射频识别(rfid)实验教程v

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1、第5章RFID系统集成本章介绍一种采用专用IC设计的RFID应用系统。系统中阅读器电路由专用IC芯片MFRC500构建，应答器（IC卡）外购，要求符合ISO14443A国际标准。5.1MFRC500的工作性能（1）8位并行接口；（2）数据并/串变换，支持检查产生的帧，产生并检查CRC/奇偶校验以及位编码和处理；（3）支持ISO14443A的所有层；（4）具有一个安全稳定的密钥存储器，用于存储Crgpto1密钥组；（5）具有两个内部的模拟桥驱动输出电路，使操作距离可达100mm。5.2系统组成RFID应用系统系

2、统组成框图如图4－1所示。MFRC500IC卡电路(应答器)接收电路接收电路匹配电路上位机图4－1RFID应用系统组成框图5.2.1IC卡高频接口频率13.56MHz，采用ISO14443A协议通信。具体要求为：（1）能量传输：采用变压器耦合传输，IC卡是无源的；（2）通信结构：采用半双工通信方式，阅读器（读卡器）首先发信号（talk）；（3）数据速率：105.9KHz；（4）数据传输：采用双向传输方式，即：8阅读器→IC卡：数据采用密勒（Miller）码编码，采用1000/0ASK调制；IC卡→阅读器：数据

3、采用曼彻斯特（Manchester）码编码，采用副载波负载调制（副载波频率为847.5KHz）。5.2.2能量传输阅读器天线和无源IC卡之间的能量传输采用变压器耦合方式，耦合线圈为阅读器天线线圈和IC卡线圈。IC卡上的感应电压经过整流达到工作电压后，卡上IC被激活。感应电压的大小随IC卡与阅读器之间的距离而变化，距离太大时感应电压小，经过整流达后不能达到工作电压，卡上IC不能被激活。因此，IC卡与阅读器之间的距离将受到限制。5.2.3阅读器至IC卡的数据传输系统采用半双工通信方式在阅读器和IC卡之间传输数据。

4、阅读器首先发出信号（说话）启动通信。从阅读器到IC卡的数据传输按ISO14443A协议采用1000/0ASK调制。ASK调制波形如图4－2所示。图4－2ASK调制波形图由于IC卡是无源的，阅读器需要优化编码，以便为IC卡提供恒定能量。这里采用改良的Miller编码，用于阅读器向IC卡传送数据和能量。图4－3所示为其编码信号和ASK调制波形。本系统的数据速率为105.9KHz，一帧长为9.44μs，Miller编码的脉冲宽带为3μs。如图4－3所示：逻辑“1”用一个位帧中间的脉冲表示；逻辑“0”有两个可能性，由

5、前面一位确定：如果前面一位是0，后一个0用后一个位帧开始3μs脉冲表示；如果前面一位是1，后一个0用后一个位帧没有脉冲表示。8图4－3阅读器至IC卡的数据传输信号编码及ASK调制波形5.2.4IC卡至阅读器的数据传输(1)副载波负载调制原理：如图4－4所示。图4－4副载波负载调制原理IC卡中产生副载波fSUB=13.56MHz/16=847.5KHz，副载波fSUB直接调制在13.56MHz上，在13.56MHz载频两边产生±fSUB的边频带。如图4－6所示。IC卡内数据对副载波fSUB采用曼彻斯特编码。曼彻

6、斯特码用上升沿和下降沿来表示数据，即：逻辑“0”用位帧中间的上升沿表示，逻辑“1”8用位帧中间的下降沿表示。如图4－5所示。图4－5IC卡至阅读器的数据传输信号编码及副载波负载调制波形图4－6副载波负载调制的频谱5.3MFRC500阅读器设计MFRC500为32脚IC，如图4－7所示。8MFRC500OSCOUTOSCINVMIDRSTPOIRG`MFINAVSSRXTX1MFOTUAVDDAUXTX2TVDDDVDDA2NCSTVSSA1A0NRDNWRALED7D0DVSSD6D5D2D1D4D31322

7、313304295286277268259241023112212211320141915181617图4－7MFRC500引脚功能图MFRC500阅读器可有两种基本设计方向：（1）采用直接匹配的天线，阅读器和阅读器天线之间保持最小距离，可以建立一个完整的小型终端系统，如手持式读卡器。（2）采用500Ω匹配天线，阅读器和阅读器天线之间用长距离同轴电缆连接，同轴电缆最长可达10m，可以建立远距离阅读器系统。以下说明手持式读卡器的设计（工作距离≤100mm）：设计MFRC500外围电路，包括EMC滤波器、接口电路

8、和天线匹配电路。5.3.1EMC（电磁兼容）滤波器本系统工作频率为13.56MHz，由石英晶体振荡器产生，同时也产生了高次谐波。为了符合国际EMC规定，13.56MHz的三次、五次和高次谐波都要被良好地抑制，抑制谐波的低通滤波器由L0和C0组成，如图4－8所示。8图4－8直接匹配天线配置5.3.2接收电路MFRC500的内部接收部分使用了一个新的接收概念，它使用IC卡响应的副载波负载调制所产生的两个