基于AVR單片機(jī)和EM4094射頻卡讀寫基站的多協(xié)議讀寫器的設(shè)計

引言

射頻識別(RFID)是利用無線方式對電子數(shù)據(jù)載體(電子標(biāo)簽)進(jìn)行識別的一種新興技術(shù)。與接觸式IC卡和條形碼識別等系統(tǒng)比較，它有著巨大的優(yōu)勢。利用射頻識別技術(shù)，能有效實(shí)現(xiàn)對數(shù)量大、分布區(qū)域廣的信息進(jìn)行智能化管理，達(dá)到高效快捷運(yùn)作的目的，特別是在第二代身份證、物流、交通航運(yùn)、自動收費(fèi)、超市、門禁系統(tǒng)管理、服務(wù)領(lǐng)域等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國內(nèi)RFID行業(yè)也正經(jīng)歷著深刻的變革。

RFID系統(tǒng)一般是由讀寫器、射頻卡、應(yīng)用軟件來組成。其中讀寫器的設(shè)計是至關(guān)重要的，它決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

除了要求其能支持一系列協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)和收發(fā)器外，對讀寫器可能還有其它功能性方面的要求，如高性能、防沖突、遠(yuǎn)/近感應(yīng)距離、移動性及功耗。

本文就說明了怎樣利用EM Microelectronic公司的EM4094 RFID讀寫基站（又稱讀寫芯片、模擬前端模塊、基站芯片、收發(fā)器）來構(gòu)建支持多種協(xié)議的13.56MHz通用型或能滿足上述特定要求的特殊RFID讀卡器。

硬件結(jié)構(gòu)分析

讀寫器一般由讀寫基站、微控制器（單片機(jī)）組成。

基本上，讀寫基站（如EM4094）為RFID負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼/譯碼，并以適當(dāng)功率驅(qū)動RFID讀卡器天線。

而讀寫基站本身由微控制器驅(qū)動。該微控制器負(fù)責(zé)管理不同協(xié)議的幀譯碼任務(wù)，以及與PC或其它后臺控制設(shè)備的通信接口(串行接口、USB接口或以太網(wǎng)接口)。

一些IC供應(yīng)商提供集成了模擬前端和微控制器的芯片。在很多情況下，微控制器或集成的存儲器空間不是超出需求就是不夠用，而獨(dú)立的模塊允許制造商選擇最適合其設(shè)計要求的微控制器和存儲器容量。

軟件功能設(shè)計需求

該讀寫器需要支持ISO14443 Type A和B、Sony Felica及ISO15693標(biāo)準(zhǔn)的全部強(qiáng)制命令，并支持EM 13.56MHz收發(fā)器IC的全部指令集。可以實(shí)現(xiàn)不同的通信協(xié)議和防沖突協(xié)議?？梢宰x寫的卡片種類如下：

• ISO 14443AB:

MIFARE® Ultralight

MIFARE® Classic

MIFARE® DESFire

MIFARE® PROX

MIFARE® PRO

• lSO 15693

• ISO 18000-3

• INSIDE PicoTag

• HID iClass

• Tagsys C320

• eNFC

• MasterCard PayPass

• FeliCa

• KSW TempSens

• KSW VarioSens

讀寫基站的選擇

目前13.56MHz的多協(xié)議讀寫基站基本上有3種常用的：

• Phlisps公司的RC632

• TI公司的RI-6C-001

• EM公司的EM4094

三家公司的芯片各有特點(diǎn)，綜合考慮，EM4094具有更好的性價比。

EM4094的概述

EM4094是一個集成的收發(fā)器芯片，它可用于構(gòu)建RFID讀卡器的模擬前端模塊。該芯片的數(shù)據(jù)傳輸及接收鏈路允許傳送和解碼任何通信協(xié)議，因此EM4094支持所有EM公司的13.56MHz收發(fā)器芯片、ISO15693、ISO14443 AB、以及Sony Felica協(xié)議。通過適當(dāng)設(shè)定，EM4094甚至還可以與NFC設(shè)備通訊。

它具有以下特點(diǎn)：

•兼容ISO15693、ISO14443；

•具有可選跨導(dǎo)的使用13.56MHz 石英的振蕩器；

•使用OOK 的天線驅(qū)動或使用單一天線驅(qū)動的ASK模塊；

•高輸出功率,5V電源下200mW高輸出功率；

•ASK調(diào)制可調(diào)范圍從7%到30%；

•天線短路保護(hù)；

•用于高度可靠通信的多路接收器輸入；

•帶AGC信號放大器的AM/PM解調(diào)；

• 848kHz BPSK內(nèi)部解調(diào)器( B型)；

•多種副載波兼容接收(212kHz、 424kHz或848kHz)；

•多種副載波兼容譯碼(Manchester、BPSK)；

•內(nèi)置接收低通濾波器截止頻率可在400kHz及1MHz間進(jìn)行檢波；

•內(nèi)置接收高通濾波器截止頻率可在100kHz、200kHz及300kHz間進(jìn)行檢波；

•可選接收增益；

•可選擇的串行接口對選擇位進(jìn)行編程；

• 3線SPI控制的降功耗模式, 控制開關(guān)機(jī)狀態(tài)；

•輸出功率為100mW ( SO16封裝)、 200mW ( SO20封裝)；

•工作溫度范圍-40℃到 +85℃；

•ISO15693、ISO14443 協(xié)議完全兼容；

•多接收輸入，高通訊可靠性。