一、引言
RFID（Radio Frequency Identification）即無線射頻識別系統(tǒng)達，也稱為無線IC 標簽、電子標簽、感應(yīng)式電子芯片、非接觸卡等，它是一種透過無線電波來到非接觸的資料獲取和存取的技術(shù)，即一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。自2004 年以來，與RFID 技術(shù)相關(guān)的文章在各個媒體上不斷涌現(xiàn)相關(guān)的報道讓這個歷史其實并不短的技術(shù)在短時間內(nèi)成為國際追逐的焦點。從全球巨型商業(yè)帝國沃爾瑪，到國際IT 巨頭IBM、HP、微軟等等，從美國國防部到中國國家標準委，全都在RFID魔棒的指揮下舞蹈起來。本文所論述的工作，主要是在基于Philips系統(tǒng)的RFID 讀卡器的軟件設(shè)計及其調(diào)試。具體來說，主要是在利用AT89S51 單片機控制Philips 的RFID 芯片，讀取射頻卡上的信息，并將其顯示在數(shù)碼管上。
二、基本原理及相關(guān)理論
1．RFID 標簽的組成
（1）讀寫器：也是由天線、信號收發(fā)報機與譯碼器組成。RFID 標簽上的芯片被激活啟動后，就進行需要的讀出、寫入數(shù)據(jù)操作，讀寫器可把通過天線得到的標簽芯片中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過譯碼器進行譯碼，送往主計算機處理。
（2）天線：標簽和讀寫器收發(fā)報機之間的管道，通過天線來控制系統(tǒng)信號的獲得與交換。天線的形狀和大小有多種多樣，例如可以裝在門框上，接收從該門通過的人或物品的相關(guān)數(shù)據(jù)；還可安裝在適當(dāng)?shù)攸c監(jiān)控道路上的交通情況等。
（3）標簽：其核心部分是發(fā)射機應(yīng)答器，能夠接收并發(fā)送信號，一般被做成低功率的集成電路，與外部的電磁波或電磁感應(yīng)相互作用，產(chǎn)生RFID 標簽工作時所需的功率并進行數(shù)據(jù)傳輸。RFID 標簽通常是由印刷層、芯片層與底層構(gòu)成。芯片層在印刷層與底層之間，是標簽的核心部分，芯片層不能承受印刷壓力，因此通常的做法是先印好印刷層，做好底層，再與芯片層復(fù)合。
2．RFID 讀卡器工作原理
RFID（射頻識別）系統(tǒng)由兩部分組成：讀/寫單元和電子收發(fā)器。讀寫器通過天線發(fā)出一定頻率的射頻信號，當(dāng)射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去。系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作。讀寫器的控制單元的功能包括：與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令；控制與射頻卡的通信過程（主—從原則）；信號的編解碼。對一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行防沖突算法，對射頻卡與讀寫器間要傳送的數(shù)據(jù)進行加密和解密，以及進行射頻卡和讀寫器間的身份驗證等附加功能。射頻識別系統(tǒng)的讀寫距離是一個很關(guān)鍵的參數(shù)。目前，長距離射頻識別系統(tǒng)的價格還很貴，因此尋找提高其讀寫距離的方法很重要。影響射頻卡讀寫距離的因素包括天線工作頻率、讀寫器的射頻輸出功率、讀寫器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線及諧振電路的Q 值、天線方向、讀寫器和射頻卡的耦合度，以及射頻卡本身獲得的能量及發(fā)送信息的能量等。大多數(shù)系統(tǒng)的讀取距離和寫入距離是不同的，寫入距離大約是讀取距離的40%～80%。系統(tǒng)工作原理如圖1 所示。
三、讀卡器軟件部分設(shè)計
本次設(shè)計的目的是設(shè)計一款應(yīng)用于13.56MHz 的射頻讀卡器，使其能非接觸地讀取IC 卡信息，使信息準確無誤地顯示在數(shù)碼管上，并保證一定的讀卡距離。
編程平臺：Keil uVision2；程序燒錄軟件：AtmelMicrocontroller ISP Software
1．對IC卡操作的流程如圖2 所示。
（1）初始化：初始化就是對MF RC500 的32 個寄存器進行設(shè)置。MF RC500 在復(fù)位引腳RSTPD 腳由高變低的時候復(fù)位，延時的長度由系統(tǒng)晶振頻率決定， 本系統(tǒng)的晶振頻率是13.56MHz。初始化程序流程圖如圖3 所示。
（2）發(fā)送請求：發(fā)送請求命令過程為ISO/IEC14443 TYPE A 通信協(xié)議中的REQA 命令。借助RC500 的TRANSCEIVE 命令將REQA 命令發(fā)送至IC 卡，并接收返回的數(shù)據(jù)。發(fā)送請求命令的作用就是搜尋有無IC 卡靠近，跟據(jù)返回得數(shù)據(jù)判斷有無需要與之通信的IC 卡。
請求模式有Request all 和Request std 兩種。Request all 指令是非連續(xù)性的讀卡指令，只讀一次。但有個例外，當(dāng)某一次Request all 指令讀卡片失敗時，例如，卡片沒能通過密碼認證或其它原因而出錯時，Request all 指令將連續(xù)地讀卡，直到讀卡成功才進入非連續(xù)性的讀卡模式。
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