level 8
蓝色世界树
楼主
1、作品简介
无线射频识别，即RFID(RadioFrequencyIdentification)是利用感应、电磁场或电磁波为传输手段，完成非接触式双向通信、获取相关数据的一种非接触式IC卡自动识别技术。该技术完成识别工作时无须人工干预，易于实现自动化且不易损坏，操作快捷方便，已经得到了广泛的应用。比如：公交卡、钥匙门禁卡等等。
RFID系统的分类方法有很多，在通常应用中都是根据频率来分，根据不同的工作频率，可将其分为低频(120～135kHz)、高频(10～15MHz)、超高频(850～960MHz)、微波(2．45～5．8GHz)等。
本文介绍的这个电子制作是工作于125KHz的低频卡，该读卡器所使用的主控芯片是Em4095和ST单片机STM8S003。系统具有电路简洁，用料少的特点，主要实现了对广泛使用于钥匙扣的无源只读卡（EM4100型ID卡或兼容卡）的数据读取。
2、作品亮点
①主控采用瑞士EM公司出品的专用读卡芯片EM4095，电路简洁、稳定。
②信号解码部分采用超低成本1.X元的意法半导体8位单片机STM8S003F3P6完成。
③单片机端采用“自适应算法”实现对RFID输出信号（曼彻斯特编码解码）的解码，具有不受单片机时钟信号快慢、精度的影响，实现了稳定的解码输出、且读卡距离远。
3、系统框架
此系统的基本工作原理并不复杂：卡主控制器EM4095持续不断发出125KHz的射频场信号，当标签（EM4100）进入该作用范围后，标签凭借感应电流所获得的能量发送出存储在该芯片中的产品信息（包含40位的ID），接着EM4095的模拟前端输出该已解调好的原始信号，以曼彻斯特编码的方式送至中央信息系统（单片机）进行ID的解析。
4、硬件原理图描述
原理图分为多个部分，下面逐个介绍：
第一部分：读卡器主控EM4095部分的硬件电路
备注说明：上图中，是一个载波频率125K（范围100K～150KHz）RFID的阅读芯片（内部集成调制/解调器——曼彻斯特编码），它完成模拟前端的收发和基站信号的解调输出；而J2是一个P2.54插座接口，需接到一个尺寸为36×65mm的铜线绕制的矩形线圈。该电路的具体工作过程可描述如下：
EM4095的引脚SHD和MOD用来操作设备。当SHD为高电平的时候，EM4095为睡眠模式，电流消耗最小。在上电的时候，SHD输入必须是高电平，用来使能正确的初始化操作。当SHD为低电平的时候，回路允许发射射频场，并且开始对天线上的振幅调制信号进行解调。
引脚MOD是用来对125KHz射频信号进行调制的。事实上，当你1）在该引脚上施加高电平时，你将把天线驱动阻塞，并关掉电磁场；2）在该引脚上施加低电平，将使片上VCO进入自由运行模式，天线上将出现没有经过调制的125KHz的载波。EM4095用作只读模式，引脚MOD没有使用，推荐将它连接至VSS。
锁相环由环滤波、电压控制振荡器和相比较模块组成。通过使用外部电容分压，DEMOD_IN引脚上得到天线上的真实的高电压。这个信号的相和驱动天线驱动器的信号的相进行比较。所以锁相环可以将载波频率锁定在天线的谐振频率上。根据天线种类的不同，系统的谐振频率可以在100kHz到150kHz之间的范围内。当谐振频率在这一范围内的时候，它就会被锁相环锁定。
接收模块解调的输入信号是天线上的电压信号。DEMOD_IN引脚也同来做接收链路的输入信号。DEMOD_IN输入信号的级别应该低于VDD-0.5V，高于VSS+0.5V。通过外部电容分压可以调节输入信号的级别。分压器增加的电容必须通过相对较小的谐振电容来补偿。振幅调制解调策略是基于“振幅调制同步解调”技术的。接收链路由采样和保持、直流偏置取消、带通滤波和比较器组成。DEMOD_IN上的直流电压信号通过内部电阻设置在AGND引脚上。AM信号被采样，采样通过VCO时钟进行同步，所有的信号直流成分被CDEC电容移除。进一步的滤波把剩下的载波信号、二阶高通滤波器和CDC2带来的高频和低频噪声进一步移除。经过放大和滤波的接收信号传输到异步比较器，比较器的输出被缓存至DEMOD_OUT。
RDY/CLK这个信号为外部微处理器提供ANT1上信号的同步时钟以及EM4095内部状态的信息。ANT1上的同步时钟表示PLL被锁定并且接收链路操作点被设置。当SHD为高电平时，RDY/CLK引脚被强制为低电平。当SHD上的电平由高转低时，PLL为锁定状态，接收链路工作。经过时间Tset后，PLL被锁定，接收链路操作点已经建立。这时候，传送到ANT1上的信号同时也传送至RDY/CLK，提示微处理器可以开始观察DEMOD_OUT上的信号和于此同时的时钟信号。当MOD为高电平时，ANT驱动器关闭，但此时RDY/CLK引脚上的时钟信号仍然在继续。当SHD引脚上的电平从高到低之后，经过时间Tset后，RDY/CLK引脚上的信号被100kΩ的下拉电阻拉低。这样做的原因是为了标签的AM调制低于100％情况下RDY/CLK的扩展功能。在这种情况下它被用来做为辅助驱动器。该辅助驱动器在调制时使线圈上保持较低的振幅。
第二部分：信号解码单元（单片机部分）
备注说明：如上图所示，信号解码单元，由ST意法半导体单片机STM8S003F3P6完成，其中，Q1和B1组成了一个声音提示功能单元，由单片机内置的硬件BEEPER单元完成。P1接口是单片机的下载和仿真接口，读者可使用ST-LINK/V2开发工具进行操作。复位单元中，D2的用途是当关断系统电源VCC时，加快C8电压的释放，确保单片机下次上电的正常复位和启动。实际工作中，C26、C27、Y1组成的时钟产Th电路可省掉，而直接使用单片机内部的RC时钟源。PD3作为一个GPIO端口对
EM4095进行ONOFF控制，可控制系统的功耗；而EM4095的RFID输出信号（曼彻斯特编码解码）接到单片机的PD3端口（SIN）进行解码，解码完成后的信号由单片机的Uart串口接口进行对外输出。LED2和LED3是工作指示灯。
第三部分：系统的供电电源部分
备注说明：如上图所示，F1是可恢复保险丝(0.5A)，U1是5.0V的LDOLM1117。
D1的作用是尽量防止电源接错而导致U1的损坏。VCC产Th的电压是5V给系统供电。
2017年08月18日 03点08分
1
无线射频识别，即RFID(RadioFrequencyIdentification)是利用感应、电磁场或电磁波为传输手段，完成非接触式双向通信、获取相关数据的一种非接触式IC卡自动识别技术。该技术完成识别工作时无须人工干预，易于实现自动化且不易损坏，操作快捷方便，已经得到了广泛的应用。比如：公交卡、钥匙门禁卡等等。
RFID系统的分类方法有很多，在通常应用中都是根据频率来分，根据不同的工作频率，可将其分为低频(120～135kHz)、高频(10～15MHz)、超高频(850～960MHz)、微波(2．45～5．8GHz)等。
本文介绍的这个电子制作是工作于125KHz的低频卡，该读卡器所使用的主控芯片是Em4095和ST单片机STM8S003。系统具有电路简洁，用料少的特点，主要实现了对广泛使用于钥匙扣的无源只读卡（EM4100型ID卡或兼容卡）的数据读取。
2、作品亮点①主控采用瑞士EM公司出品的专用读卡芯片EM4095，电路简洁、稳定。
②信号解码部分采用超低成本1.X元的意法半导体8位单片机STM8S003F3P6完成。
③单片机端采用“自适应算法”实现对RFID输出信号（曼彻斯特编码解码）的解码，具有不受单片机时钟信号快慢、精度的影响，实现了稳定的解码输出、且读卡距离远。
3、系统框架
此系统的基本工作原理并不复杂：卡主控制器EM4095持续不断发出125KHz的射频场信号，当标签（EM4100）进入该作用范围后，标签凭借感应电流所获得的能量发送出存储在该芯片中的产品信息（包含40位的ID），接着EM4095的模拟前端输出该已解调好的原始信号，以曼彻斯特编码的方式送至中央信息系统（单片机）进行ID的解析。
4、硬件原理图描述原理图分为多个部分，下面逐个介绍：
第一部分：读卡器主控EM4095部分的硬件电路
备注说明：上图中，是一个载波频率125K（范围100K～150KHz）RFID的阅读芯片（内部集成调制/解调器——曼彻斯特编码），它完成模拟前端的收发和基站信号的解调输出；而J2是一个P2.54插座接口，需接到一个尺寸为36×65mm的铜线绕制的矩形线圈。该电路的具体工作过程可描述如下：EM4095的引脚SHD和MOD用来操作设备。当SHD为高电平的时候，EM4095为睡眠模式，电流消耗最小。在上电的时候，SHD输入必须是高电平，用来使能正确的初始化操作。当SHD为低电平的时候，回路允许发射射频场，并且开始对天线上的振幅调制信号进行解调。
引脚MOD是用来对125KHz射频信号进行调制的。事实上，当你1）在该引脚上施加高电平时，你将把天线驱动阻塞，并关掉电磁场；2）在该引脚上施加低电平，将使片上VCO进入自由运行模式，天线上将出现没有经过调制的125KHz的载波。EM4095用作只读模式，引脚MOD没有使用，推荐将它连接至VSS。
锁相环由环滤波、电压控制振荡器和相比较模块组成。通过使用外部电容分压，DEMOD_IN引脚上得到天线上的真实的高电压。这个信号的相和驱动天线驱动器的信号的相进行比较。所以锁相环可以将载波频率锁定在天线的谐振频率上。根据天线种类的不同，系统的谐振频率可以在100kHz到150kHz之间的范围内。当谐振频率在这一范围内的时候，它就会被锁相环锁定。
接收模块解调的输入信号是天线上的电压信号。DEMOD_IN引脚也同来做接收链路的输入信号。DEMOD_IN输入信号的级别应该低于VDD-0.5V，高于VSS+0.5V。通过外部电容分压可以调节输入信号的级别。分压器增加的电容必须通过相对较小的谐振电容来补偿。振幅调制解调策略是基于“振幅调制同步解调”技术的。接收链路由采样和保持、直流偏置取消、带通滤波和比较器组成。DEMOD_IN上的直流电压信号通过内部电阻设置在AGND引脚上。AM信号被采样，采样通过VCO时钟进行同步，所有的信号直流成分被CDEC电容移除。进一步的滤波把剩下的载波信号、二阶高通滤波器和CDC2带来的高频和低频噪声进一步移除。经过放大和滤波的接收信号传输到异步比较器，比较器的输出被缓存至DEMOD_OUT。
RDY/CLK这个信号为外部微处理器提供ANT1上信号的同步时钟以及EM4095内部状态的信息。ANT1上的同步时钟表示PLL被锁定并且接收链路操作点被设置。当SHD为高电平时，RDY/CLK引脚被强制为低电平。当SHD上的电平由高转低时，PLL为锁定状态，接收链路工作。经过时间Tset后，PLL被锁定，接收链路操作点已经建立。这时候，传送到ANT1上的信号同时也传送至RDY/CLK，提示微处理器可以开始观察DEMOD_OUT上的信号和于此同时的时钟信号。当MOD为高电平时，ANT驱动器关闭，但此时RDY/CLK引脚上的时钟信号仍然在继续。当SHD引脚上的电平从高到低之后，经过时间Tset后，RDY/CLK引脚上的信号被100kΩ的下拉电阻拉低。这样做的原因是为了标签的AM调制低于100％情况下RDY/CLK的扩展功能。在这种情况下它被用来做为辅助驱动器。该辅助驱动器在调制时使线圈上保持较低的振幅。
第二部分：信号解码单元（单片机部分）
备注说明：如上图所示，信号解码单元，由ST意法半导体单片机STM8S003F3P6完成，其中，Q1和B1组成了一个声音提示功能单元，由单片机内置的硬件BEEPER单元完成。P1接口是单片机的下载和仿真接口，读者可使用ST-LINK/V2开发工具进行操作。复位单元中，D2的用途是当关断系统电源VCC时，加快C8电压的释放，确保单片机下次上电的正常复位和启动。实际工作中，C26、C27、Y1组成的时钟产Th电路可省掉，而直接使用单片机内部的RC时钟源。PD3作为一个GPIO端口对EM4095进行ONOFF控制，可控制系统的功耗；而EM4095的RFID输出信号（曼彻斯特编码解码）接到单片机的PD3端口（SIN）进行解码，解码完成后的信号由单片机的Uart串口接口进行对外输出。LED2和LED3是工作指示灯。
第三部分：系统的供电电源部分
备注说明：如上图所示，F1是可恢复保险丝(0.5A)，U1是5.0V的LDOLM1117。D1的作用是尽量防止电源接错而导致U1的损坏。VCC产Th的电压是5V给系统供电。
