載頻為13.56MHz非接觸式IC卡接收模塊設計
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2012年04月12日
非接觸式IC卡又稱(chēng)射頻卡，是世界上最近幾年發(fā)展起來(lái)的一項新技術(shù)。它利用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行非接觸雙向通信，以達到識別和交換數據的目的，解決了無(wú)源(卡中無(wú)電源)和免接觸這一難題。本文提出的是一種基于ISO/IEC 14443標準B型非接觸式IC卡的射頻接收電路設計方案。該方案利用較簡(jiǎn)單的電路形式并結合軟件解調的方法滿(mǎn)足了相關(guān)性的性能要求。由于不需使用專(zhuān)用的ASIC解調解碼，從而使成本低廉。
1 非接觸式IC卡系統的基本組成
非接觸式IC卡系統由讀寫(xiě)器和IC卡組成，其本身是無(wú)源卡。當讀寫(xiě)器對卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，讀寫(xiě)器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，讀寫(xiě)器發(fā)出的信號由二部分疊加組成：一部分是電源信號，該信號由卡接收后，經(jīng)內部電路處理作為電源為其他電路提供工作電壓；另一部分則是指令和數據信號，該信號指揮芯片完成數據的讀取、修改和儲存等，并返回信號給讀寫(xiě)器。
讀寫(xiě)器以微控制器為核心，分為發(fā)送和接收2個(gè)通道。發(fā)送通道由振蕩器、功放、調諧電路、編碼器和調制器組成；接收通道由濾波放大器、解調電路和解碼器組成。收發(fā)數據由微控制器處理，并可和主機通信。
2 ISO14443 TYPE B
非接觸式智能卡的工業(yè)標準ISO14443稱(chēng)IC卡為PICC卡，讀寫(xiě)器為PCD。該標準規定了PICC和PCD之間的TYPEA和TYPEB二種通信傳輸模式。無(wú)論是A型或B型，載波頻率都是13.56MHz，副載波的頻率都是847kHz，射頻卡和讀寫(xiě)器之間的通信波特率都是106Kbps。Type B型讀寫(xiě)器向卡傳送信號時(shí)，編碼方式是異步、NRZ編碼，采用10%ASK調制方式；在卡向讀寫(xiě)器傳送信號時(shí)，則采用BPSK編碼進(jìn)行調制。
3 接收方案設計
本設計的非接觸式IC卡接收電路框圖如圖1所示。電路由5V電源供電，完成將卡返回的射頻信號放大解調解碼等工作。放大環(huán)節采用場(chǎng)效應管BFT 46,解碼工作在單片機PIC16F877中完成，并通過(guò)RS－232與計算機相連。
選擇PIC16F877單片機作為該接收通道的微處理器。PIC系列單片機采用了精簡(jiǎn)指令集計算機RISC和哈佛雙總線(xiàn)以及二級指令流水線(xiàn)結構，具有高速度、低工作電壓、低功耗等特點(diǎn)和優(yōu)良的性?xún)r(jià)比。PIC16F877具有8KB的Flash、256B的E2PROM，足以滿(mǎn)足程序的要求，其工作頻率為13.56MHz。
3.1 通信電路
PIC單片機通過(guò)同步/異步收發(fā)器USART與計算機進(jìn)行通信，通過(guò)標準RS-232串行接口進(jìn)行電平變換。RS-232通信電路如圖2所示。RS-232采用的是負邏輯，即邏輯“1”：- 5～-15Ｖ；邏輯“0”：+5～+15Ｖ。而CMOS電平為邏輯“1”：4.99Ｖ；邏輯“0”：0.01Ｖ。TTL電平為邏輯“1”：24V；邏輯“0”：0.4Ｖ。因此在用RS-232總線(xiàn)進(jìn)行串行通信時(shí)需外接電路實(shí)現電平轉換，在發(fā)送端用驅動(dòng)器將TTL或CMOS電平轉換為RS-232C電平，在接收端用接收器將RS-232C電平再轉換為T(mén)TL或CMOS電平。這里選用了MAXIM公司的MAX202Ｅ作電平轉換。MAX202Ｅ屬于MAXIM公司的通用串行接收/發(fā)送驅動(dòng)器芯片，其外圍電路簡(jiǎn)單，只需外接2個(gè)1μＦ的電容即可，設置波特率為9 600bps，程序實(shí)現單片機異步接收發(fā)送功能。
3.2 放大鎖相電路
天線(xiàn)接收信號后進(jìn)行檢波處理，檢波電路實(shí)現包絡(luò )檢波，將13.56MHz的載波濾除，得到847kHz副載波調制信號。調諧放大電路為所希望的信號提供有選擇的放大，而對不希望的信號提供一定程度的濾波，使信號更為干凈，便于軟件鎖相。調諧放大處理后得到攜帶數字信息的正余弦信號，如圖3所示。檢波二極管選用高速肖特基二極管BAS70，運放采用場(chǎng)效應管BFT 46。
單片機軟件實(shí)現位同步的處理，其思想是：由單片機定時(shí)器產(chǎn)生相應的時(shí)鐘信號，由接收信號校正該時(shí)鐘信號，使之與接收的信號相位一致。實(shí)際上也就是根據數據信號的正負邊沿跳變的時(shí)刻，調整本地載波輸出信號的起始定時(shí)時(shí)刻。由單片機管腳檢測到信號后進(jìn)入中斷處理，而在另一管腳輸出連續相位增量為90°的3組測試信號。軟件鎖相前端電路圖如圖4所示，測試信號作用于場(chǎng)效應管上。圖5為中斷信號處理的一種情況：通道1為原始信號，通道2為測試信號，第1個(gè)測試信號落在原始信號的0～90°相位區，所以直到第3個(gè)測試信號時(shí)才作用于原始信號得到1個(gè)脈沖，如圖5中的通道3所示。
不同的結果送入單片機處理，即可得出測試信號與原始信號的相位差，做相應處理后輸出鎖相，并把該輸出管腳設置為PWM模式，控制場(chǎng)效應管輸出得到調制信號。經(jīng)過(guò)解調后的碼元交替時(shí)刻前后BPSK信號如圖6所示，連續的8個(gè)脈沖代表數據bit0，若該時(shí)間內沒(méi)有脈沖則代表數據bit1。
3.3 軟件解碼
采用picmate 2002 編譯器，C語(yǔ)言編程完成信號解碼。數據傳輸速率為106Kbps。由于單片機采用普通的中斷計時(shí)方式無(wú)法達到正確解碼目的，因此程序的主要設計思想是：捕捉同步頭后讀端口，設置計數器T0為4個(gè)脈沖觸發(fā)，并禁止中斷，精確計算每一條C語(yǔ)句匯編后占用的時(shí)鐘周期，同時(shí)注意while語(yǔ)句，適時(shí)加減循環(huán)開(kāi)始和結束的讀取次數，使每一次操作都在8個(gè)脈沖的時(shí)間內完成。這時(shí)讀取T0IF標志位，如果為1置bit為0，重新清T0IF標志位為0，繼續下一步，直到完成1幀信號的讀取。程序框圖如圖7所示。
4 結束語(yǔ)
本文介紹了射頻識別卡接收模塊的設計。該模塊沒(méi)有使用專(zhuān)用ASIC實(shí)現信號的編碼和解碼，編碼和解碼工作基本上由軟件完成，有效地解決了BPSK信號相位模糊問(wèn)題。該模塊的硬軟件調試已全部完成。
