射频卡应用中的曼彻斯特码解码技术

图４解调芯片与单片机接口 可以发现，Ｍ码每两个下降沿之间的间隔时间只可能有 三种情况：Ｔ、１．５Ｔ和２Ｔ。利用单片机的外部中断０口和计 数器ＴＯ可以很方便地计算出ＤＥＭｏＤ—ｏｕＴ管脚两个下降沿
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通信技术
Ｃｏｍｍｕｎｌ ｃａｔｌ ｏｎ Ｓ；善ｊ瀑鞋ｅＩ．１ｎｏｌ０９１ ｅｓ
根据以上的分析，解码过程如下： 首先，搜索含９个“ｌ”的同步头。由图５可知，同步头 之前是上一帧数据的停止位，加上随后出现的９个１，就会形 成连续８个宽度为Ｔ的下降沿间隔，这时，我们可以认为已 经搜到同步头中的８个ｌ，而第９个“ｌ”只出现了一个“Ｈ” 电平，要等待与后续电平结合。
可咀椅删到连续８个亩度为Ｔ的下降沿间隔
由于信号发送
方ＥＭ４１００与接收
方ＥＭ４０９５采用耦
合方式传输信息，
所以，实际在天线
上的调制信号如图３
所示，这样，在
图３发送方和接收方的幅度调制信号
ＥＭ４１００的载波上用
高电流代表逻辑０，而在ＥＭ４０９５载波上用低电流代表逻辑０。
２ 曼彻斯特码解码
根据曼彻斯特码（以下简称Ｍ码）的特点：在每一个数据 位的“中间”发生由低到高的跳变代表“ｌ”、发生由高到低 的跳变代表“Ｏ”。又由图３可知，由于信号耦合的原因，实 际上由ＥＭ４０９５芯片送给单片机的６４位Ｍ码的数据是反过 来的，即：用数据位中间发生高到低的跳变代表“１”、发生 由低到高的跳变代表“０”。另外，在本系统中，６４位数据中 的每一位在天线上的持续时间，即位宽时间是载波周期的６４ 倍，当载波频率为１２５ＫＨｚ时，每一位的持续时间是（１／１２５Ｋ）
பைடு நூலகம்
器…。大多数射频卡将卡内的身份辨识号码（ＩＤ号码）编码为曼 彻斯特码，然后由单片机进行解码。
然而，目前的很多单片机解码程序采用定时查询或考察 信号的边沿状态的方式解码，这些解码方法对天线上的载波 频率要求比较高，对定时的准确度要求也比较高，当载波稍 微偏离规定的范围内时将不能正确读卡。本文介绍了一种新 的解码技术，载波频率的偏移对解码没有任何影响，而且不 用检测信号的边沿状态，从而更加可靠、快速地读卡。
×６４＝５１２∥Ｊ。
因此，在射频卡读卡应用中对于Ｍ码目前常见的解码方 法是ｆ４’６ｌ当检测到Ｍ码的电平发生跳变时，延时１／４倍的位 宽时间再去读Ｍ码，然后再每隔半个Ｔ时间去读Ｍ码，最 后根据读到的结果分析进行解码。这种方法的缺点很明显。 首先，当信号产生毛刺时容易误判；其次，当载波频率偏离 预定的１２５ＫＨｚ时，位宽时间会发生变化，而程序仍以固定 的时间间隔去读Ｍ码，所以每次都会发生一定的偏移，累积 偏移可能会导致漏读或多读，有时甚至会读到电平发生跳变 的过渡状态，从而也产生误判－另外，这种方法对定时的准 确程度要求也比较高，当定时稍有偏移，引起的累积误差也 可能使读卡失败。
当然，如果连续多个０出现，也会形成连续的多个宽度 为Ｔ的间隔，可能会误判成同步头，但后续的解码过程在出 现２Ｔ宽的下降沿间隔时会出错，在进行校验或检测停止位时 也可能会出现错误，这时也要重新搜索同步头。
对于图５中的电路，如果将ＤＥＭＯＤ—ｏＵＴ管脚取一下 逻辑反，然后再接入单片机，仍旧检测下降沿间隔，这样，一 个间隔Ｔ刚好就是一个逻辑１，对同步头的搜索会稍微简单 一些。或者不对ＤＥＭＯＤ—ｏＵＴ管脚取逻辑反，而是利用可 以检测上升沿中断的单片机检测Ｍ码的上升沿间隔，也可以 达到同样的效果。
的６４位曼彻斯特编码格式的数据进行解码的方法。这种方法结合单片机的硬件和曼彻斯特码编码的特点。利用计算
曼彻斯特码下降沿间隔的载波数的方法进行解码，大大提高了解码的速度和准确性，而且硬件设计简单，是一种非常
实用的解码技术。
【关键词】射频卡；ＥＭ４１００；曼彻斯特码；解码
【中图分类号】ＴＮ７６４
【文献标识码】Ａ
Ｏ 引言
射频卡，也叫非接触式Ｉｃ卡，目前正广泛地应用于各个 领域。射频卡内集成了芯片、感应天线及电容等元件。读写 时，将射频卡靠近读卡器，读卡器天线发出的电磁波在射频 卡内的天线上产生感应电流，为卡内集成芯片提供能量。而 该芯片内预先存储有一个唯一身份辨识号码，该号码被编码 以后调制天线上的电流信号，再以电磁波的形式传递回读卡
全部的６４位数据的开头是由９个ｌ组成的同步头，由于
数据和偶校验的格式的原因，在后面的数据串中不会出现９
个ｌ，保证了数据头的唯一性。同步头之后是１０组４位的数
据Ｄｘｘ，前两组４位数据是厂商号，后８组４位数据是３２位
的内码号。每一组４位数据后面还跟有一位偶校验位Ｐｘ。最
后一组４位数据是对前面１０组数据各例的偶校验位ＰＣｘ。最
调制到此载波信号上面，通过信号的耦合，ＥＭ４０９５的天线
上也产生带有６４位ＩＤ号码的调制信号，然后通过ＥＭ４０９５
的解调系统，滤除载波卜”，将６４位数据传送给单片机，由
单片机再解码出其中的ＩＤ号码。
射频卡内的ＥＭ４１００芯片内部有预先存储的不可改写的
６４位数据，当其通过天线向外输出时，格式如图２所示ｆ２Ｊ。
通过分析，可以知道６４位Ｍ码格式的数据所形成的下 降沿间隔总共只有三种：Ｔ、１．５Ｔ和２Ｔ。每一个Ｔ间隔由Ｍ 码半个位电平“Ｌ”和“Ｈ”组成，其中“Ｌ”是上一位“ｌ” 跳变后的低电平，而“Ｈ”是下一位“１”跳变前的高电平， 同样，１．５Ｔ的间隔只能有Ｍ码的“ＬＨＨ”和“ＬＬＨ”两种 可能，具体是哪一种，要根据前面的解码情况进行分析：如 果前面孵码后尚有多余的“Ｈ”电平要与本次结合，则１．５Ｔ 只能解为“ＬＬＨ”，否则要解为“ＬＨＨ”；２Ｔ的间隔只能由 “ＬＬＨＨ”唯一组成，在这种情况下，只有当前面解码后余有 一个“Ｈ”才是正确的。
【文章编号】ｌ００９—８０５４（２００７）１２一００６５一０３
Ｄｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ ｉｎ Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃａｒｄ
ＤＩＮＧ Ｍｉｎｇ－ｊｕｎ，ＸＵ Ｊｉａｎ—ｃｈｅｎｇ （Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ｓｈａａｎｘｉ ７０００７２，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍ ｆｏｒ Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃａｒｄ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｄｅｃｏｄｅ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｄａｔａ ｆｔｏｍ ＲＦ ｃｈｉｐ．Ｇｅｎｅｒａｌｌｙ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｅｄｇｅ—ｓｔａｔｕｓ ｃｈｅｃｋ ｂｙ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｃｏｄｅ ｄａｔａ．Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａｎｏｔｈｅｒ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｄｅｃｏｄｅｓ ６４＿ｂｉｔ ｄａｔａ ｃｏｄｅｄ ｉｎ Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ ｆｒｏｍ ＥＭ４ １ ００ Ａ６ ＩＣ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＣＳ一５ ｌ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｃｏｄｅｓ Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ ｃｏ如ｂｙ ｔｈｅ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｃａｒｒｉｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｆａｌｌｉｎｇ— ｅｄｇｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ ｉｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆ色ａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｏｍＰｕｔｅｒ ａｎｄ Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ ｃｏｄｅ．Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｄｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ ａｒｅ ｐｒｏｍｏｔｅｄ，ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ ｓｉｍｐｌｅ．Ｔｏ ｓｕｍ ｕｐ，ｉｔ ｉｓ ａ ｑｕｉｔｅ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｄｅｃｏｄ— ｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃａｒｄ；ＥＭ４１００；ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ ｃｏｄｅ；ｄｅｃｏｄｅ
收稿日期：２００７一０７一０９ 作者简介：丁明军．１ ９８０年生，男，硕士研究生，研究方向： 电子设计自动化；徐建城，１ ９５７年生，男，副教授，研究方 向：无线传感器网络、微电子技拳应用、数据采集与信号处理。
１ 读卡原理
现在以卡内封装有ＥＭ４１００ Ａ６芯片的只读射频卡为 例来介绍这种曼彻斯特码的解码技术，其基本的原理如图１ 所示。
当解码芯片ＥＭ４０９５的天线上产生谐振、有恒定１２５ＫＨｚ
万方数据
信息安全与通信保密．２。。７．１２
６５
通信技术
蚕酾舞臻瀚辚黉麓隅辫酗 ＴｅｃｈｎＯｌ０９１ ｅｓ
左右的载波信
号后，通过电 磁场的感应，
ＥＭ４ｌＯＯ
ＥＭ４１００的天
线上也将产生 同频率的载波
天线
图ｌ读卡原理
信号，ＥＭ４１００将卡内的６４位曼彻斯特编码的身份辨识号码
后一位Ｓ０是停止位，停止位恒为０。当传送卡号时，这６４位
数据通过载波在天线上首尾相接持续出现。
读卡时，６４位数据依次以曼彻斯特编码的格式输出，调
制天线上载波的电流大小，从而让接收设备识别接收。接收
方ＥＭ４０９５将６４位数据从载波中检出，然后以图２所示的顺
序送给单片机，由单片机进一步进行４０位ＩＤ号的提取。
个“Ｈ”电平，与这次的“ＬＨ”结合后可解出一个“０”，同 时剩余一个“Ｈ”电平；当遇到１．５Ｔ时，如果前面尚余一个 “Ｈ”，则必为“ＬＬＨ”电平，可以解为“ｌＯ”，否则，必为“ＬＨＨ” 电平，可以解为“Ｏ”，同时剩余一个“Ｈ”；当遇到２Ｔ宽的 下降沿间隔时，上次解码必然剩余一个“Ｈ”电平，与这次 的“ＬＬＨＨ”结合后，可以解出“１０”，同时剩余一个“Ｈ” 电平。另外，根据图２，每解出一行的５位数据都要对这行数 据进行偶校验；检测到最终的停止位后，再进行４列的偶校 验，如果都正确，则说明已经成功解出４０位二进制的卡号， 否则就要重新搜索帧头。
５结语
经过实际的应用，采用这种解码方法可以在读曼彻斯特 码的同时进行同步解码，速度比较快，而且由于对载波频率 的变化不敏感，故读卡成功率非常高。