125kHz低频RFID读写器设计

张建文　王怀平

摘 要：本文介绍一种基于基站芯片EM4095和AT89S52单片机的低频RFID读写器设计方案。论文首先对读写器硬件功能框图进行说明，并给出了读写器硬件接口电路。在分析了EM4095解调、输出的曼彻斯特编码数据波形后，根据该曼彻斯特码编码特点，提出了利用计算曼彻斯特码的下降沿间隔的载波数的方法进行解码的思路，并给出了软件流程图，此解码方法提高了解码的速度和准确性，实验证明，读写器读卡稳定可靠，效果好。

关键词：射频识别；EM4095；曼彻斯特码；读写器

中图分类号：TP334 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）属无线电通信范畴，基本物理原理就是电磁场感应。射频识别系统由两部分组成：一部分是识别对象（标签）；另一部分是识别器（读写器）[1]。

读写器模块是由微控制器、射频基站芯片、线圈和一些外围阻容器件组成。本文所设计的125kHz低频RFID读写器能够准确可靠的读取标签的内存信息，并送入计算机终端进行管理，实现非接触式门禁考勤、动物识别等系统的核心管理功能。

2 硬件电路设计（The hardware circuit design）

125kHz读写器主要是由射频模块、控制模块，通信模块和电源模块等部分电路组成的，其硬件功能框图如图1所示。

我们选用的EM4095是EM公司设计生产的低频RFID读写器专用芯片，它集成的PLL系统能达到载波频率自适应天线的共振频率，而不需外接晶振，工作频率100kHz—150kHz。EM4095与微控制器接口简单，由EM4095构成的读写器电路图如图2所示，芯片供电后，SHD应先为高电平，对芯片进行初始化，然后再接低电平，芯片即发射射频信号，解调模块将天线上AM信号中携带的数字信号取出，并由DEMOD_OUT端输出。EM4095输出的参考时钟信号RDY/CLK接T0，用作解码的同步时钟。AT89S52从电子标签读取数据，再通过MAX232进行电平转换，实现与PC的通信[2]。

3 读写器的软件设计（Software design of Reader）

这里选用的只读非接触IC卡为EM4100卡。它采用125kHz的典型工作频率，有64位激光可编程ROM，调制方式为曼彻斯特码（Manchester）调制，位数据传送周期为512μs。串行输出的数据包括9位前导位，40位信息位，14位校验位，1位停止位。

射频卡内的EM4100芯片内部预先存储的不可改写的64位数据格式，如图3所示。

全部的64位数据的开头是由9个1组成的前导位，由于数据和偶校验的结合，这种序列不可能在后面的数据串中重复出现，保证了前导位的唯一性。前导位之后是10组4位的数据，每一组4位数据后面是每行的偶校验位，最后一行4位数据是前面10组数据各列的偶校验位。D00—D03和D10—D13是厂商号，最后一位S0是停止位，它恒为0。当传送卡号时，这64位数据通过载波在天线上首尾相接循环出现[3]。

EM4095从DEMOD-IN引脚检测线圈的电压变化，在芯片内部对已调制信号进行解调，然后从DEMOD-OUT端输出曼彻斯特编码（简称曼码）信号。根据曼码的特点：在每一个数据位的“中间”由低电平跳变到高电平代表“1”，由高电平跳到低电平代表“0”。由于信号耦合的原因，实际上由EM4095芯片送给单片机的64位曼码的数据是反过来的，即：数据位中间发生由高到低的跳变代表“1”，发生由低到高的跳变代表“0”。

根据EM4095芯片的特点：接收数据时，RDY/CLK管脚上将输出与天线上载波信号频率一致的方波信号。即使载波频率发生变化，每一位曼码数据所占的宽度仍为64个载波周期。设计电路时，将EM4095的RDY/CLK管脚接入AT89S52单片机的T0口，以对输出方波脉冲进行计数。

EM4095输出信号的波形如图4所示[3]。

分析EM4095输出的曼彻斯特编码，发现数据结束时的上跳沿与数据起始时的下跳沿中间间隔一个数据时钟周期，根据这个特征，不断等待上跳沿，上跳沿到来时，开启T0，下跳沿到来，关T0，如T0计数器计到64个载波左右，则认为找到了停止位后9个1组成的前导位中的第一个1，否则重新找上跳沿。以前导位中的第一个1的下跳沿为计数起点，用计数器计RDY/CLK的脉冲个数，每64个脉冲信号后读取的DMOD_OUT上的电平，该电平取反，就是该位值。再接收8个1就可确定找到了64位数据的前导位中的9个1，然后再接收40位信息位，14位校验位和停止位。如没接受到8个1，就没找到前导位，需重新找上跳沿，确定前导位中的第一个1。解码流程如图5所示。

数据接收在中断服务程序完成，其流程如图6所示。

4 结论（Conclusion）

射频识别技术在生产、生活各领域的应用日益广泛，本文首先介绍了读写器的结构框图，给出了利用EM4095设计的RFID读写器硬件电路。然后分析了电子标签芯片的数据存储格式和EM4095输出的曼彻斯特编码的特征，在此基础上提出了利用计数器累计RDY/CLK的脉冲个数，即计算曼彻斯特码的下降沿间隔的载波数的方法进行解码的方法，此方法提高了解码的速度和准确性，实验证明，读写器读卡稳定可靠，效果好。

参考文献（References）

[1] 单承赣.射频识别（RFID）原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2008：1-200.

[2] 张浩博，张红雨.应用单片机的手持式RFID读卡器设计[J].国外电子元器件，2008（9）：45-46.

[3] 丁明军，徐建城.射频卡应用中的曼彻斯特码解码技术[J].通信技术，2007（12）：65-67.

作者简介：

张建文（1966-），男，硕士，副教授.研究领域：单片机及RFID技术应用开发.endprint

摘 要：本文介绍一种基于基站芯片EM4095和AT89S52单片机的低频RFID读写器设计方案。论文首先对读写器硬件功能框图进行说明，并给出了读写器硬件接口电路。在分析了EM4095解调、输出的曼彻斯特编码数据波形后，根据该曼彻斯特码编码特点，提出了利用计算曼彻斯特码的下降沿间隔的载波数的方法进行解码的思路，并给出了软件流程图，此解码方法提高了解码的速度和准确性，实验证明，读写器读卡稳定可靠，效果好。

关键词：射频识别；EM4095；曼彻斯特码；读写器

中图分类号：TP334 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）属无线电通信范畴，基本物理原理就是电磁场感应。射频识别系统由两部分组成：一部分是识别对象（标签）；另一部分是识别器（读写器）[1]。

读写器模块是由微控制器、射频基站芯片、线圈和一些外围阻容器件组成。本文所设计的125kHz低频RFID读写器能够准确可靠的读取标签的内存信息，并送入计算机终端进行管理，实现非接触式门禁考勤、动物识别等系统的核心管理功能。

2 硬件电路设计（The hardware circuit design）

125kHz读写器主要是由射频模块、控制模块，通信模块和电源模块等部分电路组成的，其硬件功能框图如图1所示。

我们选用的EM4095是EM公司设计生产的低频RFID读写器专用芯片，它集成的PLL系统能达到载波频率自适应天线的共振频率，而不需外接晶振，工作频率100kHz—150kHz。EM4095与微控制器接口简单，由EM4095构成的读写器电路图如图2所示，芯片供电后，SHD应先为高电平，对芯片进行初始化，然后再接低电平，芯片即发射射频信号，解调模块将天线上AM信号中携带的数字信号取出，并由DEMOD_OUT端输出。EM4095输出的参考时钟信号RDY/CLK接T0，用作解码的同步时钟。AT89S52从电子标签读取数据，再通过MAX232进行电平转换，实现与PC的通信[2]。

3 读写器的软件设计（Software design of Reader）

这里选用的只读非接触IC卡为EM4100卡。它采用125kHz的典型工作频率，有64位激光可编程ROM，调制方式为曼彻斯特码（Manchester）调制，位数据传送周期为512μs。串行输出的数据包括9位前导位，40位信息位，14位校验位，1位停止位。

射频卡内的EM4100芯片内部预先存储的不可改写的64位数据格式，如图3所示。

全部的64位数据的开头是由9个1组成的前导位，由于数据和偶校验的结合，这种序列不可能在后面的数据串中重复出现，保证了前导位的唯一性。前导位之后是10组4位的数据，每一组4位数据后面是每行的偶校验位，最后一行4位数据是前面10组数据各列的偶校验位。D00—D03和D10—D13是厂商号，最后一位S0是停止位，它恒为0。当传送卡号时，这64位数据通过载波在天线上首尾相接循环出现[3]。

EM4095从DEMOD-IN引脚检测线圈的电压变化，在芯片内部对已调制信号进行解调，然后从DEMOD-OUT端输出曼彻斯特编码（简称曼码）信号。根据曼码的特点：在每一个数据位的“中间”由低电平跳变到高电平代表“1”，由高电平跳到低电平代表“0”。由于信号耦合的原因，实际上由EM4095芯片送给单片机的64位曼码的数据是反过来的，即：数据位中间发生由高到低的跳变代表“1”，发生由低到高的跳变代表“0”。

根据EM4095芯片的特点：接收数据时，RDY/CLK管脚上将输出与天线上载波信号频率一致的方波信号。即使载波频率发生变化，每一位曼码数据所占的宽度仍为64个载波周期。设计电路时，将EM4095的RDY/CLK管脚接入AT89S52单片机的T0口，以对输出方波脉冲进行计数。

EM4095输出信号的波形如图4所示[3]。

分析EM4095输出的曼彻斯特编码，发现数据结束时的上跳沿与数据起始时的下跳沿中间间隔一个数据时钟周期，根据这个特征，不断等待上跳沿，上跳沿到来时，开启T0，下跳沿到来，关T0，如T0计数器计到64个载波左右，则认为找到了停止位后9个1组成的前导位中的第一个1，否则重新找上跳沿。以前导位中的第一个1的下跳沿为计数起点，用计数器计RDY/CLK的脉冲个数，每64个脉冲信号后读取的DMOD_OUT上的电平，该电平取反，就是该位值。再接收8个1就可确定找到了64位数据的前导位中的9个1，然后再接收40位信息位，14位校验位和停止位。如没接受到8个1，就没找到前导位，需重新找上跳沿，确定前导位中的第一个1。解码流程如图5所示。

数据接收在中断服务程序完成，其流程如图6所示。

4 结论（Conclusion）

射频识别技术在生产、生活各领域的应用日益广泛，本文首先介绍了读写器的结构框图，给出了利用EM4095设计的RFID读写器硬件电路。然后分析了电子标签芯片的数据存储格式和EM4095输出的曼彻斯特编码的特征，在此基础上提出了利用计数器累计RDY/CLK的脉冲个数，即计算曼彻斯特码的下降沿间隔的载波数的方法进行解码的方法，此方法提高了解码的速度和准确性，实验证明，读写器读卡稳定可靠，效果好。

参考文献（References）

[1] 单承赣.射频识别（RFID）原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2008：1-200.

[2] 张浩博，张红雨.应用单片机的手持式RFID读卡器设计[J].国外电子元器件，2008（9）：45-46.

[3] 丁明军，徐建城.射频卡应用中的曼彻斯特码解码技术[J].通信技术，2007（12）：65-67.

作者简介：

张建文（1966-），男，硕士，副教授.研究领域：单片机及RFID技术应用开发.endprint

摘 要：本文介绍一种基于基站芯片EM4095和AT89S52单片机的低频RFID读写器设计方案。论文首先对读写器硬件功能框图进行说明，并给出了读写器硬件接口电路。在分析了EM4095解调、输出的曼彻斯特编码数据波形后，根据该曼彻斯特码编码特点，提出了利用计算曼彻斯特码的下降沿间隔的载波数的方法进行解码的思路，并给出了软件流程图，此解码方法提高了解码的速度和准确性，实验证明，读写器读卡稳定可靠，效果好。

关键词：射频识别；EM4095；曼彻斯特码；读写器

中图分类号：TP334 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）属无线电通信范畴，基本物理原理就是电磁场感应。射频识别系统由两部分组成：一部分是识别对象（标签）；另一部分是识别器（读写器）[1]。

读写器模块是由微控制器、射频基站芯片、线圈和一些外围阻容器件组成。本文所设计的125kHz低频RFID读写器能够准确可靠的读取标签的内存信息，并送入计算机终端进行管理，实现非接触式门禁考勤、动物识别等系统的核心管理功能。

2 硬件电路设计（The hardware circuit design）

125kHz读写器主要是由射频模块、控制模块，通信模块和电源模块等部分电路组成的，其硬件功能框图如图1所示。

我们选用的EM4095是EM公司设计生产的低频RFID读写器专用芯片，它集成的PLL系统能达到载波频率自适应天线的共振频率，而不需外接晶振，工作频率100kHz—150kHz。EM4095与微控制器接口简单，由EM4095构成的读写器电路图如图2所示，芯片供电后，SHD应先为高电平，对芯片进行初始化，然后再接低电平，芯片即发射射频信号，解调模块将天线上AM信号中携带的数字信号取出，并由DEMOD_OUT端输出。EM4095输出的参考时钟信号RDY/CLK接T0，用作解码的同步时钟。AT89S52从电子标签读取数据，再通过MAX232进行电平转换，实现与PC的通信[2]。

3 读写器的软件设计（Software design of Reader）

这里选用的只读非接触IC卡为EM4100卡。它采用125kHz的典型工作频率，有64位激光可编程ROM，调制方式为曼彻斯特码（Manchester）调制，位数据传送周期为512μs。串行输出的数据包括9位前导位，40位信息位，14位校验位，1位停止位。

射频卡内的EM4100芯片内部预先存储的不可改写的64位数据格式，如图3所示。

全部的64位数据的开头是由9个1组成的前导位，由于数据和偶校验的结合，这种序列不可能在后面的数据串中重复出现，保证了前导位的唯一性。前导位之后是10组4位的数据，每一组4位数据后面是每行的偶校验位，最后一行4位数据是前面10组数据各列的偶校验位。D00—D03和D10—D13是厂商号，最后一位S0是停止位，它恒为0。当传送卡号时，这64位数据通过载波在天线上首尾相接循环出现[3]。

EM4095从DEMOD-IN引脚检测线圈的电压变化，在芯片内部对已调制信号进行解调，然后从DEMOD-OUT端输出曼彻斯特编码（简称曼码）信号。根据曼码的特点：在每一个数据位的“中间”由低电平跳变到高电平代表“1”，由高电平跳到低电平代表“0”。由于信号耦合的原因，实际上由EM4095芯片送给单片机的64位曼码的数据是反过来的，即：数据位中间发生由高到低的跳变代表“1”，发生由低到高的跳变代表“0”。

根据EM4095芯片的特点：接收数据时，RDY/CLK管脚上将输出与天线上载波信号频率一致的方波信号。即使载波频率发生变化，每一位曼码数据所占的宽度仍为64个载波周期。设计电路时，将EM4095的RDY/CLK管脚接入AT89S52单片机的T0口，以对输出方波脉冲进行计数。

EM4095输出信号的波形如图4所示[3]。

分析EM4095输出的曼彻斯特编码，发现数据结束时的上跳沿与数据起始时的下跳沿中间间隔一个数据时钟周期，根据这个特征，不断等待上跳沿，上跳沿到来时，开启T0，下跳沿到来，关T0，如T0计数器计到64个载波左右，则认为找到了停止位后9个1组成的前导位中的第一个1，否则重新找上跳沿。以前导位中的第一个1的下跳沿为计数起点，用计数器计RDY/CLK的脉冲个数，每64个脉冲信号后读取的DMOD_OUT上的电平，该电平取反，就是该位值。再接收8个1就可确定找到了64位数据的前导位中的9个1，然后再接收40位信息位，14位校验位和停止位。如没接受到8个1，就没找到前导位，需重新找上跳沿，确定前导位中的第一个1。解码流程如图5所示。

数据接收在中断服务程序完成，其流程如图6所示。

4 结论（Conclusion）

射频识别技术在生产、生活各领域的应用日益广泛，本文首先介绍了读写器的结构框图，给出了利用EM4095设计的RFID读写器硬件电路。然后分析了电子标签芯片的数据存储格式和EM4095输出的曼彻斯特编码的特征，在此基础上提出了利用计数器累计RDY/CLK的脉冲个数，即计算曼彻斯特码的下降沿间隔的载波数的方法进行解码的方法，此方法提高了解码的速度和准确性，实验证明，读写器读卡稳定可靠，效果好。

参考文献（References）

[1] 单承赣.射频识别（RFID）原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2008：1-200.

[2] 张浩博，张红雨.应用单片机的手持式RFID读卡器设计[J].国外电子元器件，2008（9）：45-46.

[3] 丁明军，徐建城.射频卡应用中的曼彻斯特码解码技术[J].通信技术，2007（12）：65-67.

作者简介：

张建文（1966-），男，硕士，副教授.研究领域：单片机及RFID技术应用开发.endprint