基于ARM开发平台的13.56MHz射频读写器的设计 通信工程专业 朱启平
指导教师 田小平 副教授
摘 要 射频识别（Radio frequency identification，RFID）是一种无线射频识别技术，其在物流、货运、消费和访问控制等等方面都有广泛的应用。本文研究了基于ARM开发平台的13.56MHz的RFID读写器的设计。具体方案是通过结合硬件和软件，硬件上设计了电路原理图中的测试探针CPU模块、射频模块、电源模块、串口通信模块、psam加密模块和LED灯指示模块；软件上实现了读写器的嵌入式软件编程，主要包括通过射频模块达到识别电子射频卡、认证电子射频卡、读取和修改电子射频卡内信息等目的。最后，通过上位机软件对一张空白IC卡进行读写功能测试。测试结果表明读写器能顺利完成其基本功能。因此本设计的基于ARM开发平台所设计的RFID读写器能基本实现对近场包装内托RFID系统中IC卡信息的采集功能。
关键词 RFID读写器，ARM嵌入式，LPC1752，MFRC522
1 前言
网络游戏防沉迷系统1.1 选题背景
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种利用射频信号通过空间电磁场的耦合来实现无接触信息传递并通过传递的信息达到识别功能的技术。
RFID的使用频段通常为工业、科学和医疗特别保留的ISM频段。ISM各频段的代表频率分别为6.78MHz、13.56MHz、27.125MHz、40.68MHz、433.92MHz、869.0MHz、915.0MHz、2.45GHz、5.18GHz、24.125GHz以及60GHz等。在这些ISM频段中，13.56MHz是最典型的RFID高频工作频率，该频率的电子标签是实际应用中使用量最大的电子标签之一。这种电子标签被大量地应用在金融卡领域、消费领域和访问控制领域等等，例如在我国使用的二代居民身份证就是频率为13.56MHz的电子标签。因此，研究射频频率为13.56MHz的电子标签读写器具有实际应用的意义。
1.2 本文主要研究内容
本设计首先研究了RFID读写器的基本原理，然后结合硬件和软件设计了一个频率为13.56MHz的RFID读写器。在硬件上，本课题主要侧重于研究读写器的电路原理图和电路
板设计；在软件上，本课题主要是对基于C语言的部分嵌入式读卡程序进行研究。最后通过上位机软件对设计进行实物测试，验证所设计读写器具有基本读写IC卡的功能。
2 RFID基本原理及其开发平台
2.1 RFID系统
RFID技术是指一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用无线射频识别信号空间耦合（电磁感应或者是电磁传播）的传输特性，实现对目标对象的自动识别和修改其信息。一个常用的RFID系统通常由电子标签、读写器和计算机通信网络等三部分构成。图1是RFID系统的结构框图。
图1 RFID系统结构图
2.2 编码技术
2.2.1 信源编码
射频系统中现在普遍使用的信源编码有几种：曼彻斯特（Manchester）编码、反向非归零（NRZ）编码、单级性归零（DBP）编码、密勒（miller）码、改进型密勒码。其中在本设计主要运用到的是曼彻斯特编码、密勒码和密勒改进码。
（1）曼彻斯特编码
曼彻斯又称双相码，它的特点是在半个比特周期时下降沿表示二进制1，上升沿表示二进制0。特点是每个码元的中心均存在点评跳变，若无跳变则视为异常。数控机床数据采集
（2）密勒码
密勒码的电平转换规则是：自然二进制码为1时，半比特周期内用上升沿或下降沿表示。二进制0的编码电平在1比特周期内不改变，但遇到连0的情况时，在第一个0结束时，也就是后一个0开始时电平转换。
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（3）改进型密勒码
改进型密勒编码就是在密勒码的基础上每个边沿都用负脉冲替代。改进的米勒编码在电感耦合式射频识别系统中用于读写器到IC卡的数据传输。很多的脉冲持续时间（）就可以在数据传输过程中保证读写器的高频场中连续供给IC卡能量。
2.2.2 差错控制编码
在数字通信系统中，一般误码是不可避免，而为了减少误码，提高通信可靠性一直是设计通信系统所追求的最主要的目标之一。差错控制编码就是信道编码中为了提高通信的可靠性而发展起来的一种差错控制技术，所以也称信道编码为差错控制编码。
目前，RFID中的差错控制编码主要是采用奇偶检验码和CRC码，它们都属于线性分组码。
传统的无线电技术中的调制技术，根据电磁波的三种不同参数——幅度、频率、相位，可以区分为振幅调制、频率调制和相位调制。所有其他的调制方法都是从这三种类型之中引
申出来的。射频识别系统采用的调制方法是振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）的数字调制方法。
在本设计中所遵循的协议ISO 14443 TYPE A中，规定了13.56MHz射频系统中对IC卡通信所采用的是100%ASK调制和副载波调制。因此本文也是重点研究这两种调制方法。
2.3.1 100%ASK调制
振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其中频率和初始相位保持不变。在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应着二进制信息0和1。其中已调波的键控度的表达式为：
公式（1）
式中A、B分别为已调波的峰峰值。
因此，100%ASK就是式中B值为0，所以在调制中用零电平来表示二进制0，用高电平表示二进制1。其表达式为：
公式（2）
其中
公式（3）智能感应垃圾桶
式中：为码元持续时间；g(t)为持续时间的基带脉冲波形；是第n个符号的电平取值。在这里的取值在0和1之间。
2.3.2 副载波调制
13.56MHz的RFID系统中的副载波是指在IC卡中经过对本地13.56MHz频率信号进行分频后得到的847k方波信号，然后用该方波信号对编码后的IC卡信号进行调制，这个过程就叫做副载波调制。在TYPE A中使用847k副载波OOK调制，在TYPE B中使用847k副载波BPSK调制。
在IC卡中，再用副载波调制信号来控制IC卡中的一个按键闭合与断开进而改变IC卡端的负载。如图2所示，RFID中读写器和IC卡端等效电路。
图2 副载波调制原理图
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