第6章(读写器)讲解

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（3）系统工作流程。
对MF RC500绝大多数的控 制是通过读写MF RC500的 寄存器实现的。MFRC500共 有64个寄存器，分为8个寄 存器页，每页8个，每个寄 存器都是8位。单片机将这 些寄存器作为片外RAM进行 操作，要实现某个操作， 只需将该操作对应的代码 写入对应的地址即可。当 对应的电子标签进入读写 器的有效范围时，电子标 签耦合出自身工作的能量 ，并与读写器建立通信。
2. 射频接收电路
射频接收电路主要实现标签返回信号的解调。为降低 后端DSP的处理难度，采用I、Q两路直接下变频的方式进 行解调，如图6-18所示。
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1．MF RC500芯片的特性
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• 载波频率为13.56MHz; • 天线驱动电路仅需很少的外围元件,有效距离可达10cm; • 内部集成有并行接口控制电路,可自动检测外部微控制器
(MCU)的接口类型; • 具有内部地址锁存和IRQ线,可以很方便地与MCU接口. • 集成有64字节的收发FIFO缓存器; • 内部寄存器,命令集,加密算法可支持TYPE A标准的各项功
传输能量、交换数据；另一方面负责电子标签与单
20片19/6机/7 之间的的数据通信。
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4．软件系统设计
软件系统设计包括读卡软件设计、写卡软件设计、语音
报警程序设计和串行通信程序设计等。IC卡发射的数据
由基站天线接收后，由U2270B处理后经基站的Output脚
把得到的数据流发给微处理器AT89S51的输入口。这里基
第6章 RFID读写器
• 功能：读取或写入电子标签的设 备，读取，显示和数据处理等。
• 具体：
给标签提供能量
实现与电子标签通信
实现与计算机通信
多标签识别
移动目标识别
具备数据记录功能
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存在形式：单独或嵌入式。 读写器频率决定整个系统工作频率。1
• 6.1读写器的组成与设计要求 • 6.1.1读写器的组成 •
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6.4.1 系统构成和工作原理
读写器的组成原理如图6-17所示，整个读写器 的硬件包括基带处理电路、射频发射电路和射频 接收电路3个部分。
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6.4.2 系统硬件设计与实现 1. 射频发射电路
射频发射电路完成载波以及调制信号的发射。调制方 式为ASK，调制深度选用100％，发射信号的输出衰减数 字可控，使用FPGA进行配置。
控制模块处理的信号通过射频模块传送给读写器 天线，由读写器天线发射出去。控制模块与应用 软件之间的数据交换，主要通过读写器的接口来 完成。
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（1）控制模块。
微处理器是控制模块的核心部件。
ASIC组件主要用来完成逻辑加密的过程，如对 读写器与电子标签之问的数据流进行加密，以 减轻微处理器计算过于密集的负担。对ASIC的 存取，是通过面向寄存器的微处理器总线实现 的。
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U2270B芯片的内部由振荡器、天线驱动器、 电源供给电路、频率调节电路、低通滤波电 路、高通滤波电路、输出控制电路等部分组 成，其内部结构如图6-6所示。
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6.2.2考勤系统的读写器
由U2270B构成的读写器，可以用于学生考勤系统 。其中，标签由卡片构成，读卡器由基站芯片 U2270B及其支撑电路、主控芯片MCU(Main Computational Unit)及其支撑电路、外围接口电 路（键盘、液晶、时钟和串口模块）构成。
经过转换后再将信息发送给MCU，MCU接收到信息后将
其转换成可识别的数据，再将其送至液晶屏幕显示。
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6.2.3汽车防盗系统的读写器
汽车防盗装置应具有无接触、工作距离大、精度
高、信息收集处理快捷、环境适应性好等特点， 以便加速信息的采集和处理。射频识别以非接触 、无视觉、高可靠的方式传递特定的识别信息， 适合用于汽车防盗装置，能够有效地达到汽车防 盗的目的。
范围，读卡器便可读写卡中相关指定扇区的数据 。
（2）读卡器硬件系统。
发卡器与读卡器在硬件设计上大同小异，都是由
单片机控制专用读写芯片（MF RC500），再加
2019上/6/7 一些必要的外围器件组成。
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6.4 微波读写器
微波RFID系统是目前射频识别系统研发的核心， 是物联网的关键技术。微波RFID常见的工作频率 是433MHz、860/960MHz、2.45GHz和5.8GHz 等，该系统可以同时对多个电子标签进行操作， 主要应用于需要较长的读写距离和高读写速度的 场合。本节主要介绍一种基于ISO18000-6B的远 距离RFID读写器的设计。
1．防盗系统的工作原理
汽车防盗装置的基本原理是将汽车启动的机械
钥匙与电子标签相结合，即将小型电子标签直接
装入到钥匙把手内，当一个具有正确识别码的钥
匙插入点火开关后，汽车才能用正确的方式进行
启动。该装置能够提供输出信号控制点火系统，
即使有人以破坏的方式进入汽车内部，也不能通
过配制钥匙启动汽车达到盗窃的目的。
站只完成信号的接收和整流的工作，而信号解码的工作要
由微处理器来完成。微处理器要根据输入信号在高电平、
低电平的持续时间来模拟时序进行解码操作。
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6.3高频读写器
6.3.1 MF RC500芯片
Philips公司的MF RC500芯片主要应用于13.56MHz，是非 接触、高集成的IC读卡芯片。该IC读卡芯片利用先进的调 制和解调概念，集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接 触式通信方式和协议。 MF RC500支持ISO/IEC 14443 A所有的层，MF RC500还支 持快速CRYPTOI加密算法，用于验证MIFARE系列产品。MF RC500的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，给读卡 器的设计提供了极大的灵活性。
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• 控制模块功能： 与应用软件通信； 控制读写器与电子标签通信过程； 编码与解码； 执行防碰撞； 对数据加密与解密； 对读写器和电子标签的身份认证。
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（2）射频模块。
射频前端主要由发送电路和接收电路构成，用 以产生高频发射功率，并接收和解调来自电子标 签的射频信号。
学生考勤系统的工作原理如下：
平时，MCU工作于低功耗状态，标签因为没有能量而处 于休眠状态；
当按下键盘上的工作按钮时，MCU被换醒，同时激活 U2270B开始工作，U2270B的两个天线端子通过线圈将能 量传输给外界；
当有标签靠近读写器的线圈时，标签获得能量开始工作，
并将其内部存储的信息发送到U2270B的输入端。U2270B
能,同时支持MIFARE类卡的有关协议. • 数字,模拟,发送电路都有各自独立的供电电源.
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2．MF RC500芯片引脚的功能
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6.3.2 基于MF RC500芯片的读写器 1．基于AT89S51和MF RC500的读写器系统
根据RFID原理和MF RC500的特性，可设计基于AT 89S51和MF RC500的RFID读写器系统
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• 读写器工作过程
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• 1．读写器的软件
•
读写器的所有行为均由软件控制完成。软件
向读写器发出读写命令，作为响应，读写器与电
子标签之间就会建立起特定的通信。
Βιβλιοθήκη Baidu
•
读写器的软件已经由生产厂家在产品出厂时
固化在读写器中。软件负责对读写器接收到的指
令进行响应，并对电子标签发出相应的动作指令 。软件负责系统的控制和通信，包括控制天线发
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2．基于P89C58BP和MF RC500的读写器系 统
根据RFID原理和MF RC500的特性，可以设计基于 P89C58BP和MF RC500的RFID读写器系统。该系统由 MIFARE卡、发卡器、读卡器和PC管理机组成，其中， MIFARE卡存放身份号（PIN）等相关数据，由发卡器将密 码和数据一次性写入。
• 那么，不同频率的读写器的核心芯片构成是怎样 的？
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6.2低频读写器
射频识别技术首先在低频得到应用和推广。低频 读写器主要工作在125kHz，可以用于门禁考勤、 汽车防盗和动物识别等方面。
6.2.1基于U2270B芯片的读写器
U2270B芯片是ATMEL公司生产的基站芯片，该基站 可以对一个非接触式的IC卡进行读写操作。 U2270B基站的射频频率工作在100～150kHz的范围 内，在频率为125kHz的标准情况下，数据传输速 率可以达到5 000b/s。
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（1）发卡器和读卡器。
发卡器实际上是一种通用写卡器，直接与PC的 RS-232串行口相连，或经过RS-485网络间接与 PC相连。
与读卡器不同，发卡器往往处于被动地位，不
主动读写进入射频能量范围内的射频卡，而是必 须接收PC的命令才操作，即必须联机才能工作。 读卡器是主动操作的，读卡器往往可以脱离PC工 作，只要有非接触式IC卡进入读卡器天线的能量
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• 射频模块功能：
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（3）读写器的接口。
功能：实现读写器控制模块与应用软件之间的 数据交换，接口可以采用RS-232、RS-485、RJ45、USB2.0或WLAN接口。
（4）天线。
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6.1.2读写器的设计要求
读写器在设计时需要考虑许多因素，包括基本 功能、应用环境、电器性能和电路设计等。读写 器在设计时需要考虑的主要因素如下。
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3．硬件电路设计
系统中的硬件电路主要选择了射频识别基站芯片
U2270B、单片机AT89S51、语音合成芯片ISD2560和
双RS232发送/接收器MAX232等。U2270B是非接触识
别系统中一种典型的低频读写基站芯片，是电子标
签和单片机之间的接口。U2270B一方面向电子标签
射的开关、控制读写器的工作模式、控制数据传 输和控制命令交换。
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2．读写器的硬件
硬件组成：天线、射频模块、控制模块和接口 组成。
控制模块是读写器的核心，一般由ASIC（ Application-Specific Integrated Circuit ）组件和 微处理器组成。
1．读写器的基本功能和应用环境（是否多标签 ，周边自然环境，是固定还是移动等）
2．读写器的电气性能（防碰撞算法的实现方法 ，是否加密等）
3．读写器的电路设计（天线形式，现有集成芯 片或自行设计等）
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• 读写器分类： • 1.按外形不同：固定式，工业读写器，手持机，
发卡机； • 2.按频率不同：低频，高频，超高频和微波。
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由U2270B构成的读写器模块，关键部分是天线、射频读写基 站芯片U2270B和微处理器。工作时，基站芯片U2270B通过 天线以约125kHz的调制射频信号为RFID卡提供能量 （电 源），同时接收来自RFID卡的信息，并以曼彻斯特编码输 出。
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一个典型的汽车防盗系统由电子标签和读写器两 部分组成。电子标签是信息的载体，应置于要识 别的物体上或由个人携带；读写器可以具有读或 读写的功能，这取决于系统所用电子标签的性能 。
2．防盗系统的组成
本系统中的硬件电路主要选择了电子标签、读写 电路（采用芯片U2270B）、单片机（AT89S51 ）、语音报警电路、电源监控电路、存储接口电 路和汽车发动机电子点火系统。
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（1）系统硬件设计。
系统主要由AT89S51、MF RC500、时钟电路、看 门狗、MAX232和矩阵键盘等组成。系统先由MCU控 制MF RC500，驱动天线对MIFARE卡（也即电子标 签）进行读写操作，然后与PC通信，把数据传给 上位机。
（2）系统天线设计。
为了驱动天线，MF RC500通过TX1和TX2提供 13.56MHz的载波。根据寄存器的设定MF RC500对 发送数据进行调制来得到发送的信号。天线接收 的信号经过天线匹配电路送到MF RC500的RX脚。 MF RC500的内部接收器对信号进行检测和解调， 并根据寄存器的设定进行处理，然后将数据发送 到并行接口，由微控制器进行读取。