125KHz RFID读写器的FSK解调器设计
125kHzRFID读写器的硬件设计_
中国高新技术企业
１２５ｋＨｚ ＲＦＩＤ 读ห้องสมุดไป่ตู้器的硬件设计
文 ／ 王萍 曾宝国
【摘 要 】 射 频 识 别 （Ｒ ＦＩＤ ） 是 利 用 无 线 方 式 对 电 子 数 据 载 体 （ 电 子 标 签 ） 进 行 识 别 的 一 种 新 兴 技 术 。本 文 针 对 工 作 频 率 为 １２５ｋＨｚ 的 电 子 标 签 ＡＴ８８ＦＲ ２５６－ １２ ， 介 绍 了 其 识 读 系 统 的 组 成 及 读 写 终 端 的 硬 件 设 计 。 【关 键 词 】 Ｒ ＦＩＤ 读 写 器 硬 件 设 计
４ 结束语 以上是本人在计算机机房工作多年中， 所总结的计算机故障及 维护的一些处理方法。前面我们已提到过计算机是高精密设备， 它 的 维 护 与 保 养 是 繁 重 的 、复 杂 的 ， 希 望 这 些 方 法 能 给 每 位 计 算 机 用 户提供方便， 减少不必要的经济损失。
（作者单位系陕西理工学院计算机科学与技术系）
射 频 识 别 技 术 （ＲＦＩＤ）是 近 年 迅 速 发 展 起 来 的 一 项 新 技 术 ， 它 利 用 射 频 信 号 通 过 空 间 耦 合 （交 变 磁 场 或 电 磁 场 ）实 现 非 接 触 式 信 息 传 递 ， 达 到 自 动 识 别 目 的 。 与 接 触 式 ＩＣ 卡 和 条 形 码 识 别 技 术 相 比 ， 射 频 识 别 技 术 最 大 的 优 势 在 于 特 别 适 合 对 数 量 大 、分 布 区 域 广 的 信 息 进 行 智 能 化 管 理 和 高 效 快 捷 地 运 作 ， 因 此 在 物 流 、交 通 航 运 、自 动 收 费、服务领域等方面有着广泛的应用前景。 针对工作频率为 １２５ｋＨｚ 的 电 子 标 签 ＡＴ８８ＦＲ２５６ － １２ ， 本 文 介 绍 了 其 识 读 系 统 的 组 成 及读写终端的硬件设计。
rfid低频125k电路
rfid低频125k电路
低频RFID常使用125kHz频率，用电感耦合方式实现识别。
为了为无源应答器提供电源，阅读器往往需要有足够的功率输出，就要有功放级电路。
一种简单常用的B类125kHz功放电路，如下图所示。
其中，125kHz方波经3个74HC反相器并联输出，以提供足够的负载能力；然后经L1、C1和C2的滤波网络后形成125kHz正弦波。
Q1是射极跟随器，其输出正弦波的正半周时Q2导通，负半周时Q3导通，两管交替导通合成输出波形。
L2、C3是串联谐振回路，谐振频率125kHz，由于谐振时电容器两端的电压为源电压的Q 倍，所以电容器要选用耐压高的。
电阻R6、R7可降低谐振回路的Q值，以保证通信带宽。
rfid阅读器信号的调制方案是
rfid阅读器信号的调制方案是RFID阅读器信号的调制方案在RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）系统中，阅读器负责接收和解析来自标签的信息。
为了实现高效的数据传输和可靠的信息识别，RFID阅读器信号的调制方案起着至关重要的作用。
本文将探讨几种常见的RFID阅读器信号调制方案，包括频率调制、振幅调制和相位调制。
一、频率调制频率调制是最常见的RFID阅读器信号调制方案之一。
它通过改变信号的频率来传输信息。
常见的频率调制方法有幅频调制（ASK）、频移键控调制（FSK）和相幅调制（PSK）。
1. 幅频调制（ASK）幅频调制是一种将数字信号转换成模拟射频信号的调制方法。
在ASK中，阅读器通过改变载波信号的幅度来表示数字信息的0和1。
当数字信息为0时，阅读器发送的信号幅度为0；当数字信息为1时，阅读器发送的信号幅度为设定的幅度。
2. 频移键控调制（FSK）频移键控调制是一种在不同频率上切换来传输信息的调制方法。
在FSK中，阅读器通过改变载波信号的频率来表示数字信息的0和1。
当数字信息为0时，阅读器发送的信号频率为低频；当数字信息为1时，阅读器发送的信号频率为高频。
3. 相幅调制（PSK）相幅调制是一种通过改变信号相位来表示数字信息的调制方法。
在PSK中，阅读器通过改变载波信号的相位来表示数字信息的0和1。
当数字信息为0时，阅读器发送的信号相位为相位1；当数字信息为1时，阅读器发送的信号相位为相位2。
二、振幅调制振幅调制是一种通过改变信号的振幅来传输信息的调制方案。
虽然在RFID系统中不常用于阅读器信号的调制，但在其他通信系统中仍被广泛采用。
振幅调制的一个典型例子是调幅（AM）调制。
1. 调幅（AM）调制调幅是一种通过改变载波信号的振幅来表示数字信息的调制方法。
在调幅调制中，阅读器通过改变信号的振幅来传输数字信息的0和1。
当数字信息为0时，阅读器发送的信号振幅为0；当数字信息为1时，阅读器发送的信号振幅为设定的振幅。
一种简易的125khz读卡器设计原理
一种简易的EM 125khz读卡器设计原理2008年12月04日星期四 22:52等时间间隔指令分组并行处理的只读型射频卡读卡器的设计徐寅林，倪维柱，朱松盛南京师范大学物理科学与技术学院，江苏南京2100972008-07-17摘要：传统只读射频卡读卡器的设计一般采用U2270B或P4095读写基站芯片加MCU模式，其成本高、功耗大。
本文介绍一种仅采用一片89C2051加少量普通元件构成的读卡器电路以及独特的等时间间隔指令分组并行处理的程序设计方案，电路简单、功耗小、成本低。
关键词：射频卡读卡器等时间间隔指令分组并行处理非接触式只读型IC卡又称只读射频卡(RFID)，经过多年的发展和推广，已经广泛应用于身份识别和寻址控制，如门禁、保安、考勤、食堂等领域。
目前已逐步扩展应用到展览会、公园、旅店、餐厅等公共场所的门票、优惠卡以及生产过程、邮政包裹、航空铁路运输、产品包装、交通等部门的物流、电子标签、防伪标志、一次性票证等众多领域。
率为125kHz ，高频卡的工作频率为13.56MHz 。
其中瑞士EM 微电子公司的EM4100低频卡及兼容系列由于价格低、读卡距离远、读卡器简单而应用最为广泛。
传统的低频射频卡读卡器的设计一般采用U2270B 或P4095读写基站芯片+MCU 模式，电路相对复杂，成本较高。
本文介绍一种新颖的射频卡读卡器，该读卡器采用独特的等时间间隔指令分组并行处理的程序设计方案，充分利用89C2051的潜在功能，舍去了读写基站芯片，因而硬件电路大大简化。
该类型的读卡器读卡距离与采用读写基站芯片的读卡器相当，但电路功耗低、硬件成本仅为传统读卡器的一半左右，因此多年来已生产大量产品，运行使用情况良好。
1 EM4100射频卡简介EM4100是一种广为使用的只读射频感应卡，其内部ROM 保存着10位十进制卡号数据。
当它被放在一个频率125kHz 交变电磁场时感应获得能量驱动，射频卡内置天线环路等效负载的改变，势必造成射频卡对交变电磁场能量吸收数量的改变。
125kHz射频识别阅读器模块的设计与实现
ＲＦ Ｄ） 术是 一种利 用 电磁 波散 射 或者 负载 Ｉ 技
射频识Ｂ （ ａ ｉ Ｆ ｅ ｕｎ ｙ［ｅ ｔ ｃ￣ ｎ 断 增 加 ， 模 块 化 的 设 计 思想 是 设 计 复 杂 为 １ ０ Ｈｚ ｋ ， ｑ ｄ ｒ ｅ ｃ ｄｎｉ ａ ｏ ， Ｒ ｏ ｑ Ｅ ０ ｋ ～１ ０ Ｈｚ 最大 传输 速 率 为 ５ ５ Ｋ波 而 系统的基本方法 。 特 率 ， 持 曼 切 斯 特 以 及 二 相 调 制 和 自动 支
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ａｌ ａ ｉ ｎ ｆ ２ ＫＨｚ Ｒａｄ ｏ ｓ ｇ ｎｄ Ｒｅ ｉ ｔ ｏ ｏ １ ５ ｚ ｉ Ｆｒ ｑ ｅ ｃ ｄｅ ｔｆｃ ｔ ｏ Ｍｏ ｕ ｅ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｉ ｎ ｉｉ ａ ｉ ｎ ｄ ｌ
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Ｑ ３
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实验 02----RFID实验系统 ----125kHz
02
10ASCII Data Characters
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1.Pin definition （TTL interface P1： PIN1 TX PIN2 RX PIN3 PIN4 GND PIN5 +5V( P2: PIN1 ANT1 PIN2 ANT2 P3: PIN1 LED PIN2 +5V(D PIN3 GND
Example: card number: 62E3086CED Output data:36H、32H、45H、33H、30H、38H、36H、 43H、45H、44H CHECKSUM: (62H) XOR (E3H) XOR (08H) XOR (6CH) XOR (EDH)=08H 3. Time sequence chart
安全和保密性能好，采用双向验证机制。读写器验证IC卡的合法性，同时IC 卡验证读写器的合法性。每张卡均有唯一的序列号。制造厂家在产品出产前 已将此序列号固化，不可再更改，因此可以说世界上没有两张相同的非接触 IC卡； 缺点：卡片存贮数据量较少；只能适合低速、近距离识别应用； 应用：物流、 动物标签、 防伪、存储控制、工业自动化
五、阅读参考
EM4100_datasheet.pdf
C8051F330.pdf
六、学习建议
阅读参考资料：面对英文资料，刚开始是有难度的，但耐心 仔细读完一份资料后，难度会越来越小。贵在坚持！ 资料阅读总结报告； 实验操作----建立感性认识； 再次阅读参考资料； 补充并修改阅读总结； 重复上述过程，理解与概括RFID系统识别原理，寻找电子标签 识别的方法；培养RFID应用系统设计与开发的能力。
滤波放大整形：滤波放大电路采用集成运放LM358 对检波后的信号进行滤波整形放大，放大后的信号 送入单片机，由单片机对接收到的信号进行解码， 从而得到ID卡的卡号。
RFID读写器中的射频信号解调技术
RFID读写器中的射频信号解调技术射频识别（RFID）技术在物联网和智能物流系统中发挥着重要作用。
作为RFID系统的核心组件之一，RFID读写器是用于读取和写入RFID标签上存储的数据的设备。
而射频信号解调技术则是实现RFID读写器与标签之间数据通信的关键。
本文将深入探讨RFID读写器中的射频信号解调技术原理及其应用。
首先，让我们了解一下RFID系统的基本组成。
一个RFID系统由RFID标签、RFID读写器和RFID管理系统组成。
RFID标签是贴在物品上的微型电子设备，用于存储物品的信息。
RFID读写器是用来读取和写入标签上存储的数据的设备。
RFID管理系统负责处理和管理RFID系统中的数据。
射频信号解调技术在读写器和标签之间建立可靠的数据通信链路，确保数据的准确传输。
射频信号解调技术通过将射频信号转换为数字信号，使读写器能够识别和解码标签上的信息。
要实现射频信号解调，主要涉及到两个方面的技术：射频前端和数字信号处理。
射频前端是RFID读写器的重要部分，负责处理接收到的射频信号。
射频前端包括射频接收器、射频发送器、频率合成器和滤波器等组件。
射频接收器负责接收来自标签的射频信号，将其放大并转换为底频信号。
射频发送器则用于向标签发送射频信号。
频率合成器和滤波器则确保射频信号的稳定和准确传输。
数字信号处理是射频信号解调的关键环节。
它包括信号采样、信号处理和解调等步骤。
信号采样是将射频信号转换为数字信号的过程，通常使用模拟-数字转换器（ADC）完成。
信号处理是对采样得到的数字信号进行滤波、增强和调整等处理，以提高信号的质量。
解调则是将处理后的数字信号还原为标签上存储的原始数据。
射频信号解调技术的应用非常广泛。
在物流管理中，RFID读写器与标签之间的射频信号解调技术可以实现对货物的无线识别和追踪。
通过将标签与商品关联并记录相关信息，可以提高物流的效率和准确性。
在仓储管理中，RFID读写器可以快速读取存储在标签上的数据，实现对货物的实时盘点和定位。
125kHz低频RFID读写器设计
125kHz低频RFID读写器设计作者：张建文王怀平来源：《软件工程师》2014年第04期摘要：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：A1 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。
125KHz RFID读写器的FSK解调器设计
摘要：本文给出用于125KHz非接触式RFID读写器的FSK解调器电路，可将FSK信号解调为NRZ码，该电路简便实用，可用于RFID芯片中设置的各种FSK调制模式的解调。引言很多工作在125KHz载波频率的RFID芯片，如Microchip公司的MCRF200、MCRF250以及Atmel公司的e5551、T5557等都可以将其调制方式设置为FSK方式。若芯片设置为FSK调制方式，那么读写器(PCD)必须具有FSK解调电路。FSK解调电路将FSK调制信号解调为NRZ码。本文给出一种FSK解调电路，该电路的特点是电路简单可靠，很适宜PCD中应用。FSK调制工作在125KHz的RFID的FSK调制方式都很相似，图1给出了一种FSK调制方式的波形图。从图中可见，此时数据速率为：载波频率fc/40=125K/40=3125bps，在进行FSK调制后，数据0是频率为fc/8的方波，即f0= fc/8；而数据1是频率为fc/5的方波，即f1= fc/5。经FSK调制后的传送数据，通过负载调制方式传送到PCD，图1中也给出了射频波形，载波的调制是采用调幅。FSK解调PCD经载波解调(通常采用包络检波)、放大滤波和脉冲成形电路后，得到FSK调制信号。FSK解调电路完成将FSK调制信号恢复为NRZ码。FSK解调实现方法较多，本文介绍的一种FSK解调电路示于图2，该电路简单方便，可以很好地完成FSK解调。图2所示电路工作原理如下：触发器D1将输入FSK信号变成窄脉冲，即Q为高时，FSK上跳沿将Q端置高，但由于此时Q为低，故CL端为低，又使Q端回到低电平。Q端的该脉冲使十进计数器4017复零并重新计数。4017计数器对125KHz时钟计数,由于数据宽为40/fc=40Tc(Tc为载波周期)，若为数据0，FSK方波周期T0=8Tc。当计至第7个时钟数时，Q7输出为高，使CLKen(CLK使能端)为高，计数器不再计第8个时钟，此时Q7为高，当触发器D1的Q输出端在下一个FSK波形上跳时，触发器D2的Q端输出为低。FSK波形上跳同时也将计数器复零并重新计数。因此，在数据为0的对应FSK波形频率下，触发器D2的Q输出端为低，即为数据0的NRZ码电平。图2 FSK解调电路图3数位0(后跟位1)的解调波形图例在数据1时，由于FSK波形周期T1=5Tc，故计数器4017的Q7引脚始终为低，在这期间触发器D2的Q输出端保持为高，即为数据1的NRZ电平。数据0的解调波形图示于图3。从图中可见，若0的紧跟位为0，则其位宽为40Tc，若紧跟位为1，其位宽为37Tc，短了三个时钟周期。位1的紧跟位为1，其位宽保持为40Tc,若其紧跟位为0，则其位宽为43Tc。因此，位值0和1的交错，不会造成位宽误差的传播，而是进行了补偿。3个时钟误差，不会影响MCU对位判的正确性。单稳电路产生的上跳变化为触发器D2提供了正常工作的CL端电平，同时也通知MCU此后触发器D2的输出数据有效。单稳电路可采用74HC123，它为可重复触发单稳电路，可以自动启动和关闭该解调器。RFID芯片中FSK通常有多种模式，如e5551中有四种模式(表1)，该电路上面的分析描述对应的是FSK1a，但对于FSK1，只需将输出端改为触发器D2的Q端即可。若用FSK2，则计数器的输出端改用Q9即可。对于不同的数据速率，只是位宽不同，不影响解调的结果。结语该电路简单可靠，已用于水表读头中。
【VIP专享】125kHzRFID读卡器研究报告
摘要 本系统使用 Freescale 半导体公司微控制芯片 MC9S12XS128 作为 Manchester 码解码和控制芯片。系统利用分立元件构成 125kHz RFID 读卡器， 用于读取 EM4100 ID 卡，读卡距离可达 5-10cm。 关键字：MC9S12XS128；Manchester 码
125K非接触ID卡读卡器设计完整版
125K非接触IC卡读卡头125K读卡头的工作电压为12V/5v，电流为30——40MA 读卡距离最远15CM 。
如要低功耗最有效是读卡头工作时供电，不工作时断电。
读卡距离与卡和天线有关，可以读各种125K曼彻斯特编码的只读ID卡(4001,EM4100等等)和含E2PROM的RF卡。
如E5550。
读卡头(OUT)输出信号为原卡的曼彻斯特码，（用示波器接读卡头输出可以观测ID卡的输出波形）它和其它公司的125K读卡头（输出信号为原卡的曼彻斯特码）是兼容的，可以相互替换，不用修改程序。
读卡头也可以读可擦写的125k非接触IC卡，如当读E5550时，卡的用来控制是否启动AOR位应置0，（当置1时IC卡不主动发射数据，需读卡头先发送口令。
我的读卡头是只读，不能发数据，当AOR位置1时不能读IC卡的数据）。
天线的设计：天线电感值=345Uh线径φ0.29mm圆形(内径)：直径6CM 58圈直径8CM 40圈直径3CM 83圈直径2CM 115圈长方形：9.5*7 CM 38圈4.7*6.3 CM 50圈非接触式IC卡简介:非接触式智能卡以其高度安全保密性，通信高速性，使用方便性，成本日渐低廉等而受到广泛使用，给我们的生活质量带来了很大的提高。
非接触式IC卡简介又称射频卡，成功地解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。
主要用于智能门禁控制器，智能门锁，考勤机, 自动收费系统等.射频卡与接触式IC卡,TM卡相比有以下优点：1 可靠性高，无机械接触，从而避免了各种故障；2 操作方便，快捷，使用时没有方向性，个方向操作；3 安全和保密性能好，采用双向验证机制。
读写器验证IC卡的合法性，同时IC卡验证读写器的合法性。
每张卡均有唯一的序列号。
制造厂家在产品出长前已将此序列号固化，不可再更改，因此可以说世界上没有两张相同的非接触IC卡；只读ID卡的资料非接触ID卡主要有台湾4001卡和瑞士H4001卡,EM4100。
125K非接触ID卡读卡器设计完整版
125K非接触IC卡读卡头125K读卡头的工作电压为12V/5v，电流为30——40MA 读卡距离最远15CM 。
如要低功耗最有效是读卡头工作时供电，不工作时断电。
读卡距离与卡和天线有关，可以读各种125K曼彻斯特编码的只读ID卡(4001,EM4100等等)和含E2PROM的RF卡。
如E5550。
读卡头(OUT)输出信号为原卡的曼彻斯特码，（用示波器接读卡头输出可以观测ID卡的输出波形）它和其它公司的125K读卡头（输出信号为原卡的曼彻斯特码）是兼容的，可以相互替换，不用修改程序。
读卡头也可以读可擦写的125k非接触IC卡，如当读E5550时，卡的用来控制是否启动AOR位应置0，（当置1时IC卡不主动发射数据，需读卡头先发送口令。
我的读卡头是只读，不能发数据，当AOR位置1时不能读IC卡的数据）。
天线的设计：天线电感值=345Uh线径φ0.29mm圆形(内径)：直径6CM 58圈直径8CM 40圈直径3CM 83圈直径2CM 115圈长方形：9.5*7 CM 38圈4.7*6.3 CM 50圈非接触式IC卡简介:非接触式智能卡以其高度安全保密性，通信高速性，使用方便性，成本日渐低廉等而受到广泛使用，给我们的生活质量带来了很大的提高。
非接触式IC卡简介又称射频卡，成功地解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。
主要用于智能门禁控制器，智能门锁，考勤机, 自动收费系统等.射频卡与接触式IC卡,TM卡相比有以下优点：1 可靠性高，无机械接触，从而避免了各种故障；2 操作方便，快捷，使用时没有方向性，个方向操作；3 安全和保密性能好，采用双向验证机制。
读写器验证IC卡的合法性，同时IC卡验证读写器的合法性。
每张卡均有唯一的序列号。
制造厂家在产品出长前已将此序列号固化，不可再更改，因此可以说世界上没有两张相同的非接触IC卡；只读ID卡的资料非接触ID卡主要有台湾4001卡和瑞士H4001卡,EM4100。
FSK调制与解调系统设计
FSK调制与解调系统设计一、FSK调制与解调系统原理FSK调制（Frequency Shift Keying）是一种基于载波频率变化来传输数字信息的调制技术。
在FSK调制中，数字信号被转换为两个不同频率的载波信号，分别对应数字信号的“0”和“1”。
FSK调制使用两个不同频率的载波信号来区分数字信号的不同状态，从而实现信号的传输。
1.将数字信号划分为一段一段的离散时间片段。
2.对于每个时间片段，根据数字信号的状态选择对应的载波频率。
3.将选择的载波频率的信号与数字信号进行调制，生成FSK信号。
FSK解调（Frequency Shift Keying demodulation）是将接收到的FSK信号还原为原始的数字信号的过程。
FSK解调系统需要对接收到的FSK信号进行解调，将不同频率的载波信号转换为数字信号的“0”和“1”。
FSK解调使用了两个不同频率的载波信号，并将接收到的信号与这两个频率的载波信号进行频率对比，从而实现信号的解调。
FSK解调的原理如下：1.接收到FSK信号，并提取出信号中的两个频率分量。
2.对接收到的信号进行滤波和放大，增强信号的稳定性和可靠性。
3.判断接收到的信号的频率与载波频率的对比结果，从而得出数字信号的状态。
二、FSK调制与解调系统设计方法1.信号生成：在FSK调制系统中，根据数字信号的状态选择对应的载波频率信号。
这可以通过频率可调的震荡器来实现，通过控制震荡器输出频率的方式来生成不同频率的载波信号。
2.滤波和放大：在FSK解调系统中，接收到的FSK信号会包含噪声和其他干扰信号。
为了增强信号的稳定性和可靠性，需要对接收到的信号进行滤波和放大处理。
滤波可以通过低通滤波器来实现，将高频噪声滤除，同时放大信号的幅度以提高解调的灵敏度。
3. 频率对比：接收到的FSK信号中会包含两个不同频率的载波信号。
为了将接收到的信号从载波信号转换为数字信号，需要进行频率对比。
可以通过相位锁定环（Phase-Locked Loop）来实现频率对比。
125kHz射频识别芯片调制电路的设计
1.2 射频识别读写系统介绍
RFID 系统至少包含电子标签和阅读器两部分。其中，电子标签又称为射频标签、 应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读写器（取决于电子 标签是否可以无线改写数据）。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的 空间(无接触)耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。 射频识别系统的基本模型如图 1-1 所示：
1
(6) 数据的记忆容量大 一维条形码的容量是 50 Bytes，二维条形码的容量是可存储 2 至 3000 字符，RFID 的容量最大可以达到 Mbytes。 (7) 安全性 由于 RFID 承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不容易 被改造和伪造。 (8) 与条形码相比，电子标签还有一个重要的不同 条形码是按照品类编码即同一个品类为同一个编码，而电子标签是按照单个商品 实施编码，此特性决定了在物流上可以有广泛的应用。 另外，RFID 技术是一门融合了多学科的综合技术，不仅涉及到射频技术和信息 传输理论，也包括了密码学知识与半导体技术等学科。随着 21 世纪信息化时代的到 来，结合信息化网络管理和移动商务的要求，RFID 将会发挥巨大的作用，RFID 技术 正成为一个新的经济增长点，在全球范围蔓延开来。
125kHzRFID读卡器研究报告
海南师范大学第六届“挑战杯”作品编号：大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品作品题目：125kHz频段下RFID读卡器设计二〇一三年三月二十日目录摘要-------------------------------------------------31.引言-----------------------------------------------42.系统电路设计---------------------------------------52.1 125kHz方波发生电路设计------------------------52.2 功率放大与检波电路-----------------------------62.3 滤波放大电路-----------------------------------72.4 系统供电电源设计-------------------------------72.5 控制电路设计-----------------------------------83.系统软件设计----------------------------------------93.1 EM4100s数据存储格-----------------------------93.2 Manchester码编码方式-------------------------103.3 Manchester码解码算法-------------------------114.系统测试-------------------------------------------124.1 波形测试-------------------------------------124.2 卡片识别测试---------------------------------145.总结-----------------------------------------------16 附录1：参考文献--------------------------------------17附录2：元件清单--------------------------------------18附录3：系统PCB截图----------------------------------19附录4：系统代码--------------------------------------21摘要本系统使用Freescale半导体公司微控制芯片MC9S12XS128作为Manchester码解码和控制芯片。
125kHz射频识别阅读器模块的设计与实现
射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是一种利用电磁波散射或者负载调制原理实现双向数据传输的方法。
射频识别技术相对于传统的磁卡及IC卡技术具有非接触、阅读速度快、无磨损等优点,还具有同时识别多张卡片的防冲突功能[1]。
RF ID 系统按其工作频率可分为低频125kHz、高频13.56MHz、超高频915MHz以及微波频段2.45GH z等多种制式协议。
每一种系统在工作方式以及应用场合上存在较大的差异,但是所有阅读器工作原理与模块组成上都很类似,都可分解为高频接口和控制单元两个基本模块。
高频接口包含发送器和接收器,完成产生高频发射功率,对发射信号进行调制以及对接收信号解调和基带信号再生。
本文针对低频的125kHz阅读器模块进行设计。
自20世纪90年代以来,射频识别技术在全世界范围内得到了很快的发展。
随着射频识别技术的不断成熟,射频技术在各个行业,尤其是在电子信息行业得到了广泛的应用。
未来,射频识别系统所应用的领域不断地拓展,系统架构的复杂程度也在不断增加,而模块化的设计思想是设计复杂系统的基本方法。
1 射频识别阅读器模块工作原理1.1功能框图射频识别模块的组成部分包括:供电模块,发射与接收模块,微控制器,天线,接口模块。
天线的作用是在空间中建立与载波信号大小成正比的磁场,以及将空间中的变化的磁场转化成感应电动势,关于天线的设计可参考文献[2]。
发射与接收模块主要完成125kHz载波信号的生成与放大,信号的调制与解调,基带信号的放大与整形功能。
射频识别模块中选择Atmel公司的读写基站芯片U2270B 来完成发射与接收模块的所有功能。
该芯片可调工作频率范围为100kHz～150kHz,最大传输速率为5K波特率,支持曼切斯特以及二相调制和自动调谐功能[3]。
微处理芯片可以根据外部命令控制载波信号的使能和完成基带信号的解码。
在该模块中我们选择C5051F020微控制器,其丰富的接口功能以及外设资源保证了模块的扩展功能。
rfid阅读器信号的调制方案是
rfid阅读器信号的调制方案是有多种RFID阅读器信号的调制方案，其中最常用的有两种：幅度
调制（ASK）和频率调制（FSK）。
幅度调制（ASK）是将RFID信号的强度按照特定模式进行调制的
一种方案。
在幅度调制中，RFID标签的回波信号的振幅会随着调制信
号的变化而改变。
这种调制方案简单且易于实现，但对信号的抗干扰
性较低。
频率调制（FSK）是将RFID信号的频率按照特定模式进行调制的
一种方案。
在频率调制中，RFID标签的回波信号的频率会随着调制信
号的变化而改变。
这种调制方案对信号的抗干扰性较好，但相对复杂
一些。
除了幅度调制和频率调制，还有其他一些调制方案，如相位调制（PSK）和脉冲位置调制（PPM）。
这些调制方案在特定应用场景中可能会更适用，但较为常用的还是幅度调制和频率调制。
需要注意的是，RFID阅读器信号的调制方案选择应根据具体的应
用需求和技术要求而定。
不同的方案在传输距离、抗干扰性、数据传
输速率等方面可能存在差异。
因此，在设计和选择RFID阅读器信号的
调制方案时，应综合考虑各种因素，并选择适合特定应用场景的方案。
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125KHz RFID读写器的FSK解调器设计很多工作在125KHz载波频率的RFID芯片，如Microchip公司的MCRF200、MCRF250以及Atmel公司的e5551、T5557等都可以将其调制方式设置为FSK方式。
若芯片设置为FSK调制方式，那么读写器(PCD)必须具有FSK解调电路。
FSK解调电路将FSK调制信号解调为NRZ码。
本文给出一种FSK解调电路，该电路的特点是电路简单可靠，很适宜PCD中应用。
FSK调制工作在125KHz的RFID的FSK调制方式都很相似，图1给出了一种FSK调制方式的波形图。
从图中可见，此时数据速率为：载波频率fc/40=125K/40=3125bps，在进行FSK调制后，数据0是频率为fc/8的方波，即f0 = fc/8；而数据1是频率为fc/5的方波，即f1= fc/5。
经FSK调制后的传送数据，通过负载调制方式传送到PCD，图1中也给出了射频波形，载波的调制是采用调幅。
F SK解调PCD经载波解调(通常采用包络检波)、放大滤波和脉冲成形电路后，得到FSK 调制信号。
FSK解调电路完成将FSK调制信号恢复为NRZ码。
FSK解调实现方法较多，本文介绍的一种FSK解调电路示于图2，该电路简单方便，可以很好地完成FSK解调。
图2所示电路工作原理如下：触发器D1将输入FSK信号变成窄脉冲，即Q为高时，FSK上跳沿将Q端置高，但由于此时Q为低，故CL端为低，又使Q端回到低电平。
Q端的该脉冲使十进计数器4017复零并重新计数。
4017计数器对125KHz时钟计数, 由于数据宽为40/fc=40Tc(Tc为载波周期)，若为数据0，FSK方波周期T0=8Tc。
当计至第7个时钟数时，Q7输出为高，使CLKen(CLK使能端)为高，计数器不再计第8个时钟，此时Q7为高，当触发器D1的Q输出端在下一个FSK波形上跳时，触发器D2的Q端输出为低。
FSK波形上跳同时也将计数器复零并重新计数。
因此，在数据为0的对应FSK波形频率下，触发器D2的Q输出端为低，即为数据0的NRZ码电平。
图2 FSK解调电路图3 数位0(后跟位1)的解调波形图例在数据1时，由于FSK波形周期T1=5Tc，故计数器4017的Q7引脚始终为低，在这期间触发器D2的Q输出端保持为高，即为数据1的NRZ电平。
数据0的解调波形图示于图3。
从图中可见，若0的紧跟位为0，则其位宽为40Tc，若紧跟位为1，其位宽为37Tc，短了三个时钟周期。
位1的紧跟位为1，其位宽保持为40Tc, 若其紧跟位为0，则其位宽为43Tc。
因此，位值0和1的交错，不会造成位宽误差的传播，而是进行了补偿。
±3个时钟误差，不会影响MCU对位判的正确性。
单稳电路产生的上跳变化为触发器D2提供了正常工作的CL端电平，同时也通知MCU此后触发器D2的输出数据有效。
单稳电路可采用74HC123，它为可重复触发单稳电路，可以自动启动和关闭该解调器。
RFID芯片中FSK通常有多种模式，如e5551中有四种模式(表1)，该电路上面的分析描述对应的是FSK1a，但对于FSK1，只需将输出端改为触发器D2的Q端即可。
若用FSK2，则计数器的输出端改用Q9即可。
对于不同的数据速率，只是位宽不同，不影响解调的结果。
结语该电路简单可靠，已用于水表读头中。
转载：RFID系统中的频段特点对一个RFID系统来说，它的频段概念是指读写器通过天线发送、接收并识读的标签信号频率范围。
从应用概念来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，直接决定系统应用的各方面特性。
在RFID系统中，系统工作就像我们平时收听调频广播一样，射频标签和读写器也要调制到相同的频率才能工作。
射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备成本。
RFID应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分，即位于ISM波段。
典型的工作频率有：125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。
按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。
不同频段的RFID工作原理不同，LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理，而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。
目前国际上广泛采用的频率分布于4种波段，低频(125KHz)、高频(13.54MHz）、超高频（850MHz～910MFz）和微波（2.45GHz）。
每一种频率都有它的特点，被用在不同的领域，因此要正确使用就要先选择合适的频率。
低频段射频标签，简称为低频标签，其工作频率范围为30kHz～300kHz。
典型工作频率有125KHz和133KHz。
低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。
低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。
低频标签的阅读距离一般情况下小于1米。
低频标签的典型应用有：动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等。
中高频段射频标签的工作频率一般为3MHz～30MHz。
典型工作频率为13.56MHz。
该频段的射频标签，因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感耦合方式工作，所以宜将其归为低频标签类中。
另一方面，根据无线电频率的一般划分，其工作频段又称为高频，所以也常将其称为高频标签。
鉴于该频段的射频标签可能是实际应用中最大量的一种射频标签，因而我们只要将高、低理解成为一个相对的概念，即不会造成理解上的混乱。
为了便于叙述，我们将其称为中频射频标签。
中频标签一般也采用无源设主，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感（磁）耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。
标签与阅读器进行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。
中频标签的阅读距离一般情况下也小于1米。
中频标签由于可方便地做成卡状，广泛应用于电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）、小区物业管理、大厦门禁系统等。
超高频与微波频段的射频标签简称为微波射频标签，其典型工作频率有433.92MHz、862(902)MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz。
微波射频标签可分为有源标签与无源标签两类。
工作时，射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。
阅读器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒。
相应的射频识别系统阅读距离一般大于1m，典型情况为4m～6m，最大可达10m以上。
阅读器天线一般均为定向天线，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读/写。
由于阅读距离的增加，应用中有可能在阅读区域中同时出现多个射频标签的情况，从而提出了多标签同时读取的需求。
目前，先进的射频识别系统均将多标签识读问题作为系统的一个重要特征。
超高频标签主要用于铁路车辆自动识别、集装箱识别，还可用于公路车辆识别与自动收费系统中。
以目前技术水平来说，无源微波射频标签比较成功的产品相对集中在902MHz～928MHz工作频段上。
2.45GHz和5.8GHz射频识别系统多以半无源微波射频标签产品面世。
半无源标签一般采用钮扣电池供电，具有较远的阅读距离。
微波射频标签的典型特点主要集中在是否无源、无线读写距离、是否支持多标签读写、是否适合高速识别应用，读写器的发射功率容限，射频标签及读写器的价格等方面。
对于可无线写的射频标签而言，通常情况下写入距离要小于识读距离，其原因在于写入要求更大的能量。
微波射频标签的数据存储容量一般限定在2Kbits以内，再大的存储容量似乎没有太大的意义，从技术及应用的角度来说，微波射频标签并不适合作为大量数据的载体，其主要功能在于标识物品并完成无接触的识别过程。
典型的数据容量指标有：1Kbits、128Bits、64Bits等。
由Auto-ID Center制定的产品电子代码EPC的容量为90Bits。
微波射频标签的典型应用包括移动车辆识别、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）、医疗科研等行业。
不同频率的标签有不同的特点，例如，低频标签比超高频标签便宜，节省能量，穿透废金属物体力强，工作频率不受无线电频率管制约束，最适合用于含水成分较高的物体，例如水果等；超高频作用范围广，传送数据速度快，但是比较耗能，穿透力较弱，作业区域不能有太多干扰，适用于监测港口、仓储等物流领域的物品；而高频标签属中短距识别，读写速度也居中，产品价格也相对便宜，比如应用在电子票证一卡通上。
目前，不同的国家对于相同波段，使用的频率也不尽相同。
欧洲使用的超高频是868MHz，美国则是915MHz。
日本目前不允许将超高频用到射频技术中。
目前在实际应用中，比较常用的是13.56MHz、860MHz～960MHz、2.45GHz等频段。
近距离RFID系统主要使用125KHz、13.56MHz等LF和HF频段，技术最为成熟；远距离RFID系统主要使用433MHz、860MHz～960MHz等UHF频段，以及2.45GHz、5.8GHz等微波频段，目前还多在测试当中，没有大规模应用。
我国在LF和HF频段RFID标签芯片设计方面的技术比较成熟，HF频段方面的设计技术接近国际先进水平，已经自主开发出符合ISO14443 Type A、Type B和ISO15693标准的RFID芯片，并成功地应用于交通一卡通和第二代身份证等项目中。
2O世纪8O年代，以磁卡和条形码作为信息载体，各种身份识别逐渐广泛应用于我国服务领域、物流与企业管理领域．射频识别(radio frequency identification，RFID)卡具有非接触、操作方便、可靠、识别率高、寿命长等突出优点，2O世纪9O年代起大规模应用于众多领域．目前仍有大量基于磁卡和条码的应用系统正在或即将投入使用，这些系统在设计时不少是把磁卡或条码解码部分作为独立的模块加以考虑．基于此，提出以下设想：若能够采用廉价只读RFID卡取代磁卡或条码，而让RFID卡阅读模块直接替换原来的磁卡机芯或条码解码模块，那么，整个系统不需做什么改动，即可投入运行或继续使用．这样，不论改造旧系统或过渡到采用RFID 卡的新系统，都可提高效率，减少浪费，在当前仍有市场和积极的意义．本文介绍的模块只考虑以只读的RFID卡替代不需修改信息的磁卡(其他情况读写卡程序有所不同)．1 模块组成和工作原理本仿真模块的功能就是解码读取只读RFID卡的信息(通常就是简单的序列号，并仿真磁卡机芯输出美国银行家协会(American banker S association，ABA)磁卡格式数据，其组成框图见图1．图1 仿真模块的组成框图模块的关键部分是天线、ATMEL的射频卡读写基站芯片U2270B和单片机AT89C2051．工作时，基站芯片U2270B通过天线(一般使用铜制漆包线绕制直径3 cm、线圈100圈即可，电感值为1．35 mH)以约125 kHz的调制射频信号为RFID卡提供能量(电源)，同时能接收来自H4001的信息，并以曼彻斯特编码(Manchester)输出．而AT89C2051则是从U2270B得到H4001卡的64位信息，根据曼彻斯特编码规则进行解码，对数据加以校验，获取其中代表1O位十进制序列号的32位二进制数，并转换成对应的ABA磁卡格式数据，再从／CLD、CLK、DATA 3根信号线仿真磁卡机芯输出数据．2 RFID卡H4001及曼彻斯特编码图1所示模块中，配套使用的RFID卡是EM Microelectronic公司的H4001，该卡属于无源的低频RFID卡，典型工作频率为125 kHz，工作所需要的能量是通过电磁耦合单元或天线，以非接触的方式传送．当获得足够能量后，H4001便不断循环地往外部发送其自身的序列号等64位信息．发送时要对数据进行曼彻斯特编码和信号调制．规则如下：在每个时钟周期(对应1位数据)的中间位置，当数据位为“0”时电平由高向低跳变，而数据位为“1”时电平由低向高跳变；本模块的另一种表示方法则恰好相反，其波形如图2所示．图2 一个典型数据序列的Manchester编码波形图对于采用曼彻斯特编码的H4001，其数据速率为RF／64．假设基站工作时的射频频率是125 kHz，则对应1位的时钟(CLOCK)的周期( T)µs．3 基站芯片U2270B与模块电路射频卡的读写需要由射频卡基站芯片来完成数据的调制、发射和射频的接收以及数据的解调任务．ATMEL公司生产的U2270B是一种低成本、性能完善的低频(100—150 kHz)射频卡基站芯片，采用Man—chester编码和双相编码，可用于读取H4001 RFID卡．参照文献[3]和[5]，针对H4001 RFID卡，采用U2270B设计的射频识别卡读取模块的电路见图3．图3 基于U2270B的REID卡读取模块电路图通过调整U2270B的第15脚(RF端)所接电阻的大小，可将内部振荡频率固定在125 kHz．计算公式如下：读卡时，RFID卡发射来的经过125 kHz载波调制后的信号由基站天线接收后，馈送到U2270B的第4 脚(Input)处，在第2脚(Output)输出解调后的Manchester编码的数据信号，送给微处理器．应当说明，射频卡H4001返回的是采用Manchester编码的数据流，基。