说世界上没有两张完全一样的非接触IC射频卡依据使用频段的不同可分为低频卡和高频卡、超高频卡：125kHz、134kHz；高频卡、超高频卡与读写器间通信使用的频段为高频段,如13.56MHz、915MHz、2.45GHz按工作距离的不同也可分为近距离卡和远距离卡：近距离卡与读写器之间的有效作用距离为几厘米到几十厘米以内；远距离卡与读写器之间的有效作用距离可达一到十几米以上。///高频可加密读写型、多扇区独立加密应用型以及用户自定义分区应用型等。目前，世界上较有影响、规模较大的RFID生产厂商很多，常用的标签芯片有飞利浦(Philips)公司的Mifare1S50/S70、UtraLightICU10、DESFireMF3ICD40、I·CODE1/2、Hitag1/2/s；德州仪器(TI)公司的TI_256/2048〔AtmeL〕T5557e5551；瑞士微电子(μEM)公司的EM41xxEM4034、4035、4069、4135、4150、4450半导体〔ST〕SR176、SRIX4K；英赛德〔INSIDE〕PICOPASS2K/16K/32K；台湾公司的TK41Legic〔Infineo(Sieme)公司等，都有性能不错的RFID二、RFID一个最根本的RFID11、RFIDRFID卡〔标签〕作为信息载体，存有目标物全部的相关信息以及与读头之间的交互加密认证信息等。2、RFID读写器：读写器一般由微处理器MCRFID它是整个RFIDRFID3、上位机PC机：上位机系统一般用来与读写器进展通信，使得人机之间的交互更加直观和人性化，同时可以利用PC机丰富的接口资源和强大的存储、处理力量，对读写器进展网络接入、远程掌握等操作。RFID读写器基站芯片 卡(标签)本地振荡器上位机 掌握器编码器 调制器

天线放射器

RF接口钟 位 据PC 时 复 数机 USB/

MCU 存取掌握RS232

解码器

解调器

接收器

EEPROM1典型的RFID系统构成RFIDRFID写器通过天线向RFIDRFID信号，猎取能量，芯片中的射频接口模块由此获得电源电压、复位信号、时钟信号等，同时芯片中有关电路对此信号进展调制、解码、解密,然后对命令恳求、密码认证、操作权限等进展推断。假设为允许读命令,掌握规律电路则从EEPROM处理。假设为允许修改信息的写命令，相关掌握规律对EEPROM中的内容进展改写。假设经推断其对应的密码认证或权限不符，则返回出错信息，同时制止任何进一步的非法读写操作。三、RFID常用的几种编码格式2所示为几种RDID数据 1 0 1 1 1 0 0 1时钟ACMCBC2125KHzRFID〔AC〕Philips公司的Hitag-s电磁场范围内的多个卡所发出信号发生碰撞而导致误码，在卡的初始化阶段承受此编码格式。由于数据“1”和数据“0”的频率不同，因而可以较简洁区分。Bi-phase码〔BC〕全称为双相间隔码编码，其原理是在一个码元周期内承受电平变化来表征数据。假设电平从码元的起始处翻转，表示数据“1”，假设电平除了在码元的起始处翻转，还在码元中间翻转则表示数据“0”，如图23曼彻斯特编码中的空跳边沿曼彻斯特编码〔MC〕承受上升沿对应数据“0”，下降沿对应数据“1”，微掌握器通过检测读卡器输出数据码元的跳变来实现对曼彻斯特码的译码。应留意的是，在连续“0”或“1”消灭时，会消灭不表征数据的空跳沿，如图3RFID〔BIFSPSK〕等编码也很常见，其中曼彻斯特编码的应用最为广泛，几乎全部RFID卡片都支持此编码格式。其次局部：基站芯片125KHzRFIDEM4095、HTRC110U2270B的介绍。一、EM4095EM4095〔原称P4095〕是瑞士微电子〔μEM〕125KHzRFID该芯片集成相位同步规律系统，可以得到与线圈谐振频率一样的载波频率，不需外部晶振，100150kHzICEM400X，EM4050EM4150EM4070、EM4069SO16。EM4095一般与天线和微处理器一起使用，仅需很少的外围器件进展DCRFEM409541。1EM4095管脚 符号 功 能1VSS电源地2RDY/CLK就绪标志和时钟输出1VSS电源地2RDY/CLK就绪标志和时钟输出3ANT1天线驱动4DVDD天线驱动器电源5DVSS天线驱动器电源地6ANT2天线驱动7VDD电源8DEMOD_IN天线感应信号输入9CDEC_OUTDC10CDEC_INDC11AGND模拟地12MOD调制输入端13DEMOD_OUT解调信号输出端14SHD睡眠模式使能端15FCAPPLL16DC2DCEM4095器件的工作受控于规律输入SHDMOD。SHD=1EM4095SHD1初始化。当SHD=0时，允许电路放射射频信号，AMAM字信号从DEMOD_OUT脚输出，送给微处理器解码和处理。MOD=1RF〔射频〕载波同步进入三态状态，VCOAM路保持MODMODMOD沿，VCOAM41RF在读、写两种状态下读写器线圈和标签线圈处的电平信号形式如图5所示。图中，a)图为写卡时的信号，读写器线圈输出信号，该信号受控于MOD管脚的电平，MOD=1时，MOD=0bEM4095MOD区域，会自动依据预设模式输出信息，EM4095检测到后，对信号进展解调，解调的数据信DEMOD_OUT4 5 6Da)写标签信号形式 b)读标签信号形式图5读写器和标签线圈信号VCCC1U1 100uF

C20.1uF

C15100uF

VCC R6 R7 R12R13L1 4K74K74K74K7CU27 VDD

DEMOD_OUT 13

DEMOD_OUTP2.4

22

4 DVDD

RDY/CLK 2

RD/CKP2.3

21

R1 SHD 14

SHDP2.2

20

3 ANT1

MOD 12

MODP2.1

19A9 22P2.0

18

CDEC_IN 1017NC ND X2 X1 RD 12WR

X1GND X2RDWR

C24CB2200PF/630V6811

ANT2DEMOD_INAGND

CDEC_OUT 9FCAP 15

C40.1uFP89V51RD2_TQFP

C1439P/630VC222200P

C23000uF

C181000P

C30.1uF

5 DVSS1 VSSEM4095

DC2 16

C50.01uF

C70.01uFB6EM4095EM40955MOD、SHD、RDY/CLKDEMOD_OUT处理器〔MCU〕相连。EM4095、MCU125KHzRFID主要功能包括：载波频率驱动线圈；对可写卡磁场的调幅调制；对线圈上由卡引发的调制信号进展幅度解调；与微处理器之间相互通信。 AC11

C13 R2二、U2270B

470Title4700.1UF

0.1UF

0.1UF

U2270B是ATMEL公司生产的一款125KHSizNmberB

Revision(1)载波频率fOSC

围为100～150KHzDate: 25-Feb-2023

Sheetof电路File: F:\mywork\sp502\xakhui\em4095\42)工作于125KHz5送率为5kb/。支持曼彻斯特编码和Bi-phase码。5V具有调谐力量。与微掌握器有兼容的接口。处于待机工作方式时，其功耗甚低。有一个向微掌握器供电的输出端。

\EM4095DwnBy:6U2270BSO1672。2U2270B管脚 符号 功 能1GND电源地2OUTPUT数据输出3/OE1GND电源地2OUTPUT数据输出3/OE数据输出访能4INPUT数据输入5MS线圈输出模式选择6CFE载波频率使能7DGND驱动器地8COIL229COIL1110VEXT电源向外部供电输出11DVS驱动器供电端12VBATT电池供电端13STANDBY待机模式输入14VS内部电源供电〔5V〕15RF频率调整端16HIPASSDC单一外部电源供电：全部的内部电路均5V8A)所示此时，VS、VEXTDVSVBATT必需接在一起。双外部电源供电：DVSVEXTVS5V如图。此种接法下，驱动器电压可以到达8V，适用于通信距离较大的状况下。 B) C)8U2279B3〕12V电池供电：此模式下，电压由VBATT脚输入，与前两种不同在于，1〕2〕模式下供电电源必需是稳定的直流输入，而此模式不同，无需外部的电压调整电路，只需一个NPN三极管即可VS和VEXT由内部产生，VEXT为三极管基极供电同时也可向外部电〔如MCU〕供给电源芯片内部的齐纳二极管向VEXT和VBATT供给过压保护通过STANDBY管脚可以关闭芯片，但此时VEXT输出不受影响。 表3磁场耦合因子与电路选择具体选择哪种供电方式，要依据实际磁场耦合因子 电路形式应用环境和设备需求而定。假设应用场合>3% 自由震荡下没有稳压电源供给，而只有7V—16V范>1% 二极管反响围内的不稳定电压，则应选择电池供电模 >0.5% 二极管反响加频率调整式，使用内部电压调整电路，并且可以向 >0.3% 二极管反响加频率调谐其他电流要求不太高的器件供电；假设已有直流+5V电源，则可选择单一外部电源供电，但应保证此电源是无噪声的；同时，实际应线线圈打算，其与电路形式选择关系如表3U2270B芯片通过CFE、OE、OUTPUTSTANDBY管脚与MCU读写器对标签的写操作通过CFE的。同时，MSMS=0MS=1输出。MSCFE1/244线圈输出掌握模式CFEMSCOIL1COIL20011010110向上脉冲向上脉冲11向下脉冲向上脉冲读写器的读标签操作则通过OEOUTPUTCFEMSCOIL1COIL20011010110向上脉冲向上脉冲11向下脉冲向上脉冲对于U2270B线圈驱动的两种模式，共模输出时，两个输出端为同相位，此时可以将其系统灵敏度，因4，差模方式使用较多。 5 6+5VC1100uF

C20.1uF

R1110K

11STTXT

41V15 DEA 5RFBC3 V

MS 13STANDBY

STANDBYD1 1N4148R6

CINL1

4 INPUT OE OUTPUT 68 CFECOIL2

OEOUTPUTCFE470K C51.5nF

R C61.2nF

9U1U2270B

DGCIL1GD

HIPASSDNG71

16C4CHP9U2270B的一种典型应用电路VCC9所示为U2270BMS接543

RF和VS管脚之间所接的RVCR7L1 4K7

R12R134K74K7AAA

U2270B的工作频率受控于流入RF端的电流大小，因而，调整R1的大小即可影响频227

2

125KHz，R1110KΩ，C15U1 14375

率，阻值可依据下式计算得到：U22PP

7 VDD

DEMOD_OUT 13

DEMOD_OUTP2.4P2.3

2221

[K] 5 表5DD

RDY/CLK 2SHD 14

RD/CKSHDP2.2P2.1P2.0

20A1019A9918179

f [KHz]OSC

3

MOD 126 CDEC_IN 6

MODNCGND

1615X1GND

图9中输入电容C 和直流去耦电INDEMOD_IN天线INDEMOD_IN

数据速率〔f=125KHz〕ANT2

CHP

C40.1uFX2 14X1

X2CHPRDHP

的值与所用RFID标签传输速率 f/32=3.98b/s

100nF1 RD 12WR

11 15T WR

f/64=1.95Kb/AGND

1.2nFCAP

220nF. C18

C3 5 DVSS DC2 16P 适用于MC和BC编码。P89V51RD2_TQFP

1000P 0.1uF 1

VSS

C5 C7781

STANDB、CFOUTPUT和OE四个口线与MCUE40

等各项操作。

0.01uF

0.01uF0T

三、HTRC110HTRC110是飞利浦〔Philips〕公司生产的一款RFID基站读写芯片，它主要面对Hitag系列〔Hitag-1,Hitag-2,Hitag-s〕RFIDAM读操作为AM/PM125KHz载波频率fOSC

100～150KHz。VCC针对Hitag天线线圈驱动力量强。片内集成振荡器。具有天线断路和短路检测力量。功耗低，尤其在低功耗模式电流小于20μA。MCUHTRC110为SO1492。A? 6HTRC110管脚符号功管脚符号功能1VSS电源地2TX223VDD5V4TX115MODESCLKDIN6XTAL1振荡器输入7XTAL2振荡器输出8SCLK串行通信时钟9DIN串行数据入10DOUT串行数据出11NC未用12CEXT高通滤波器耦合13QGND模拟地14RX解调器输入TX2 QGND 13VDD CEXT 12TX1 NC 11MODEDOUT 10XTAL1 DIN 9XTAL2SCLK 810HTRC110TX1TX2

调制器掌握HTRC11001T掌握

XTAL1XTAL2RX 解调器相位

滤波器放大器

单元掌握存放器

DINDOUTSCLKD G C

S D DV M V11HTRC110为了简化应用设计，HTRC11011所示，收发局部包括了一个强大的天线驱动器/调制器、低噪声自适应采样解调器、可编程滤波器/MCU串行接口用来对HTRC110编程掌握以及实现与标签卡之间的双向通信。三线接口也可以把DIN和DOUT接在一起，变成两线接口。7HTRC110的命令格式命 令 D7GET_SAMPLING_TIME0GET_SAMPLING_TIME00000010GET_CONFIG_000001P1P0READ_PHASE00001000READ_TAG111-----WRITE_TAG_N0001N3N2N1N0WRITE_TAG110-----SET_CONFIG_01P1P0D3D2D1D0SET_SAMPLING_TIME10D5D4D3D2D1D0

D6 D5 D4

D3 D2 D1 D04HTRC110的全部设置和操作都是通过三线接口受MCU8种，7所示。命令长度以比特位(bit)为单位，READ_TAGWRITE_TAG两条为短命令，3bit，其他命令都为长命令，可成字节发送。READ_TAGREAD_TAGREAD_TAG命令响应1113bit命令，用于读取解调后的数据信息。当收到READ_TAG3bitHTRC110DOUTMCU线上消灭一次上升沿时，读卡模式完毕。WRITE_TAG_NWRITE_TAG_NWRITE_TAG_N命令响应0001N3N2N1N0无此命令用于写卡操作。当命令中的N3~N00时，DIN的信号透亮的传输到天线驱动器，DIN=1时天线驱动器关闭，反之，DIN=0时翻开。天线线圈磁场的通断时间表征了输出信息，从而实现对卡的操作。假设N3~N0为0001~1111之间的某一数值〔记为，1~3，则当DIN消灭一个上升沿N*T0时间，其中T0=8μs，即1/125KHz，时间到后自动翻开，等待下一个DIN脉冲。这样可以节约MCU的工作开销，而且可以供给出更准确的写卡时序。READ_TAG命令响应11无0SCLKREAD_TAG命令响应11无03bitWRITE_TAG_N的简化版，用于写卡操作，切换到写卡模式WRITE_TAG_N命令，N值默认为0；假设有则使用最终一次N的设置值。READ_PHASEREAD_PHASE00001000命令响应00D5D4D3D2D1D0此命令用于读取天线的相位，命令的响应为当前相位值。SET_SAMPLING_TIMESET_SAMPLING_TIMESET_SAMPLING_TIME命令响应10D5D4D3D2D1D0无此命令设置解调器的采样时间，命令的低6D5~D0为欲设时间。6〕GET_SAMPLING_TIMEGET_SAMPLING_TIME00000010命令响应00D5D4D3D2D1D0SET_CONFIG_命令响应01P1P0D3D2SET_CONFIG_命令响应01P1P0D3D2D1D0无此命令用于设置放大器和滤波器的参数〔放大增益和截止频率〕以及操作模式等。HTRC11044P1P08。8配置存放器内容页P1P0D3D2D1D0000GAIN1GAIN0FILTERHFILTERL101PD_MODEPDHYSTERESISTXDIS210THRESETACQAMPFREEZE1FREEZE03311DISLP1DISSMARTCOMP FSEL1FSEL0其中每位的具体意义如下：FILTERL：主低通滤波器的截止频率选择，=0：3KHz，=1：6KHz。FILTERH：主高通滤波器的截止频率选择，=0：40Hz，=1：160Hz。〔3〕GAIN00的增益选择，=0：16，=1：32。〔4〕GAIN11的增益选择，=0：6.22，=1：31.5。TXDIS：线圈驱动使能，=0：线圈驱动翻开，=1：关断。HYSTERESIS：数据比较器滞后选择，=0：关，=1：开。PD：省电模式使能，=0：器件正常工作，=1：省电模式。PD_MODE：省电模式选择，=0：空闲模式，=1：掉电模式。表9 FREEZE1/0意义FREEZE1/0FREEZE1/00001意义10 11主低通冻结；主高通时主高通时常数在FILTERH=0时减正常 主低通冻结；主高常数在FILTERH=0时少16，=1时削减8；其次高通预工作通预充电至QGND削减16，=1时削减8 充电FREEZE1/0：设备快速设置，具体含义如表9所示。ACQAMP：存储信号幅度以便下一步进展幅度比较。THRESET：数字转换器的复位门限。DISSMARTCOMP：智能比较器使能，=0：比较器开启，=1：比较器关闭。DISLP11使能，=0：开启，=1：关闭。8〕GET_CONFIG_GET_CONFIG_000001P1P0命令响应X3X2X1X0D3D2D1D0此命令格式如上所示，主要完成三项功能：读回SET_CONFIG_命令所设置的参数；读取WRITE_TAG_N所设置的放射脉冲宽度N值；读取系统状态信息。10读配置存放器命令的返回内容页765 4 32100N3N2N1 N0 D3D2D1D01N3N2N1 N0 D3D2D1D020(RFU)0(RFU)AMPCOMP ANTFAIL D3D2D1D030(RFU)0(RFU)AMPCOMP ANTFAIL D3D2D1D0发送命令中P1P0选择要读的页，返回值中低4位为配置存放器的值，高4位不同的页含义有所不同，具体见表100、14位为N2、3种则为系统状态信息，具体含义为：ANTFAIL：天线失败标志位，=0：天线正常；=1：天线失败。AMPCOMPACQAMP1时，数据信号的实际幅度被记ACQAMP〔=0〕AMPCOMP置位。12为HTRC110的一种典型应用电路，所需外接元件很少，电路简洁。DIN、SCLKDOUTMCU，与微处理器接口实现参数设置、读取，命令掌握以及信息接收等功能。MODE脚是一个多功能引脚，正常状况下，它用来开启或关闭片内的DIN和SCLK的数字短脉冲干扰滤波器。假设MODE直接接到VSS，那么滤波器始终处于关闭状态，串行口可以工作在较高波特率下；假设MODE接到VDD，则滤波器始终工作，可以减小口线上的短时脉冲毛刺干扰，但是限制了最大传输速率，这适合于MCU和HTRC110距离较远的应用场合。+5V100uF0.1uF3RiDMODE脚是一个多功能引脚，正常状况下，它用来开启或关闭片内的DIN和SCLK的数字短脉冲干扰滤波器。假设MODE直接接到VSS，那么滤波器始终处于关闭状态，串行口可以工作在较高波特率下；假设MODE接到VDD，则滤波器始终工作，可以减小口线上的短时脉冲毛刺干扰，但是限制了最大传输速率，这适合于MCU和HTRC110距离较远的应用场合。+5V100uF0.1uF3RiDDOUTDINSCK1098DOUTDINSCKD2VTX2CsRa天线6TX14XTAL1RC11027P4MHz14CaRv7RXXTAL2XDENSD27PCGQSVOM111 5Title0.1uF0.1uFSize12HTRC110典型应用电路在输出局部，Ca3Cs4两个驱动输出端即使发生短BDate:File:5Ri〔EMI〕Ri到地而不会进入天线，一般Ri1KΩRX管脚在片内通过一个电阻连接到QGND(2V)，接收电阻Rv与片内电阻构成分压关系以调整RX信号的幅值。由于假设RX输入信号幅值过高会造成信号失真，影响解调，因Rv100K~400KΩ。另外，RvRX引脚，以优化系统的EMI性能，最好是直接在该管脚旁边放置一个贴片电阻。第三局部：标签〔卡片〕125KHzRFID标签〔卡〕种类很多，应用也格外广泛。总体来说，只读卡使用简洁、本钱低廉，而可读写卡则存储容量大、应用敏捷。本文选取了较为典型且广泛使用的只读式EM4100，可读写T5557、Hitag-s一、卡片EM4100EM4100(原称H4100125KHzTK4100GK4001、EM4001(H4001)等卡完全兼容，其构造及管脚分布如图13COIL1EM4100LCOIL1EM4100LCOIL2VSSVDDEM4100COIL1COIL213EM4100卡构造和管脚图EM4100芯片电路以一个处于交变磁场内的外部天线线圈为电能驱动，并且经由线圈终COIL1COIL264bit信息和命令。芯片EM4100规律掌握核心电量消耗卑微同时，芯片内还集成了一个与外部线圈并联的74pFEM410064bit支持多种数据速率和数据编码格式；片上集成谐振电容；片上集成储能缓冲电容；片上集成电量/电压限制器；片上集成全波整流变换器；使用一个低阻抗调制驱动器，可获得较大的调制深度；工作频率范围100—150KHz125KHz；芯片尺寸格外小，便利移植应用；芯片功耗极低。EM41001464bit，它包含9〔其140个数据位832个数据位14个校验位10个行校验＋4〕114EM4100一旦进入读写器所发出的磁场内，EM4100芯片从磁场获得能量和时钟频率，并向读写64个载波周期，当f

=125kHzT=64*(1/f

)=512μs。OSC OSCEM4100作为一种只读卡片，存储内容固定，出厂即无法转变，但是其体积小，简洁封装，本钱低廉，对于任何可以使用唯一序列号来标示主要属性的物件，都可以使用EM4100卡片，应用格外广泛。二、卡片T5557T5557ATMELR/W125kHze5550双向信息沟通。芯片和天线一起构成感应卡片或标签，如图15调制器COIL1调制器COIL1上电复位模式存放器线模拟前端器存储单元〔330bit〕掌握单元输入存放器COIL2比特生器测试规律高压发生器15T5557构造框图T5557330bitEEPROM1033bit，均能被读写器读/写。0是被保存用于设置T55577保护全部数据块而设置一组用户密码，用于避开未经许可的非法改写。1、T555715模拟前端AnalogFrontEnd,AFAFE用于产生芯片读写的能量供给，并处理双向的数据收发，比特率发生器：用于产生芯片工作的数据传输速率，可编程掌握。T5557的工作速率为fOSC/2—fOSC/128，或者e550/e5551及T5554芯片所使用的任何固定速率值〔fOSC/8，fOS/1，fOSC/3fOSC/4fOSC/5，OSC/6fOS/100以及OS/12。写解码器：在写卡期间，写译码器依照ATMELe555x写信号进展译码，并且验证写数据流是否有效。高压发生器：片上电荷泵电路产生约18V电压，用于对EEPROM进展编程。直流供电：外部能量通过两个线圈输出端COIL1/2送入芯片，芯片对其整流以供给芯片工作所需的直流工作电压。上电复位Power-OnReset,PO设定门限时方可启动，以保证全部功能的正常运行。时钟提取：时钟提取电路使用外部射频信号作为内部单元的时钟源。掌握单元：掌握单元主要完成以下几项功能：上电之后，从EEPROM0掌握存储区的读写；处理写数据传输和写错误模式；读写器发送到标签的数据流中，最初2bit是操作码，如写、读、复位等；32bit7模式存放器：模式存放器保存来自存储区块0的配置信息，并且，在任何块读取、POR001480000、曼彻斯特编码和RF/64016图16块0的具体配置数据构造10〕调制器：T555710调制模式FSK1aFSK2aFSK1FSK2PSK1PSK2PSK3

输出信号‘0’=f/1=f/5OSC OSC‘0’=f/1=f/10OSC OSC‘0’=f/1=f/8OSC OSC‘0’=f/1‘=f/8OSC OSC输入转变时转变相位输入为高时在时钟输入时转变相位在输入的上升沿相位变化Manchester曼彻斯特码输出BiphaseNRZ

二相码输出‘1’=阻尼on’=阻尼off11〕1330bitEEPROM1033bit1位锁〔LOCK〕bit。存储区构造如下表所示。页21可追溯数据111可追溯数据7L用户数据或密码6L用户数据5L用户数据页4L用户数据03L用户数据2L用户数据1L用户数据0L配置数据0070LOCK位，一旦上锁，本块数据只读，不行改写。值得留意的是，LOCK位是不行查看的，只能一次性改写〔即OT，因此使用此位应慎重。112ATMEL012189160otID1213320xE0ICRDWP1，无意义。块10xE0，这是ISO/IEC15963-1类级别码AC；而第2字节则为ATMEL公司的厂商I〔MF0x1；接下来的8位数据是芯片参考字节ICR，高3位描述12189160otID1213320xE0ICRDWP命令类型标准写保护写唤醒命令〔AOR〕命令类型标准写保护写唤醒命令〔AOR〕〔PWD=1〕〔PWD=0〕0/1复位命令操作码命令内容1PL1(Data)322(Addr)01P1(Password)32L1(Data)322(Addr)0101(Password)321P1(Password)3202(Addr)01P02(Addr)01P00T555772bit，其中P位，P=001；3bit32bit32bit。各命令的意义和用途如后所述。3、T5557上电复位：T5557进入磁场范围通过感应猎取供电，在压值到达门限电压之前，POR1920置信息进展初始化，之后进入常规读状态。常规读：在常规读模式下，存储在存储区中的数据循环的输出，以供读写器检测。1中的bit17bit320〔bit25/26/27,MAXBLK〕配置参数打算了读取的最终一块，当该块发送后，开头循环。用户可以通过设定MAXBLK的值来限定常规读模式下输出的数据流。设为7时，块1711000是不输出的。MAXBLK17所示。MAXBLK=50Block1Block5Block1Block5Block1MAXBLK=20Block1Block2Block1Block2Block1Block2MAXBLK=00Block0Block0Block0Block0Block0Block0图17MAXBLK值与数据流的关系3〕MAXBLK设置为01PWD码位。另外值得留意的是：无论在块读还是常规读模式下，在发送数据之前都会先发送1bit引导码〔0〕17。4〕写模式：读写器相T5557发送信息是通过中断RF场的短小时隙〔gap〕来实现的，gap1gap50~150μs，两个gap240，为541。当1gap64仍未消灭下一个gap，T5557退出写模式。假设正确收到命令，则马上执行；而假设发生任何错误，T55574、T5557T55570中的PWDAOR直接访问模式：当PWD=0时，无论AORT5557片复位进入常规读模式时，调制器自动翻开输出数据，读写器发送各条命令时也无须密码。PWD=1AOR=0但是读写器要访问卡片时，在操作码之后必需发送密码，假设密码不正确，无法实现操作。恳求访问模式：PWD=1AOR=1T5557发送数据，必需靠唤醒命令来激活调制使能。当同一个场范围内有多个卡片式，AOR命令中AOR命令时被激活，否则连续等待，这样可以避开多个卡同时发送数据时发生碰撞。T5557330bit080要用来存放配置信息，因而对于RFID标签应用来说容量并不算很大。但是它的配置内容和工作模式格外丰富，可以适应多功能需求，应用格外敏捷；而且卡片的访问模式也很敏捷，可以自由的设置为直接访问、密码模式访问以及恳求模式〔AOR〕访问等。同一张卡片在不同配置或不同工作模式的读写器上将不能访问和读写，保密性很好。此外，T5557在可读写卡中性价比较高，具有宽阔的应用前景。三、HitagsHitagsphilipsHitag1、Hitag2Hitag构的卡片。Hitags具有超低功率、可长距离读写等特点，并参加了反碰撞算法和防止欺诈的加密验证技术，读写器能在肯定范围内同时识别多达200Hitags可分为三种不同规格Hitag－32/256/20432/256/2048biHitags-32Hitag系列卡片的一些主要特征如下表所示：Hitag1Hitag2Hitags频率(KHz)100～150100～150100～150波特率(Kb)448容量(bit)204825632,256,2048读/写是是是(32防碰撞协议是－是加密认证是，可配置是，可配置是，唯一认证非逆存储锁是，可配置是，可配置是，可配置只读模式－是，可配置是，可配置整合电容是是是1、HitagsHitagsEEPROM2048bit164432bit，为最小的存取单元。Hitags31864页。内存可完成由开头页到完毕页〔0—最多为63页〕的寻址，在读/写访问时，即可按页访问，也可按块进展操作，都以该空间的起始页地址定位。UID页地址3210Hitags032bit(UniqueIdentifier,UID)，页地址32100x000x00UID3PID1PID0UID2UID1UID0第0页的具体内容如上表所示，其中UID3的内容为Hitags系列卡的产品识别码(ProductIdentifier,PID)。PID码可以用来区分HitagHitags系列：PID1=0x7—0xF而且PID0≠0x5—0x6CONHitags1CON0/1/2，配置信息的更改在下一次上电复位后生效。各字节的具体内容如下所述。位D7D6D5D4D3D2D1D0CON0——————MEMT1MEMT0CON1AUTTTFCTTFDR1TTFDR0TTFM1TTFM0LCONLKPCON2LCK7LCK6LCK5LCK4LCK3LCK2LCK1LCK0CON0：如上表所示，高6位保存，低2MEMT1/MEMT0=0032bit；=01256bit；=102048bit；=11CON0CON1：Hitags片访问方式有所不同；HitagsTTFRTFTTFEM4100)，RTF操作命令。CON1AUT：AUT=0时为常TTFDR1TTFDR0速率规模式；=1时，为认证模式。004kTTFC：TTF模式编码选择位，当TTFC=0018k102k112kTTFM1TTFM0102k112kTTFM1TTFM0TTF00TTF〔RTF〕014，5104，5，6，7114示。TTFM1/TTFM0：TTF义了工作模式选择以及TTF页。LCONCON1/2的访问权限。=0时，CON1/2都为可读写的；=1CON1为只读，而CON2〔OTP，即可以编程一次，之后不行再更改。留意，LCONOTPLKP：锁钥和密码位，在常规模式下，此位用来第2、3页的用户数据；在认证模式下，1、2、3〔PWDH0、PWDL1/0〕和锁钥〔KEYH1/0、KEYL3/2/1/0〕的访问权限。=0：都为可读写的；=12、3问。位CON2D7LCK7D6LCK6D5LCK5D4LCK4D3LCK3D2LCK2D1LCK1D0位CON2D7LCK7D6LCK6D5LCK5D4LCK4D3LCK3D2LCK2D1LCK1D0LCK0对应页对应页=0=1LCON=14—56—78—1112—1516—2324—3132—4748—63读/写只读OTP常规模式内存组织Hitags2用户数据，内存构造如下表所示：页地址32100x00UID3UID2UID1UID00x01保存CON2CON1CON00x0232100x033210·····3〕认证模式内存组织4表所示：页地址32100x00UID3UID2UID1UID00x01PWDH0CON2CON1CON00x02KEYH1KEYH0PWDL1PWDL00x03KEYL3KEYL2KEYL1KEYL00x0432100x053210·····2、HitagsHitags(RWD)之间的信息交换是通过二者天线间的磁场耦合而实现的，其具体信息格式如下。1〕卡到读写器Hitags卡到读写器的信息传输是利用负载调制的方法来实现的，通过翻开/关闭一个知信息。模式编码ACRTFMCMCTTFMC速率2K4K4K8K2K4K8K2K4K码元周期64T0模式编码ACRTFMCMCTTFMC速率2K4K4K8K2K4K8K2K4K码元周期64T032T032T016T064T032T016T064T032T08K 16T0注：表中T08μs。2〕读写器到卡读写器向卡片传输信息是以100%调制的幅移键控〔ASK〕形式实现的，通过磁场的开启和关闭来表征信息。数据流承受二进制脉冲长度编码〔BPLC〕格式，如下图，全部的数据信息〔01〕比特和帧完毕〔EOF〕都以一个磁场关断T开头，之后磁场再次开启，信息0g1T[0T[1]来区分，EOF如下表所示：符号TgT[0]T[1]TEOF

时间4—10T018—22T026—30T0>36T0T[0]和T[1平均速率=2/〔T[0]+T[1]〕=5.2kBit/s而且，每个数据流都必需以EOF3、协议中的时间定义读写器与卡片之间的信息交换协议规定了几个重要的时间设定，如下表所示：符号TWFCTWSC

说明开启磁场后，读写器发第一个命令所需等待时间读写器收到一个命令的响应后，发送下个命令需等待时间

长度280T0—5000T090T0—5000T0TRST

TRST位

>4.8msTWRESPTPROG

卡收到读写器命令EOF信号后，发送响应所需等待时间EOFTPROG能发送响应信息

时间才

204T0—212T0716T0—726T0TTTF

卡片配置为TTFT据

TTF

时间开头循环发送数

565T0—625T0TT

SWITCH

内读写器发送UIDREQUESTxx

280T0—520T0SWITCH

命令，可以将TTF模式的卡切换为RTFHitags则便不能实现读写器与卡片间的正确通信。4、HitagsHitags掉电状态：磁场关闭或者卡片不在磁场内。就绪状态：上电复位后，卡片预备好接收读写器命令。初始状态：当卡片收到UIDREQUESTxx命令后进入此状态，并且假设再次收到UIDREQUESTxx认证状态：配置在认证模式的卡片在收到SELECT(UID)命令后进入此状态，当进一步收到加密的CHALLENGESELECT(UID)命令或认证模式下收到CHALLENGE能有一个卡片被选中。静默状态：当卡片在初始状态收到SELECT_QUIET命令或者在选中状态收到QUIET或关闭磁场后，再次上电复位。TTF状态：卡片假设配置为TTF模式，且在T 时间窗内未收到UIDREQUESTxx命SWITCH令，进入此状态，开头以设定速率、编码格式循环发送预设数据。此状态同静默状态一样，不再承受任何命令。5、HitagsHitags10Hitags-32由于为只读，只支持其中局部命令。1〕UIDREQUESTxx读写器读写器卡片SOFUIDREQUESTxx EOFUID0UID1UID2UID3命令及响应格式如表中所示，当处于磁场内的卡片收到此命令后，等待T 时间后发WRESPSOF〔帧起始32位UIDAC此命令码有三种格式，打算了响应中SOF格式、编码、速率信息，如下表所示：命令命令码协议模式SOF编码速率UIDREQUESTStd00110标准1AC2kUIDREQUESTAdv1100x增加111AC2kUIDREQUESTFadv11010快速增加111AC4k应留意，此命令码的不同所选择的协议模式不只影响本命令，也打算了后面全部命令。2〕ACSEQUENCE读写器K4K3K2K1K0SOF读写器K4K3K2K1K0SOFKUIDCRC8EOF卡片〔32-K〕位UID假设碰撞消灭在第K〔K<32〕位，说明前面K位接收正确，而后面数据未必牢靠，则发送此命令，以获得其余的〔32-K〕位UIDK位UID码与自身相符，则响应命令。SOFUIDREQUESTxxSELECT(UID〕读写器读写器卡片00000SOFUID0CON0UID1UID2CON1UID3CON2CRC8保存EOFCRC8协议模式协议模式SOF编码速率CRC8此命令格式如表中所示标准1MC4k无码为‘00000增加111111MC4k有UID18CRC及EOF快速增加111111MC8k有1另外此命令及以后的全部命令中，SOFCRC8为可选的，见右表：CHALLENGE读写器读写器卡片SOF CON2PWDH032PWDL0 PWDL1EOFCRC8SELECT(UID〕命令的回复值〔CON1AUT〕可以知道卡片的配置模式，假设为3232HitagsCON2PWDH0PWDL0、PWDL1SELECT_QUIET(UID〕读写器00000UID0UID1UID2UID30CRC8EOF卡片SOF01读写器卡片1100SOF读写器卡片1100SOFPADRData0CRC8Data1EOFData2Data3CRC8PADR为预读页地址，由于最多为第63读写器片1101SOFPADR读写器片1101SOFPADRCRC8卡Data0~3Data0~3EOFData0~3Data0~3CRC8读写器读写器1000SOFData0SOFPADR读写器读写器1000SOFData0SOFPADR01Data101CRC8EOF卡片Data2Data3CRC8EOF卡片对卡片存储区中指定页〔PADR〕进展编程操作。读写器首先发送页写命令，得到正确回复后再发送要写入数据。9〕WRITEBLOCK〔块写〕读写器读写器卡片读写器1001SOFData0SOF·Data0SOFPADR01CRC8EOFData1 Data201·Data3CRC8EOF卡片·读写器Data101Data2Data3CRC8EOF卡片读写器0111SOFPADR01读写器0111SOFPADR01CRC8EOF卡片QUIET命令使得处于选中状态的卡片进入静默状态，命令中的PADR为一个有效的页地址，只是命令的构造需要，不表征什么意义。6、Hitags任何命令

掉电进入磁场TTF

条件1就绪条件2

传输错误令或错误

令或错误SELECT(UID)且AUT=1认证

初始SELECT(UID)且AUT=0

UIDREQUESTxxACSEQUENCE其它命令或错误CHALLENGE

选中 页/块读页/块写QUIET静默 任何命令

SELECT_QUIET(UID)Hitags其中：条件1：卡设置为TTF模式，且在T 时间窗内没有收到有效的UIDREQUESTxx命令。SWITCH条件2：设置为TTF模式且在T 时间窗内收到有效的UIDREQUESTxx命令，或者设SWITCHRTF模式并收到有效的UIDREQUESTxx依据此流程，即可编制Hitags第四局部软件编制经过前面三局部的介绍，我们对RFID系统的硬件组成、读卡器以及标签〔卡〕的特点功能。一、读卡操作读写器从标签〔卡片〕获得信息有两种状况：1、卡片进入磁场后主动循环发送内部信息，如EM4100Hitags卡处于TTF2、卡片并不主动发送信息，而是需要读写器发送读取命令之后卡片才会将存储数据发出，而且一般为一次性发送，比方处于RTFHitags无论哪种状况，读写器天线感应到信息之后，经过耦合、滤波、解调等处理之后，输送给微处理器〔MCU〕的都是以肯定编码格式、速率传输的数字基带码流，MCU只要依据编码特征，正确同步和接收即可。不失一般性，这里我们以EM4100卡为例介绍读卡程序的编制流程。1T空跳由于在RFID系统中，曼彻斯特编〔MC〕MC码为例。依据EM4100卡数据构造特点，卡片进入磁场后发送数据，连续9位“1”作为头数据，是读取数据时的同步标识；D00～D93P0～P9PC0～PC3最终位“0”是完毕标志。EM41001T空跳123123···910111213···64123···111···11100···0111···曼码4.1EM4100数据流格式4.1EM410091，10—6301，640，之后循环。由此可知，要想正确地读卡，首先就要正确的找到数据9位“1”的同步头1，故可以检测高电平并等其变低，连续检测914.2所示。开头 上电，翻开磁场 开头

上电，翻开磁场高电平？Y延时3T/4

N等待消灭高电平 高电平？Y延时3T/4

N等待消灭高电平低电平？YY延时3T/4高电平？YY·开头取数据·开头取数据

N等待消灭1码找到了一个1N找到了一个1NN开头取数据找到9个1开头取数据

YY延时3T/4Y·Y··

N等待消灭01码N找到了一个1NN找到9个14.2914.391流程不过，这种方法有可能会把01，由于001时，其中不携带信息的空跳沿〔见图4.1〕会给同步带来困难。而且，由于数据流中存在1114.101〔10〕时，会有持续一个周期的高〔或低〕电平，而EM4100卡最终一位为0，由于数据是循环发出的，我们可以结合这一位和同步头来联合检测，首先找‘014.364011际应用中也证明白这一点。检测完同步头后，即可开头读取数据。由于系统已经同步，读取数据格外简洁，只要检4.4。开头延时T/4开头延时T/4N高电平？为0Y为1N高电平？YN低电平？Y延时3T/4点四周抽样电平推断并存储数据等待跳变沿循环读取4.4数据流判决流程值得留意的一点是，虽然依据理论计算，数据流中1位码元的周期T64*〔1/125kHz〕=512μs，但在实际观测中，并非完全抱负，最好先用示波器观测其波形周期，以便更好的设计各延时子程序。二、写卡操作合被写卡的协议要求即可，因而，写卡程序相对于读卡要简洁很多。启动磁场 生的间隙

1 0 1 1 完毕标志T[S]T[g]T[0]T[1]T[S]T[g]T[0]T[1]T[E]4.5写信息的波形总体来说，125kHz非接触式IC卡根本都是通过振幅调制的方式实现写入操作的。读写4.5T[S产生停振间隙gap，待发送信息就是通过两个相邻间隙间磁场开启时间长度T[0T[1]来表征的；数据发送完毕后，必需发送完毕信息，1gap后启动磁场T[E]时间。图中几个4.1列出了前面介绍过的T5557和Hitags间要求，其中T08μs。4.1写操作各时间长度T5557T5557HitagsT[S]>192T0>4.8msT[g]8—30T04—10T0T[0]16—31T018—22T0T[1]48—63T026—30T01T[E]>64T0>36T0由于写操作中各种信息都是以时间长度来表征，因而对读写器的定时要求很高。多数读写器基站芯片如前述EM4095、U2270B等，与读写器MCU之间只是简洁的接口连MCU的一条I/O口线连接到基站芯片的磁场掌握管脚，依据口线上的电平变化来实现磁场的通断掌握，MCU口线的操作对应磁场开启关闭时透亮传输的，因而全部的定时都由MCUHTRC110MCU传输，也可以配置为MCU〔此时间为程序设置〕将对T[gMCU转移到了基站芯片，一方面削减了MCU的负担，另一方面可以增加和设置，编程量有所增加。在实际应用设计中，依据具体需要可以选择不同的基站芯片来完成设计。完毕语目前，非接触式IC卡技术〔RFID〕已广泛应用于诸如电子交易，医疗保健凭证，驾车授权凭证，车辆加油治理系统，家居、公司办公通道，各种限权进入场所的门禁，各类电、水、热能和煤气计量表具的预付费系统，乃至宠物识别，等等。因其使用便捷、安全，日益得款基站和标签卡芯片，目的是通过这些介绍使大家对RFID技术、系统构成、设计开发等有所了解，抛砖引玉，请大家批判指正。1EM4100unsignedcharidataEM4100[5];voidTimeOut_Detect{TL1=0x26;//OSC:22.1184MHzTH1=0xfe;//256us;512us=0xfc4cTF1=0;TR1=1; //starttimer1}//读取卡号，unsignedcharRead_EM4100{uchari=0; //起始为的计数值ucharrow,col; //行列存放器ucharrow_parity; //行校验存放器ucharcol_parity[5];//列校验存放器uchar_data; //数据存放器ulongtimeout=0; //搜寻次数存放器for(i=0;i<5;i++){EM4100[i]=0x00;}while(1){TimeOut_Detect;while(DMOUT==0) //waithighlevel{if(TF1){TR1=0;TF1=0;return(0);//timeoutandexit}}Delay(Timer_384us);//delay3/4cycle,if(DMOUT)//{for(i=0;i<8;i++)//推断是否是真的起始位{TimeOut_Detect; //1/2cyclewhile(DMOUT){if(TF1){TR1=0;return(0);}//timeoutandreturn}Delay(Timer_384us); //delay3T/4tonextcodeif(DMOUT!=1)return(0); //thenextcodeis”1”,soDMOUTmustbe1toformdownedge}if(i==8)//起始位承受完并且正确后开头承受数据{TimeOut_Detect;//1/2cyclewhile(DMOUT){if(TF1){TR1=0;return(0);}//timeoutandexit}//hasreceivednine”1”//全部列校验清零col_parity[0]=col_parity[1]=col_parity[2]=col_parity[3]=col_parity[4]=0;for(row=0;row<11;row++)//11{列数据节

for(col=0,row_parity=0/*行校验清零*/;col<5;col++)//共5{Delay(Timer_384us);//延时至下一码原if(DMOUT)_data=1;//1else_data=0; //数据为0if(col<4&&row<10) //数据区的承受，后四个字{EM4100[row/2]<<=1;EM4100[row/2]+=(uchar)_data;}else;row_parity+=_data; //行校验参加数据col_parity[col]+=_data;//相应列校验参加数据虽最后一列没有校验但为了便利也加上TimeOut_Detect;//1/2cyclewhile(DMOUT==(bit)_data){if(TF1){TR1=0;return(0);}//timeoutandexit}}if(row<10)//最终一行没有校验所以要加限制{if(row_parity&0x01)//出错退出外for{return(0);}else;}else;}//对最终接收的列校验进展推断，及对来自上面数据错误error_flagif(((col_parity[0]&0x01)&&(col_parity[1]&0x01)&&(col_parity[2]&0x01)&&(col_parity[3]&0x01))){ //最终一列没有校验return(0);}elsereturn(1);//将正确的数据返回}}}//endofwhile(1)}2HTRC110//发送命令子程序voidSend_HTRC110_Cmd(UBYTERcCmd){UBYTEcounter;DIN=LOW;/*Initializationofserialinterface*/SCLK=LOW;SCLK=HIGH;DIN=HIGH;SCLK=LOW;if((RcCmd&0xC0)==0xC0)counter=3; /*thisisa3-bitcommand*/else counter=8; /*...resp.a8-bitcommand*/do{if(RcCmd&0x80) /*decidewhether0or1hastobesent*/DIN=HIGH;elseDIN=LOW;SCLK=HIGH; /*makethisbitvalidfortheHTRC110*/SCLK=LOW;RcCmd<<=1; /*nextbit*/}while(--counter);DIN=LOW;}//接收子程序UBYTEReceive_HTRC110_Data(void){UBYTEInputByte=0,counter=8;do /*pollDOUT,whileSCLKishigh*/{InputByte<<=1;SCLK=HIGH; /*activateDOUT*/if(DOUT)InputByte|=0x01;/*andstoretheinformation*/SCLK=LOW;}while(--co