便攜式超高頻RFID讀寫器的FPGA實現(xiàn)
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3 系統(tǒng)軟件設計
3．1 RF收發(fā)芯片CC1100軟件設計
CC1100操作包括芯片數(shù)據(jù)讀寫、寄存器與命令濾波器設置訪問、數(shù)據(jù)包與數(shù)據(jù)傳輸速率設置、FIFO訪問、低功耗策略等。RFID讀寫器中CC1100數(shù)據(jù)傳輸采用同步連續(xù)方式，支持硬件數(shù)據(jù)包處理、FIFO緩沖、數(shù)據(jù)白化、交錯和前向處理。CC1100數(shù)據(jù)幀包含前導、同步數(shù)據(jù)、標簽地址、數(shù)據(jù)長度、讀寫命令、數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)、CRC校驗碼、結束位。其中前導數(shù)據(jù)、同步數(shù)據(jù)通過CC1100寄存器設置硬件自動完成、CRC校驗碼硬件自動完成，其他數(shù)據(jù)需軟件設置或配置寄存器。數(shù)據(jù)幀結構如表1所列。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/190983.htm
CC1100通過4線SPI接口與FPGA連接，對內部不同寄存器和不同命令濾波器操作完成數(shù)據(jù)收發(fā)。當SO引腳讀數(shù)據(jù)時SCLK必須在第一個上升沿前被拉低，一個周期內SCLK下降沿完成1位數(shù)據(jù)建立，上升沿數(shù)據(jù)保持；CSn=0片選信號有效，數(shù)據(jù)正常傳輸；在SCLK控制下SI為同步數(shù)據(jù)輸入，SO為同步數(shù)據(jù)輸出。數(shù)據(jù)通信完成后SCLK保持低電平，等待下次數(shù)據(jù)通信。CSn=1時CC1100為降低功耗處于睡眠或晶振停振狀態(tài)。CC 1100采用電磁波激活WOR低功耗技術，CPU處于深度睡眠等待接收狀態(tài)，數(shù)據(jù)到來后，無須喚醒CPU而直接存儲到RX FIFO。
CC1100內部可分為配置寄存器地址(0x00～0x2F)和命令濾波器地址(0x30～0x3F)。配置寄存器設置SPI引腳狀態(tài)、數(shù)據(jù)調制方式、編碼方式、校驗方式、數(shù)據(jù)傳輸速率、信道帶寬等；寄存器狀態(tài)字STATE第6位到第4位查詢當前工作狀態(tài)，000為空閑狀態(tài)，001為接收狀態(tài)，010為發(fā)送狀態(tài)；命令濾波器設置當前工作狀態(tài)，SRX 0x34=0xFF時啟用接收模式，STX 0x35=0xFF時啟用發(fā)送模式。CC1100分別具有一個64位RX FIFO和TX FIFO，STATE狀態(tài)字監(jiān)測FIFO是否溢出。讀RX FIFO前必須保證FIFO不為空，寫TX FIFO前必須保證FIFO為空，否則讀寫數(shù)據(jù)將出錯。CC1100寄存器與濾波器設置可以通過軟件SmartRF Studio得到最佳配置。
CC1100數(shù)據(jù)傳輸速率通過MDMCFG3．DRATE_M和MDMCFG4．DRATE_E配置寄存器和晶振頻率設置，先設定數(shù)據(jù)傳輸速率和晶振頻率，計算出MDMCFG3．DRATE_M和MDMCFG4．DRATE_E配置寄存器值。
3．2 ISO18000-6C空中接口協(xié)議
傳輸頻率范圍：860～960MHz。
調制方式：ASK，每個信道500kHz，可設置52個信道，標簽采用反向散射調制。
最大發(fā)射功率：4W。
編碼方式：PIE，Miller，F(xiàn)M0。
校驗方式：CRC-16。
數(shù)據(jù)傳輸速率：40～640kbps。
4 系統(tǒng)實驗結果和結論
RFID系統(tǒng)測試包括軟件測試、硬件測試、穩(wěn)定性和EMI測試。軟件測試包括用戶軟件、中間件、標簽軟件、編解碼信號測試；硬件測試包括發(fā)射功率、收發(fā)距離、收發(fā)夾角、標簽數(shù)量；EMI和穩(wěn)定性測試包括復雜電磁干擾測試等。用到的儀器有數(shù)字存儲示波器、矢量分析儀、邏輯測試儀、頻譜分析儀、NRT功率計測試儀。它們對讀寫次數(shù)與數(shù)據(jù)正確率、讀寫器一標簽距離與數(shù)據(jù)正確率、天線發(fā)射功率與數(shù)據(jù)傳輸距離、天線對信號放大倍數(shù)與信號頻率關系進行相關測試與數(shù)據(jù)分析。
經測試，RF放大器對889 MHz信號放大倍數(shù)最大，讀寫器與標簽最大數(shù)據(jù)傳輸速率為240 kbps；傳輸距離在1 m內天線發(fā)射功率為1．1 dBm，調整發(fā)射功率，最大傳輸距離可達3 m?；贗S018000-6C標準射頻標簽協(xié)議RFID便攜式系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，只需USB與PC機連接便可實現(xiàn)讀寫器與PC機數(shù)據(jù)通信，簡單、方便、可靠，可用于工業(yè)控制、消費類電子、食品安全追蹤、現(xiàn)代物流、校園一卡通等場所。
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