一种射频卡译码软件设计毕业

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1、沈 阳 理 工 大 学学士学位论文一种射频卡译码软件设计 院（系）名称: 信息科学与工程学院 专业名称: 计算机科学与技术 学生姓名: 谢申豪 指引教师: 马秀丽 十一月沈阳理工大学毕业设计（论文）成绩评估学生姓名： 谢申豪 专业： 计算机科学与技术 学号： 题目： 一种射频卡译码软件设计 毕业设计（论文）答辩委员会（小组）评语：答辩评分: 答辩委员会主任（组长）（签字）： 年 月 日毕业设计（论文）成绩：指引教师评分( %)审视评分( %)答辩评分( %)毕业设计（论文）成绩： （分）毕业设计（论文）总评成绩（级别）： 答辩委员会主任（签字）： 年 月 日毕业设计（论文）评语指引教师评语：指

2、引教师评分： 指引教师（签字）： 年 月 日评阅人评语：评阅人评分： 评阅人（签字）： 年 月 日毕业设计（论文）任务书学 院信息科学与工程学院专 业计算机科学与技术学生姓名谢申豪学 号设计（论文）题目一种射频卡译码软件设计内容及规定：学习和理解射频辨认技术工作原理，掌握e5530射频卡的编码方式，理解以51单片机为核心与U2270B射频卡基站读写芯片构成的硬件电路的工作原理，并在此硬件环境基本上，设计EM4100射频卡的译码软件。开发工具选用C51或汇编语言，设计内容重要涉及射频卡数据采集、译码解决和校验、ASCII码转换和射频卡离场判断。 规定软件设计完毕后应达到仿真器上可演示运营限度，译

3、码精确，首读率高。进度安排：第1周第2周：选题、按任务书规定开题，写开题报告。第3周第4周：查阅资料，RFID有关知识和51单片机学习。第5周第8周：硬件环境搭建，软件功能设计。第9周第12周：编写代码，程序调试。第13周第14周：系统完善，撰写论文。第15周：毕业答辩。指引教师（签字）：年 月 日学院院长（签字）： 年 月 日学生毕业设计档案学 生 姓 名谢申豪学 院信息科学与工程学院学 号指引教师姓名马秀丽职 称专家所在单位沈阳理工大学毕业设计题目一种射频卡译码软件设计毕业设计（论文）完毕状况毕业设计各阶段名称起止日期完毕状况（存在问题及整治意见）阶段成绩*指引教师意见（根据学生出勤及毕业

4、设计（论文）完毕状况，指引教师与否批准该学生参与答辩）指引教师（签名）： 年 月 日*注：阶段成绩分A、B、C三级：A为全面完毕任务、B为完毕任务、C为完毕任务不好摘 要射频辨认技术（RFID，Radio Frequency Identification）是自动辨认技术中的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目的加以辨认并获取有关数据。RFID的最大长处就在于非接触。在完毕辨认工作时不需要人工干预，不需要直接接触。RFID系统可工作于多种恶劣环境，可辨认高速运动物体并可同步辨认多种标签。标签操作快捷以便，实现了无源和免接触操作。标签无机械磨损，寿命长，数据安全性高。它广泛应用于学校

5、、公共交通、门禁、电子钱包、医疗等领域。 本文概括的简介了射频辨认系统的基本构成，基本工作原理以及数字通信等有关理论知识。重点讨论了由标签EM4100和基于U2270B的阅读器构成的125kHz的低频RFID系统的译码问题。论文一方面对该系统的硬件部分做了具体的阐明，给出了EM4100、U2270B和AT89C51的构造图以及引脚功能表，并设计了阅读器的典型工作电路。然后通过度析EM4100输出的曼彻斯特码的数据波形，根据曼彻斯特码的编码特点，提出了检测曼彻斯特码在半个位周期内跳变的措施进行译码的思路。最后译码软件拟定分为四个模块分别设计。编程语言选用汇编语言。编码完毕后，在仿真器上调试源代码

6、。实验软件的功能与否达到预期的目的。实验证明，阅读器读卡稳定可靠，效果好。此译码措施快度、精确。在此基本上，对本论文所做的工作做了总结，指出所做工作的局限性点，并展望RFID技术的发展，分析了本课题接下来还需要完善的工作和改善的地方。核心词：射频辨认；曼彻斯特码；阅读器；译码AbstractRadio frequency identification technology is a kind of automatic identification technology, radio frequency through non-contact form of bidirectional data

7、 communication, to the target recognition and access to relevant data.The biggest advantage of RFID is that the non contact. At the completion of the identification work does not need manual intervention, without direct contact. RFID system can work with a variety of harsh environment, can identify

8、the high-speed moving objects and can also identify multiple tags. It is fast and convenient, does not need power and operates without any contact. It has no mechanical wear, long life, high data safety. It is widely used in schools, public transport, access control, electronic wallet, medical and o

9、ther fields.This paper generally introduces the basic composition of RFID system, the basic working principle and digital communication and other relevant theoretical knowledge. It primarily discusses the decoding problem of low frequency RFID system which consists of a tag EM4100 and composition of

10、 U2270B reader based on 125kHz.The paper first makes a detailed description of the system hardware, gives the structure chart of EM4100, U2270B and AT89C51 and pin function table, and design a typical working circuit reader. Then through the analysis of the EM4100 output waveform data of Manchester

11、code,according to the encoding characteristics of Manchester code, , and put forward the method that detects the jump of Manchester code in half a cycle. Finally the decoding software determines to be divided into four modules for design. Assembly language is used programming language.After coding h

12、as completed, source code is debugged in the simulator. The function of the software will be tested if it achieves the intended purpose. The experiments prove that the reader is stable and reliable.Its effect is good. This decoding method is fast, accurate.On this basis, the work of dissertation is

13、summarized, pointing out the shortage of the work, expecting the development of RFID technology. The thesis also analyzes the subject where needs to improve and perfect.Keywords: RFID; Manchester code; reader; decode目 录1 绪论11.1 射频辨认技术简介11.2 国际射频辨认技术应用状况11.3 射频辨认技术在中国的发展22 RFID系统的工作原理32.1 RFID系统的构成32

14、.2 基本工作原理42.3 编码与调制4 2.3.1 基带中的编码5 2.3.2 数字调制技术63 125KHZ的RFID系统83.1 只读型芯片EM410083.2 基站芯片U2270B93.3 微控制器AT89C5113 3.3.1 单片机的基本构成13 3.3.2 引脚排列及功能15 3.3.3 存储器构造17 3.3.4 单片机的最小系统20 3.4 射频卡读写电路设计224 译码软件设计26 4.1 总体设计26 4.2 具体设计274.2.1 数据采集模块274.2.2 译码模块294.2.3 ASCII码转换模块344.2.4 下一次读卡判断模块345 软件调试36 5.1 系统

15、开发工具MEDWIN简介36 5.2 程序的仿真调试40结论44道谢45参照文献46附录A 英文文献47附录B 汉语翻译521 绪论1.1 射频辨认技术简介自动设备辨认技术（Automatic Equipment Identification）是目前国际上发展不久的一项新技术，大体可分为光学技术和无线电技术两个方面。目前广泛应用的自动辨认技术有条形码、磁卡、IC卡、RFID卡。射频辨认技术（Radio Frequency Identification,RFID）是20世纪90年代开始兴起的一种自动辨认技术。RFID属于无线电通信范畴，基本物理原理就是通过无线电信号辨认特定目的并获取有关的数据信

16、息。即不需在辨认系统与辨认对象之间建立机械或光学接触，运用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并达到辨认目的的技术。RFID的辨认工作不需要人工干预，可工作与多种恶劣环境，可辨认高速运动物体，并可同步辨认多种标签，操作快捷以便。1.2 国际射频辨认技术应用状况RFID在国外发展的不久。美国TI、Intel等集成电路厂商目前都在RFID领域投入巨资进行芯片开发。Symbol等公司已经研发出同步可以阅读条形码和RFID的扫描器。IBM、Microsoft和HP等公司也在积极开发相应的软件及系统来支持RFID技术的应用。目前，美国的交通、车辆管理、身份辨认、生产线自动化控制，仓

17、储管理及物资跟踪等领域已经开始逐渐应用RFID技术。欧洲的Philips、STMicroelectronics公司在积极开发便宜的RFID芯片，Checkpoint公司在开发支持多系统的RFID辨认系统，SAP公司则在积极开发支持RFID的公司应用管理软件。日本在RFID研究领域起步较早，政府也将RFID作为一项核心的技术来发展。7月，日本经济产业省METI选择了七大产业做RFID技术的应用实验，涉及消费电子、书籍、服装、音乐CD、建筑机械、制药和物流。韩国重要由产业资源部和情报通信部来推动RFID技术的发展。自3月韩国提出IT839筹划以来，RFID技术的重要性得到了进一步加强。1.3 射频

18、辨认技术在中国的发展 中国人口众多、经济规模不断扩大，RFID技术有着广阔的应用前景。近年来，中国已初步展示了RFID有关技术的研发及产业化工作，并在部分领域开始应用。中国已经将RFID技术应用于铁路车号辨认、身份证和票证管理、动物标记、特种设备与危险品管理、公共交通以及生产过程管理等多种领域。目前，国内RFID应用以低频和高频标签产品为主，如都市一卡通和中国第二代身份证等项目。国内超高频标签产品的应用刚刚兴起，尚未开始规模生产，产业链尚未形成。2 RFID系统的工作原理2.1 RFID系统的构成一种RFID系统由三个部分构成：电子标签、阅读器和应用软件系统。（1）电子标签电子标签（Tag），

19、也称应答器（answer）、射频卡（radio card）、感应卡（induction card）、智能卡（smart card）或非接触式IC卡（contactless IC card）等。电子标签一般由三部分构成：读写电路、硅芯片以及有关的天线。它可以接受并发送信号，与外部的电磁波互相作用并进行数据传播。标签根据供电方式可分为有源RFID标签、无源RFID标签和半有源半无源RFID标签；根据工作方式分为积极标签和被动标签；根据工作频率分为低频、中高频和超高频标签。RFID标签可以做成卡状、环状、钥匙扣等多种形式。（2）阅读器阅读器（Reader），也称为接受器（receiver）、检测器（

20、detector）、基站（basis station）、读写器（read write device）等。阅读器包具有RFID模块（发送器和接受器）、控制单元以及阅读器天线。RFID模块实现将阅读器发往标签的命令调制到射频信号上，经由天线发送出去;也实现将标签返回的信号进行解调，提取标签回送的数据。控制模块实现将智能单元发出的命令编码以便于调制到射频信号上；也实现将射频模块解调的标签回送数据进行解决（也涉及解码），并将解决成果送入阅读器智能单元。阅读器可以设计为手持式或固定式。（3）应用软件系统 应用软件系统是在上位监控计算机中运营的涉及数据库在内的管理软件系统，用于多种物品属性管理、目的定位和

21、跟踪，具有良好的人机操作界面。一种RFID系统的基本构成如图2.1所示。标签天线阅读器 阅读器通过线圈 发送一定频率的 标签进入电磁场时产生感应电流而 电磁信号 获得能量，向读卡器发送自身的遍 码等信息 计算机系统读卡器将信息送至计算机解决图2.1 RFID系统基本组示意成图2.2 基本工作原理 标签与阅读器之间通过耦合原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互换。标签与阅读器之间的耦合通过天线完毕。一方面，阅读器发送一定频率的无线电波能量给标签，用以驱动标签电路将内部的数据送出，此时阅读器便依时序接受解读数据，送给应用程序做相应的解决。标签与阅

22、读器之间的耦合大体分为电感耦合和电磁反向散射耦合。在电感耦合系统中，阅读器和电子标签之间的射频信号实现为变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，该系统根据的是电磁感应定律。电感耦合方式的典型工作频率为125kHz，13.56MHz。标签与阅读器的工作距离一般在1m一下，典型作用距离为1020cm。电磁反向散射耦合方式一般合用于高频、微波工作的远距离射频辨认系统。2.3 编码和调制图2.2所示为从信号传递角度考虑的RFID系统前向链路简要框图，而后向链路也与此类似，只是发送方和接受方进行了互换。噪声RFID标签阅读器指令信息基带信号译码载波调制无线信道基带信号编码载波调制图2.2 从信号传递角

23、度考虑的RFID系统前向链路简要框图 从通信过程来看，阅读器的命令（二进制数据）一方面要通过信号编码，转换成一定码型的基带信号（高下电平），然后通过调制器调制成射频载波信号通过天线信道传递给RFID标签，RFID标签中的解调器对调制信号进行解调，以再生基带信号。再生的基带信号通过译码，恢复出本来的阅读器命令内容以便进行后续解决。由于阅读器与标签之间的信息传递是双向的，因此相应的信号编码单元，调制器，解调器以及信号译码单元在阅读器和标签之间都存在。数字信号的传播分为基带传播和频带传播两种方式。信息发出的信号未经调制或频谱互换，直接在有效频带与信号频谱相相应的信道上传播的通信方式称为数字信号的基带

24、传播。为了适应信道传播特性而将数字基带信号进行调制，即将数字基带信号的频谱搬移到某一载频处，变为频带传播的方式称为频带传播。2.3.1 基带中的编码 一般终端设备（如计算机，单片机）产生的电信号为单极性码，这种信号称为原始电信号。原始信号由于由直流分量等因素不合适在基带系统信道中传播。原始信号必须通过编码变换为一定码型的基带信号后才适合在信道中传播。基带信号的码型多种多样，并不是所有的基带信号码型都适合在信道中传播。在RFID系统中常用的码型有曼彻斯特码和米勒码。本课题中使用的码型是曼彻斯特码。曼彻斯特码（Manchester码），又称为双相码。它的特点是每个码元用两个持续相反的脉冲表达。编码

25、规则之一为：“0”用“01”两位码来表达，“1”用“10”两位码来表达。例如：消息码：1 1 0 0 1 0 1双相码：10 10 01 01 10 01 10曼彻斯特码是一种双极性波形，只有极性相反的两个电平。它在每个码元间隔中心点都存在电平跳变，因此具有丰富的定期信息，且没有直流分量，编码过程也简朴。缺陷是占用带宽加倍，使频带运用率低。2.3.2 数字调制技术在实际通信中大多数信道都具有带通传播特性，不能直接传播基带信号，必须借助载波调制进行频率搬移，将数字基带信号变成适于信道传播的数字频带信号。调制就是使基带信号（调制信号）控制载波（没有被调制的电磁波，一般为正弦信号）的某个（几种）参数

26、，使这一（或几）个参数按照基带信号的变化规律而变化的过程。调制后所得的信号称为已调信号或频带信号。通过调制后的已调信号应当具有两个基本特性：一是仍然携带消息；二是适合于信道传播。RFID系统使用的方式是数字调制方式。调制信号为二进制数字信号时的调制方式统称为二进制数字调制。二进制调制常分为二进制幅移键控（2ASK）、二进制频移键控(2FSK)和二进制相移键控(2PSK和2DPSK)三种。本课题中的RFID系统波及到的是二进制幅移键控。下面做简要简介。二进制幅移键控（2ASK）措施是数字调制技术中最早浮现的，也是最简朴的一种调制措施。（1）2ASK信号的时域体现假定载波信号C(t)=cos(wc

27、t)，设信息源发出的序列是由二进制符号0和1构成，假设0符号浮现的概率为P,1符号浮现的概率为1-P，两者彼此独立。该二进制基带信号序列可表达为 （2.1）式（2.1）中，Ts二进制基带信号序列（码元）的时间间隔； g(t)调制信号的脉冲体现式； an二进制数字信号；其取值服从下述关系： 0, 浮现的概率为P an = （2.2） 1，浮现的概率为1-P 则二进制振幅键控信号可以表达到一种单极性矩形脉冲序列与一种正弦形载波的相乘，它的时域体现式为 （2.3）（2）2ASK信号的产生 2ASK信号的产生措施有两种，如图2.3所示。图2.3(a)是通过二进制基带信号序列S(t)与载波直接相乘而产生

28、2ASK信号的模拟调制法。图2.3(b)是一种键控法，这里的电子开关受调制信号S(t)的控制。 开关电路 cos(wct) S(t) S2ASK(t) S2ASK(t) cos(wct) S(t) (a) 模拟调制法 （b）键控法图2.32ASK信号的产生（3）2ASK信号的解调 2ASK信号的解调可以采用非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）两种方式来实现，如图2.4所示。其中，抽样判决器的最佳判决门限为a/2，与接受机的输入信号幅度a有关。抽样值不小于a/2时，判为“1”。抽样值不不小于a/2时，判为“0”。图2.42ASK信号的接受系统构成方框图3 125kHz的RFID系统

29、125kHz的RFID系统属于低频RFID范畴。它的特点是构造相对简朴，成本较低（无论是阅读器还是标签卡片），数据量较少（几十到二百多位），传播速率较低（波特率一般低于10kb/s），操作范畴在几厘米左右，应用范畴广。本课题简介的是比较普及的EM4100只读型标签芯片和U2270B基站（阅读器）芯片。 3.1 只读型芯片EM4100 EM4100是瑞士EM公司生产的CMOS集成电路，用于只读型RFID标签的芯片。EM4100芯片为非接触式，无源，只读芯片，中心工作频率为125kHz。芯片通过线圈从外部电磁场获得供电和时钟。通过开通和断开调制电路，该芯片将发送出原先在工厂就写入存储阵列的64位信

30、息。这是用激光写入硅片永久保存的每芯片唯一的编码。芯片的内部数据框图如图3.1所示。注：a处只有当psk方式时打开。图3.1 EM4100内部构造框图（1）存储器阵列EM4100的存储器是EEPROM，存储容量为64位，分5组信息：9位用于前导，10行奇偶校验位（P0P9），4列偶校验位（PC0PC3），40个数据位（D00D93），尚有一种停止位S0设立为逻辑0，见图3.2。图3.2 存储阵列中的64位数据前导是开始的9位，全是1。由于数据和奇偶校验的结合，这种序列不也许在数据串中反复浮现。前导背面的10组四个数据位有100亿种组合，尚有每行的偶校验位。最后一行是4列的偶校验位。S0是停止位

31、，被写成0。位D00D03和D10D13是客户特定的辨认码。64位串行输出控制调制器。当64位数据串输出后，这个序列输出又反复进行，直到掉电为止。（2）序列发生器 给存储阵列寻址和对串行数据编码输出提供所有所需的信号。有三种掩膜编码方式可用。它们是曼彻斯特、双相位和PSK。前两种方式的波特率是载波频率（RF）的64或32分之一。本课题使用曼彻斯特码，波特率设立为载波频率的64分之一，即RF/64。 3.2 基站芯片U2270B U2270B是低频RFID读写基站的一款专用集成电路，由德国Temic公司生产（已转入ATMEL公司）。它的构成有：给标签收发器提供能量的发送电路，片内电源，振荡器和线

32、圈驱动器，尚有所有信号的解决电路；它们最后输出微解决器可以接受的信号。U2270B制作的基站适合对前面简介的EM4100及其兼容的那些类型的标签。它是面世较早的一类IC，应用比较广泛。图3.3是U2270B与EM4100组建的低频RFID系统构造示意图。 阅读器 电子标签图3.3 U2270B与EM4100芯片组建的RFID系统U2270B芯片封装外形见图3.4。引脚阐明见表3.1。图3.4 U2270B芯片封装外形表3.1 U2270B引脚阐明表引脚号符号功能引脚号符号功能1GND地线9Coil1线圈驱动器12Output数据输出10VEXT外部电源供应3数据输出使能11DVs驱动器电压4I

33、nput数据输入12Vbatt电池电压5MS共模/差分模式选择13Standby待命输入6CFE载波频率使能14Vs内部电源供电（5V）7DGND驱动器地线15RF频率调节8Coil2线圈驱动器216HIPASS高通滤波电容U2270B基站阅读器的基本性能如下：载波频率fosc范畴为100150kHz。fosc为125kHz时，典型的数据传送率为5kb/s。合用的调制方式为曼彻斯特码和双相位码。可由5V的稳压电源或车辆蓄电池供电。调谐能力。与微控制器有兼容的接口。处在等待工作方式时，其功耗甚低。有为微控制器供电的输出端。U2270B的内部构造如图3.5所示。图3.5 U2270B的内部构造图下

34、面简朴简介各功能快。（1）电源（power supply）U2270B可以用单一的稳定电源，也可以用双电源或不规则的车载电源。其中+5V单电源是一般常用的。相应电路如图3.6和3.7所示。 图3.6 稳定的5V电源 图3.7 稳定的双电源 （2）振荡器片内振荡器的频率可由馈入RF引脚的电流控制，频率调节电路如图3.8所示。通过变化电阻Rf的大小，可以对振荡器频率进行调节。由振荡频率f0 ,可用式（3.1）计算出电阻Rf。当振荡频率f0为125kHz时，电阻Rf的阻值为110k。Rf =14375/f0（kHz）- 5 (k) (3.1)图3.8 频率调节电路的等效电路3.3 微控制器AT89C

35、51AT89系列单片机是ATMEL公司生产的8位Flash单片机。 AT89系列单片机一共由7种典型型号。其中原则型号AT89C51作为AT89系列的主流机型，在嵌入式控制系统中获得广泛应用。AT89C51单片机与Intel 80C51单片机在引脚排列、工作特性、硬件构成、指令系统等方面完全兼容。其重要工作特性是： 内含4KB的Flash存储器，擦写次数1000次； 内含128字节的RAM； 具有32跟可编程I/O线； 具有2个16位可编程定期器； 具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断构造； 具有一种全双工的可编程串行通信接口； 具有一种数据指针DPTR； 两种低功耗工作模式，即空闲

36、模式和掉电模式； 具有三级程序锁定位； AT89C51的工作典型电源电压为5(10.2)V； AT89C51最高工作频率为24MHz。3.3.1 单片机的基本构成单片机的基本构成如图3.9所示。下面简要阐明各部分的构成及功能。（1）中央解决器 单片机的中央解决器（CPU）是单片机的核心，完毕运算和控制操作。中央解决器重要涉及运算器和控制器两部分。图3.9 单片机的基本构成（2）存储器单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。程序存储器重要用来存储指令代码和某些常数及表格。程序在开发调试成功后就永久性地驻留在程序存储器中，在机器断电状态下代码也不会丢失。程序存储器在操作运营过程中只读不写，因

37、而又被称为只读存储器ROM（Read Only Memory）。 AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的迅速擦写存储器Flash Memory，编码和擦除完全是电气实现。编程和擦除速度快，可以使用通用的编程器脱机编程，也可在线编程。在单片机中，用随机存储器RAM（Read Access Memory）来存储程序运营期间的工作变量和数据，因此又被称为数据存储器。AT89C51单片机具有1288位RAM，采用单字节地址。事实上片内的字节地址空间是256字节（00HFFH），其中高128字节地址（80HFFH）被特殊功能寄存器SFR占用，顾客只能使用低128字节单元（00H7FH）来寄存可读写

38、的数据。（3）外围接口电路CPU与外部设备的信息互换都需要通过接口电路来进行。这重要是为理解决CPU的高速解决能力和外部设备低速运营之间的速度匹配问题，并可以有效地提高CPU的工作效率；同步也提高了CPU的对外驱动能力。AT89C51单片机的外围接口电路重要涉及：4个可编程并行I/O口，1个可编程串行口，2个16位的可编程定期器以及中断系统等。（4）时钟振荡电路 时钟振荡电路是CPU所需要的多种定期控制信号的必备单元。CPU只有在时序信号和控制信号的协调工作下，才干执行多种指令。单片机芯片内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需要外接。AT89C51的晶振频率最高为24MHz。3.3.2 引脚排

39、列及功能 AT89C51单片机的封装形式有PDIP，TQFP和PLCC等。图3.10为PDIP封装的引脚排列图。图3.10 PDIP封装的AT89C51引脚排列图（1）电源引脚 电源引脚重要负责单片机的供电，有两根引脚。 VCC（Pin40）：电源端，正电源接4.05.0V电压，正常工作电压+5V。 GND（Pin20）：接地端。 （2）外接晶振或外部振荡器引脚外接晶振或外部振荡器引脚重要负责为单片机的运营提供时钟振荡器，重要有两根引脚。 XTAL1（Pin19）：时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。使用片内振荡器时，连接外部石英晶体和微调电容。 XTAL2（Pin18）：时钟XTAL2脚

40、，片内振荡电路的输出端。使用片内振荡器时，连接外部石英晶体和微调电容。当使用外部振荡器时，引脚XTAL1接受外振荡器信号，XTAL2悬空。（3）输入输出（I/O）端口引脚AT89C51提供了4个8位并行I/O端口，部分引脚有扩展功能。分别简介如下： P0口：即P0.0P0.7（Pin39Pin32）。8位，漏极开路的双向I/O口。P0口做通用I/O口使用时，需加上上拉电阻，变为准双向口。当作为一般输入时，应将输出锁存器置1。P0口可驱动8个TTL负载。 P1口：即P1.0P1.7（Pin1Pin8）。8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。在编程和校验时，可用作输入低8位地址。用作输入时，应先

41、将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。 P2口：即P2.0P2.7（Pin21Pin28）。8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P2口可做一般I/O口使用。用作输入时，应先将输出锁存器置1。P2口可驱动4个TTL负载。 P3口：即P3.0P3.7（Pin10Pin17）。8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P3口可做一般I/O口使用。用作输入时，应先将输出锁存器置1。P3口可驱动4个TTL负载。P3口还提供多种替代功能，如表3.2所列。表3.2 P3口的第二功能引脚替代功能阐明P3.0RXD串行口数据输入（接受数据）P3.1TXD串行口数据输出（发送数据）P3.2外部中断0申请

42、P3.3外部中断1申请P3.4T0定期器0的外部输入（计数输入）P3.5T1定期器1的外部输入（计数输入）P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通（4）复位、控制和选通引脚 复位、控制和选通引脚重要负责单片机程序复位、编程控制及外部程序存储器的选通。 RST（Pin9）：复位输入信号，高电平有效。在振荡器稳定工作时，在RST脚施加两个机器周期（即24个晶振周期）以上的高电平，将器件复位。 （Pin30）：ALE为地址锁存使能端和编程脉冲输入端。 （Pin29）：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。 （Pin31）：为访问内部或外部程序存储器选择信号。当接Vcc时，对ROM的

43、读操作从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。3.3.3 存储器构造AT89系列单片机的存储器特点之一是将程序存储器和数据存储器分开，并有各自的存储空间和访问指令。这种构造的单片机称为哈佛（Harvard）型构造单片机。AT89C51有4个存储空间：片内ROM、片外ROM、片内RAM、片外RAM。其构造如图3.11所示。图3.11 AT89C51存储器构造（1）程序存储器程序存储器是只读存储器，用于寄存程序代码和表格常数。AT89C51片内的ROM为4KB的Flash Memory，地址为0000H0FFFH。AT89C51有16位地址线，寻址空间为64KB，地址范畴为0000HFFF

44、FH。为了满足不同应用的需要，可以进行外部ROM扩展。（2）数据存储器数据存储器是RAM型存储器，用于暂存数据和运算成果等。RAM分为片内RAM和片外RAM。片外RAM用16位地址指针DPTR寻址。最大地址空间是64KB，地址范畴为0000HFFFFH，用MOVX指令访问。片内RAM的地址范畴是00HFFH，用MOV指令访问。片内RAM构造如图3.12所示。图3.12 片内RAM的构造片内RAM可划分为两部分：0H7FH为低128字节地址；80HFFH为高128字节地址。低128字节地址还可分为三个区域： 00H1FH：通用寄存器区。可供顾客用于数据运算和传送过程中的暂存单元。通用寄存器可划分

45、为4个区：0区（00H07H）、1区（08H0FH）、2区（10H17H）、3区（18H1FH）。每个区有8个通用寄存器R0R7。每个寄存器可以用寄存器的名称寻址，也可以用直接字节地址（00H1FH）寻址。 20H2FH：位寻址区，共16字节，128位。这些单元可以按字节操作，也可以按位操作。 30H7FH：字节寻址区，共80字节，顾客使用的一般RAM，可在此开辟堆栈。 高128字节片内RAM，地址空间为80HFFH地址单元，为特殊功能寄存器（SFR）区。SFR的功能是固定的，顾客不能更改。AT89C51共有21个SFR，分散在片内RAM的高128字节中。每个SFR的名称和地址列于表3.3中。

46、表3.3 特殊功能寄存器一览表寄存器符号地址寄存器名称*ACCE0H累加器*BF0HB寄存器*PSWD0H程序状态字SP81H堆栈批示器DPL82H数据指针低8位DPH83H数据指针高8位*IEA8H中断容许控制寄存器*IPB8H中断优先控制寄存器*P080HI/O口0*P190HI/O口1*P2A0HI/O口2*P3B0HI/O口3PCON87H波特率选择寄存器*SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行数据缓冲寄存器*TCON88H定期器控制寄存器TMOD89H定期器方式选择寄存器TL08AH定期器0低8位TL18BH定期器1低8位TH08CH定期器0高8位TH18DH定期器1高8位

47、* 寄存器即可以字节寻址，也可以位寻址。3.3.4 单片机的最小系统（1）复位电路 复位是单片机的初始化操作。其重要功能是将程序计数器PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。复位操作也可使处在死机状态的单片机重新开始运营。单片机复位的原理是在时钟电路开始工作后，在单片机的RST引脚施加24个时钟振荡脉冲（即两个机器周期）以上的高电平，单片机便可以实现复位。在实际应用中，一般采用外部复位电路来进行单片机复位。一般在RST引脚保持10ms以上的高电平，保证单片机可以可靠的复位。单片机的复位电路可以有上电复位、手动复位、手动加上电复位等复位电路。在实际应用的电路中，一般采用即可

48、以手动复位，又可以上电复位的电路，这样可以人工复位单片机系统。这种电路如图3.13所示。上电复位部分的原理也是RC电路的充放电效应。除了系统上电的时候可以给RST引脚一种短暂的高电平以外，当按下按键开关的时候，Vcc通过一种电阻连接到RST引脚，给RST一种高电平；按键松开的时候，RST引脚恢复为低电平，复位完毕。图3.13 手动加上电复位电路（2）时钟振荡电路 振荡器时钟电路用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号。单片机可以采用内部时钟模式和外部时钟模式。内部时钟模式是采用单片机内部振荡器来工作的模式。当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需要在XTAL1和XTAL2引脚接一种晶体振荡器或陶

49、瓷振荡器，并接两个电容后接地即可，如图3.14所示。对电容的规定： 当外界晶体振荡器时，电容值一般选择C1=C2=3010pF； 当外界陶瓷振荡器时，电容值一般选择C1=C2=4010pF。外部时钟模式采用外部振荡器产生时钟信号，直接提供应单片机使用。AT89C51采用CMOS工艺，外部时钟信号接XTAL1引脚，XTAL2引脚悬空。如图3.15所示。 图3.14 内部时钟电路 图3.15 外部时钟电路（3）单片机的最小系统单片机的最小系统是单片机可以工作的最小硬件组合。重要涉及电源、晶体振荡器、复位电路等。AT89C51单片机最小硬件电路如图3.16所示。该电路可以实现复位及程序运营的基本功能

50、。图3.16 单片机最小系统图3.4 射频卡读写电路设计 一种基于U2270B芯片的射频卡读写电路如图3.17所示。该电路采用5V直流电源供电，并具有运用二极管反馈的振荡器控制环路。图3.17 U2270B-5V电源的射频卡读写电路（1）基本工作原理 振荡器频率fosc和阅读器无线电路的谐振频率fres应尽量保持一致。如果不能保持在一定的容限内，多标签的使用及产品的批量化都会遇到诸多困难。此外，失谐时振荡器的调频噪声会转换为解调电路能检测到的调幅噪声，从而减少了有效工作距离。因而需要采用某些调节手段来调节振荡器的频率fosc，使其和无线电路的谐振频率fres能保持在一种误差容许范畴内，这样，天

51、线电路的设计就变得更为容易实现。（2）环路调节原理图3.17中采用了振荡器控制环路，现将这一部分电路单独给出，如图3.18所示，图3.18 振荡器控制环路电感L和电容C构成天线谐振回路。U2270B芯片驱动器输出端（coil1和coil2引脚）的输出电压波形如图3.19（a）所示。在图中T1为coil1引脚输出为低的时间，T2为引脚coil2输出为低的时间。在电阻R1和R2之间测得的相应的天线电路电压波形如图3.19（b）所示。T2a是T2内天线电路电压为负的时间间隔，T2b是T2内天线电路电压为正的时间间隔。图3.19 驱动输出与天线电路电压（3）曼彻斯特码与时钟的时序关系 U2270B芯片

52、接受通道解决后输出的曼彻斯特码基带信号，经output引脚输出至微控制器的I/O端口，微控制器通过软件程序实现对数据的读入。微控制器程序是通过对基带信号电平跳变的检测来鉴别输入的数据码位是0还是1，因此根据数据传播速率来计算下面的基本时间参数，以保证同步和对的的解码。数据基带信号和时钟的时序关系如图3.20所示。图3.20 数据信号和时钟的关系对于曼彻斯特码，数据基带信号的跳变出目前时钟的上跳沿或（和）下跳沿，因此图中数据输出的阴影部分也许是不稳定区。为此，定义了图中的两个时间参数Ts1和TL1用于辨别数据跳变是半时钟周期跳变，还是一种时钟周期的跳变。本课题中EM4100的编码类型设立为曼彻斯

53、特码，载波频率fosc=125kHz，数据传播速率（波特率）fs是RF/64。即fs=125 000/64=1 953.125bit/s，一位数据传播周期Ts=1/fs=512us。则两个时间参数Ts1=3/4Ts=384us,TL1=5/4Ts=640us。4 译码软件设计4.1 总体设计本课题以AT89C51单片机为核心，采用U2270B构成基站读写电路作为硬件环境，并以汇编语言为开发工具，针对EM4100只读式射频卡，进行译码软件设计。开始当射频卡进入基站读写电路所发射的磁场区域时，会产生磁场耦合而获得能量，从而发出一组固定频率的电磁波，当基站电路接受到射频卡发送的电磁波后，通过其内部电

54、路的一系列解决，会在Output端输出与微控制器接口兼容的信号，该信号被微控制器所采集。我们将采集到的信号进行逻辑解决，然后根据曼彻斯特编码规则进行译码和校验，最后将译码出的ID码转换成ASCII码以便系统使用。整个译码软件由四个模块构成：数据采集模块、译码模块、ASCII码转换模块、下一次读卡判断模块。其程序流程图如图4.1所示。译码解决校验位对的否？ N Y 等待下一次读卡判断数据采集 ASCII码转换下一次读卡否？ N Y图4.1 译码软件流程图4.2 具体设计本节分别简介4个模块的工作原理和实现功能，对核心代码予以分析，画出模块流程图清晰直观地展示模块的工作环节。4.2.1 数据采集模

55、块（1）原理 通过对整个读卡系统的分析，数据采集模块应当是本软件的第一模块，当卡进入基站读写电路的感应范畴内，程序开始执行采集操作。数据从U2270B的Output引脚传播到微控制器的I/O口，由数据采集模块检测I/O口的电平值。半个周期内，由采集到的输出电平的状态给出逻辑值。如果半个位周期内，输出电平的状态为低，则逻辑值为0；如果半个周期内，输出电平的状态为高，则逻辑值为1。（2）具体流程一方面计算标签的数据传播率RF/64，标签工作频率典型值为125kHz，数据传播率RF/64=1.95kb/s，计算出接受1个位数据所需要的时钟周期为Ts=512us；那么半个周期为Ts/2=256us。然后拟定采集的范畴，实际中考虑到多种误差的因素，我们将半个周期的采样点范畴拟定在3/4Ts内(即Ts384us)，1个位周期的采样点范畴拟定在3/4Ts和5/4Ts之间(即384us Ts64