【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 元，調(diào)制器，解調(diào)器以及信號(hào)譯碼單元在閱讀器和標(biāo)簽之間都存在。數(shù)字信號(hào)的傳輸分為基帶傳輸和頻帶傳輸兩種方式。信息發(fā)出的信號(hào)未經(jīng)調(diào)制或頻譜交換，直接在有效頻帶與信號(hào)頻譜相對(duì)應(yīng)的信道上傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q(chēng)為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。為了適應(yīng)信道傳輸特性而將數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，即將數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到某一載頻處，變?yōu)轭l帶傳輸?shù)姆绞椒Q(chēng)為頻帶傳輸。 基帶中的編碼 一般終端設(shè)備（如計(jì)算機(jī)，單片機(jī)）產(chǎn)生的電信號(hào)為單極性碼，這種信號(hào)稱(chēng)為原始電信號(hào)。原始信號(hào)由于由直流分量等原因不適宜在基帶系統(tǒng)信道中傳輸。原始信號(hào)必須經(jīng)過(guò)編碼變換為一定碼型的基帶信號(hào)后才適合在信道中傳輸?；鶐盘?hào)的碼型多種多樣，并不是所有的基帶信號(hào)碼型都適合在信道中傳輸。在 RFID 系統(tǒng)中常用的碼型有曼徹斯特碼和米勒碼。本課題中使用的碼型是曼徹斯特碼。曼徹斯特碼（Manchester 碼），又稱(chēng)為雙相碼。它的特點(diǎn)是每個(gè)碼元用兩個(gè)連續(xù)相反的脈沖表示。編碼規(guī)則之一為：“0”用“01”兩位碼來(lái)表示，“1”用“10”兩位碼來(lái)表示。例如：指令信息閱讀器 噪聲無(wú)線信道RFID 標(biāo)簽基帶信號(hào)編碼載波調(diào)制載波調(diào)制基帶信號(hào)譯碼沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文5消息碼：1 1 0 0 1 0 1雙相碼：10 10 01 01 10 01 10曼徹斯特碼是一種雙極性波形，只有極性相反的兩個(gè)電平。它在每個(gè)碼元間隔中心點(diǎn)都存在電平跳變，所以含有豐富的定時(shí)信息，且沒(méi)有直流分量，編碼過(guò)程也簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是占用帶寬加倍，使頻帶利用率低。 數(shù)字調(diào)制技術(shù)在實(shí)際通信中大多數(shù)信道都具有帶通傳輸特性，不能直接傳輸基帶信號(hào)，必須借助載波調(diào)制進(jìn)行頻率搬移，將數(shù)字基帶信號(hào)變成適于信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號(hào)。調(diào)制就是使基帶信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）控制載波（沒(méi)有被調(diào)制的電磁波，通常為正弦信號(hào)）的某個(gè)（幾個(gè)）參數(shù)，使這一（或幾）個(gè)參數(shù)按照基帶信號(hào)的變化規(guī)律而變化的過(guò)程。調(diào)制后所得的信號(hào)稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)或頻帶信號(hào)。經(jīng)過(guò)調(diào)制后的已調(diào)信號(hào)應(yīng)該具有兩個(gè)基本特征：一是仍然攜帶消息；二是適合于信道傳輸。RFID 系統(tǒng)使用的方式是數(shù)字調(diào)制方式。調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)時(shí)的調(diào)制方式統(tǒng)稱(chēng)為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。二進(jìn)制調(diào)制常分為二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK）、二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)和二進(jìn)制相移鍵控(2PSK 和 2DPSK)三種。本課題中的 RFID 系統(tǒng)涉及到的是二進(jìn)制幅移鍵控。下面做簡(jiǎn)要介紹。二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK）方法是數(shù)字調(diào)制技術(shù)中最早出現(xiàn)的，也是最簡(jiǎn)單的一種調(diào)制方法。（1）2ASK 信號(hào)的時(shí)域表達(dá)假定載波信號(hào) C(t)=cos(wct)，設(shè)信息源發(fā)出的序列是由二進(jìn)制符號(hào) 0 和 1 組成，假設(shè) 0 符號(hào)出現(xiàn)的概率為 P,1 符號(hào)出現(xiàn)的概率為 1P，二者彼此獨(dú)立。該二進(jìn)制基帶信號(hào)序列可表示為 （）式（）中，T s——二進(jìn)制基帶信號(hào)序列（碼元）的時(shí)間間隔； g(t)——調(diào)制信號(hào)的脈沖表達(dá)式； an——二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；其取值服從下述關(guān)系： 0, 出現(xiàn)的概率為 P)nTt(aS(t)s???gn沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文6 an = （） 1，出現(xiàn)的概率為 1P 則二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)可以表示成一個(gè)單極性矩形脈沖序列與一個(gè)正弦形載波的相乘，它的時(shí)域表達(dá)式為 （ ）（2）2ASK 信號(hào)的產(chǎn)生 2ASK 信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種，如圖 所示。圖 (a)是通過(guò)二進(jìn)制基帶信號(hào)序列 S(t)與載波直接相乘而產(chǎn)生 2ASK 信號(hào)的模擬調(diào)制法。圖 (b)是一種鍵控法，這里的電子開(kāi)關(guān)受調(diào)制信號(hào) S(t)的控制。 開(kāi)關(guān)電路 cos(wct) S(t) S2ASK(t) S2ASK(t) cos(wct) S(t) (a) 模擬調(diào)制法 （b）鍵控法圖 　2ASK 信號(hào)的產(chǎn)生（3）2ASK 信號(hào)的解調(diào) 2ASK 信號(hào)的解調(diào)可以采用非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖 所示。其中，抽樣判決器的最佳判決門(mén)限為 a/2，與接收機(jī)的輸入信號(hào)幅度 a 有關(guān)。抽樣值大于 a/2 時(shí)，判為“1”。抽樣值小于 a/2 時(shí)，判為“0”。t))]cos(wnTg(ta[t)S(tcosw)n2AK???沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文7圖 　2ASK 信號(hào)的接收系統(tǒng)組成方框圖3 125kHz 的 RFID 系統(tǒng) 125kHz 的 RFID 系統(tǒng)屬于低頻 RFID 范圍。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低（無(wú)論是閱讀器還是標(biāo)簽卡片），數(shù)據(jù)量較少（幾十到二百多位），傳輸速率較低（波特率一般低于 10kb/s），操作范圍在幾厘米左右，應(yīng)用范圍廣。本課題介紹的是比較普及的 EM4100 只讀型標(biāo)簽芯片和 U2270B 基站（閱讀器）芯片。 只讀型芯片 EM4100 EM4100 是瑞士 EM 公司生產(chǎn)的 CMOS 集成電路，用于只讀型 RFID 標(biāo)簽的芯片。EM4100 芯片為非接觸式，無(wú)源，只讀芯片，中心工作頻率為 125kHz。芯片通過(guò)線圈從外部電磁場(chǎng)獲得供電和時(shí)鐘。通過(guò)開(kāi)通和斷開(kāi)調(diào)制電路，該芯片將發(fā)送出原先在工廠就寫(xiě)入存儲(chǔ)陣列的 64 位信息。這是用激光寫(xiě)入硅片永久保存的每芯片唯一的編碼。芯片的內(nèi)部數(shù)據(jù)框圖如圖 所示。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文8注：a 處只有當(dāng) psk 方式時(shí)打開(kāi)。圖 EM4100 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（1）存儲(chǔ)器陣列EM4100 的存儲(chǔ)器是 EEPROM，存儲(chǔ)容量為 64 位，分 5 組信息：9 位用于前導(dǎo)，10 行奇偶校驗(yàn)位（P0 ～P9），4 列偶校驗(yàn)位（PC0～PC3），40 個(gè)數(shù)據(jù)位（D00～D93），還有一個(gè)停止位 S0 設(shè)置為邏輯 0，見(jiàn)圖 。圖 存儲(chǔ)陣列中的 64 位數(shù)據(jù)前導(dǎo)是開(kāi)始的 9 位，全是 1。由于數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)的結(jié)合，這種序列不可能在數(shù)據(jù)串中重復(fù)出現(xiàn)。前導(dǎo)后面的 10 組四個(gè)數(shù)據(jù)位有 100 億種組合，還有每行的偶校驗(yàn)位。最后一行是 4 列的偶校驗(yàn)位。S0 是停止位，被寫(xiě)成 0。位 D00～D03 和 D10～D13 是客戶(hù)特定的識(shí)別碼。64 位串行輸出控制調(diào)制器。當(dāng) 64 位數(shù)據(jù)串輸出后，這個(gè)序列輸出又重復(fù)進(jìn)行，直到掉電為止。（2）序列發(fā)生器 給存儲(chǔ)陣列尋址和對(duì)串行數(shù)據(jù)編碼輸出提供全部所需的信號(hào)。有三種掩膜編碼方式可用。它們是曼徹斯特、雙相位和 PSK。前兩種方式的波特率是載波頻率（RF ）的64 或 32 分之一。本課題使用曼徹斯特碼，波特率設(shè)置為載波頻率的 64 分之一，即RF/64。 基站芯片 U2270B沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文9 U2270B 是低頻 RFID 讀寫(xiě)基站的一款專(zhuān)用集成電路，由德國(guó) Temic 公司生產(chǎn)（已轉(zhuǎn)入 ATMEL 公司）。它的組成有：給標(biāo)簽收發(fā)器提供能量的發(fā)送電路，片內(nèi)電源，振蕩器和線圈驅(qū)動(dòng)器，還有所有信號(hào)的處理電路；它們最終輸出微處理器可以接收的信號(hào)。U2270B 制作的基站適合對(duì)前面介紹的 EM4100 及其兼容的那些類(lèi)型的標(biāo)簽。它是面世較早的一類(lèi) IC，應(yīng)用比較廣泛。圖 是 U2270B 與 EM4100 組建的低頻RFID 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 閱讀器 電子標(biāo)簽圖 U2270B 與 EM4100 芯片組建的 RFID 系統(tǒng)U2270B 芯片封裝外形見(jiàn)圖 。引腳說(shuō)明見(jiàn)表 。圖 U2270B 芯片封裝外形沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文10表 U2270B 引腳說(shuō)明表引腳號(hào) 符號(hào) 功能 引腳號(hào) 符號(hào) 功能1 GND 地線 9 Coil1 線圈驅(qū)動(dòng)器 12 Output 數(shù)據(jù)輸出 10 VEXT 外部電源供應(yīng)3 OE數(shù)據(jù)輸出使能 11 DVs 驅(qū)動(dòng)器電壓4 Input 數(shù)據(jù)輸入 12 Vbatt 電池電壓5 MS 共模/差分模式選擇 13 Standby 待命輸入6 CFE 載波頻率使能 14 Vs 內(nèi)部電源供電（5V）7 DGND 驅(qū)動(dòng)器地線 15 RF 頻率調(diào)整8 Coil2 線圈驅(qū)動(dòng)器 2 16 HIPASS 高通濾波電容U2270B 基站閱讀器的基本性能如下：①載波頻率 fosc 范圍為 100～150kHz 。②fosc 為 125kHz 時(shí)，典型的數(shù)據(jù)傳送率為 5kb/s。③適用的調(diào)制方式為曼徹斯特碼和雙相位碼。④可由 5V 的穩(wěn)壓電源或車(chē)輛蓄電池供電。⑤調(diào)諧能力。⑥與微控制器有兼容的接口。⑦處于等待工作方式時(shí)，其功耗甚低。⑧有為微控制器供電的輸出端。U2270B 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11圖 U2270B 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖下面簡(jiǎn)單介紹各功能快。（1）電源（power supply）U2270B 可以用單一的穩(wěn)定電源，也可以用雙電源或不規(guī)則的車(chē)載電源。其中 +5V 單電源是一般常用的。相應(yīng)電路如圖 和 所示。 圖 穩(wěn)定的 5V 電源 圖 穩(wěn)定的雙電源沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文12 （2）振蕩器片內(nèi)振蕩器的頻率可由饋入 RF 引腳的電流控制，頻率調(diào)節(jié)電路如圖 所示。通過(guò)改變電阻 Rf 的大小，可以對(duì)振蕩器頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。由振蕩頻率 f0 ,可用式（）計(jì)算出電阻 Rf。當(dāng)振蕩頻率 f0 為 125kHz 時(shí)，電阻 Rf 的阻值為 110kΩ。Rf =14375/f0（kHz） 5 (kΩ) ()圖 頻率調(diào)節(jié)電路的等效電路 微控制器 AT89C51AT89 系列單片機(jī)是 ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位 Flash 單片機(jī)。 AT89 系列單片機(jī)一共由 7 種典型型號(hào)。其中標(biāo)準(zhǔn)型號(hào) AT89C51 作為 AT89 系列的主流機(jī)型，在嵌入式控制系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。AT89C51 單片機(jī)與 Intel 80C51 單片機(jī)在引腳排列、工作特性、硬件組成、指令系統(tǒng)等方面完全兼容。其主要工作特性是：1　內(nèi)含 4KB 的 Flash 存儲(chǔ)器，擦寫(xiě)次數(shù) 1000 次；2　內(nèi)含 128 字節(jié)的 RAM；3　具有 32 跟可編程 I/O 線；4　具有 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器；5　具有 6 個(gè)中斷源、5 個(gè)中斷矢量、2 級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；6　具有一個(gè)全雙工的可編程串行通信接口；7　具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針 DPTR；8　兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式；9　具有三級(jí)程序鎖定位；10　AT89C51 的工作典型電源電壓為 5(1 )V；?11　AT89C51 最高工作頻率為 24MHz。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文13 單片機(jī)的基本組成單片機(jī)的基本組成如圖 所示。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明各部分的組成及功能。（1）中央處理器 單片機(jī)的中央處理器（CPU）是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制操作。中央處理器主要包括運(yùn)算器和控制器兩部分。圖 單片機(jī)的基本組成（2）存儲(chǔ)器單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器主要用來(lái)存儲(chǔ)指令代碼和一些常數(shù)及表格。程序在開(kāi)發(fā)調(diào)試成功后就永久性地駐留在程序存儲(chǔ)器中，在機(jī)器斷電狀態(tài)下代碼也不會(huì)丟失。程序存儲(chǔ)器在操作運(yùn)行過(guò)程中只讀不寫(xiě)，因而又被稱(chēng)為只讀存儲(chǔ)器 ROM（Read Only Memory）。 AT89C51 單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器采用 4KB 的快速擦寫(xiě)存儲(chǔ)器 Flash Memory，編碼和擦除完全是電氣實(shí)現(xiàn)。編程和擦除速度快，可以使用通用的編程器脫機(jī)編程，也可在線編程。在單片機(jī)中，用隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM（Read Access Memory）來(lái)存儲(chǔ)程序運(yùn)行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，所以又被稱(chēng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。AT89C51 單片機(jī)含有 1288 位 RAM，采用單字節(jié)地址。實(shí)際上片內(nèi)的字節(jié)地址沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文14空間是 256 字節(jié)（00H～FFH），其中高 128 字節(jié)地址（80H～FFH ）被特殊功能寄存器 SFR 占用，用戶(hù)只能使用低 128 字節(jié)單元（00H～7FH）來(lái)存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。（3）外圍接口電路CPU 與外部設(shè)備的信息交換都需要通過(guò)接口電路來(lái)進(jìn)行。這主要是為了解決 CPU的高速處理能力和外部設(shè)備低速運(yùn)行之間的速度匹配問(wèn)題，并可以有效地提高 CPU 的工作效率；同時(shí)也提高了 CPU 的對(duì)外驅(qū)動(dòng)能力。AT89C51 單片機(jī)的外圍接口電路主要包括：4 個(gè)可編程并行 I/O 口，1 個(gè)可編程串行口，2 個(gè) 16 位的可編程定時(shí)器以及中斷系統(tǒng)等。（4）時(shí)鐘振蕩電路 時(shí)鐘振蕩電路是 CPU 所需要的各種定時(shí)控制信號(hào)的必備單元。CPU 只有在時(shí)序信號(hào)和控制信號(hào)的協(xié)調(diào)工作下，才能執(zhí)行各種指令。單片機(jī)芯片內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需