篇一：u2270b应用原理
利用曼码调制的非接触IC卡读写程序编制
发布:2012-11-05 | 作者:－－ | 来源: －－ | 查看:45次 | 用户关注： 导 言IC卡又称集成电路卡，它是在大小和普通信用卡相同的塑料卡片上嵌置一个或多个集成电路构成的。集成电路芯片可以是存储器或向处理器。带有存储器的IC卡又称为记忆卡或存储卡，带有微处理器的IC卡又称为智能卡或智慧卡。记忆卡可以存储大量信息；智能卡则不仅具有记忆能力，而且还具有处理信息的功能。因其使用便捷、安全，日益为有关技术领域的工程师所关注。图1 采用e5550/U2270B的
导 言
IC卡又称集成电路卡，它是在大小和普通信用卡相同的塑料卡片上嵌置一个或多个集成电路构成的。集成电路芯片可以是存储器或向处理器。带有存储器的IC卡又称为记忆卡或存储卡，带有微处理器的IC卡又称为智能卡或智慧卡。记忆卡可以存储大量信息；智能卡则不仅具有记忆能力，而且还具有处理信息的功能。因其使用便捷、安全，日益为有关技术领域的工程师所关注。
图1 采用e5550/U2270B的非接触卡读写系统示意图非接触IC卡是一种接口电路。它通过卡上配置的发射机应答器振荡线圈与基站振荡线圈的耦合取得能量，通过必要的通信软件配合，保证卡与基站间实现双向数据交换，如图1所示。
图1 采用e5550/U2270B的非接触卡读写系统示意图
ｅ５５５０是由美国ＴＥＭＩＣ和ＡＴＭＥＬ公司生产的低成本可读／写射频卡芯片。目前国内很多公司均可向用户提供将ｅ５５５０封装成标准射频ＩＣ卡的服务。由于ｅ５５５０可以和低成本的射频卡基站Ｕ２２７０Ｂ构成完整的射频卡应用系统（关于Ｕ２２０Ｂ的介绍参见有关文章），且具有很高的性能价格比，因此在公交系统、餐饮服务系统等领域得到了广泛的应用。
一、 e5550/ U2270B器件组的基本性能
e5550发射机应答器的基本性能如下：
（1） 低供电电压、低功耗CMOS结构的IDIC。
（2） 发射机应答器的电源是通过非接触的线圈耦合获得。
（3） 额定的射频（RF）振荡频率范围为：100～150kHz。
（4） 发射机应答器上带有EEPROM，共分8个（存储）区，每区有33个位，故总共有264个位（见表1）。
（5） 8个（存储）区的首位分别为该区的写保护位"L"。为"1"时，该区为只读区；为"0"时，该区为既可读又可写区。
（6） 8个（存储）区中的第0区为工作方式数据存储区，通常是不发送的，而其他的7个区每个区中各有32位，即总共有224位供用户使用。
（7） 具备增强防护功能，以免非接触卡式EEPROM的误编程。
（8）每一存储区的写操作时间一般不超过50ms。
（9） EEPROM操作的一些其他选项：
· 比特率（位传送率 b/s）--RF/8，RF/16，RF/32，RF/40，RF/50，RF/64，RF/100,RF/128。
· 调制方式--二进制（BIN）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）、曼彻斯特码（Manchester）、双相位码（Biphase）。
· 其他--请求应答、终止方式和口令方式。
U2270B基站读写器的基本性能如下：
（1） 载波频率fOSC范围为100～150kHz。
（2） fOSC为125kHz时，典型的数据传送率为5kb/s。
（3） 适用的调制方式为曼彻斯特码（简称曼码）和双相位码。
（4） 可由5V的稳压电源或汽车蓄电池供电。
（5） 调谐能力。
（6） 与微控制器有兼容的接口。
（7） 处于备用工作方式时，其功耗甚低。
（8） 有一向微控制器供电的输出端。
二、 非接触IC卡的读操作
现仅就IDIC通信中遇到的一些问题，并对通信的核心部分--读写操作做必要的探讨。其意分别为：基站通过MCU进行"读操作"；基站通过MCU进行"写操作"。
e5550和U2270B匹配使用时，根据两者的基本特性，其调制方式只可能在曼码和双相位码中择一。曼码调制时数据传送的规则可用图2加以说明。
图2采用曼码调制的数据表达方式由图2可知，位数据的传送周期（1P）规定了每传送1位数据的时间是固定的，它由RF/n决定。其物理实质是微控制器通过基站与应答器中的存储器（EEPROM）进行数据的读写操作。若载波频率fOSC＝125kHz，位数据传送率选RF/32，则每传送一位的时间（周期）为振荡周期的32分频，故位传送周期为：
1P=1/（125kHz×32）=256&mu
;s
根据我们得到的器件，采用曼码调制的数据，位数据"1"对应着电平下跳，位数据"0"对应着电平上跳（注意：Telefunken半导体公司提供的资料正好与此相反，在一串传送的数据序列中，两个相邻的位数据传送跳变时间间隔应为1P。若相邻的位数据极性相同，则在该两次位数据传送的电平跳变之间，有一次非数据传送的、预备性的。
电平上跳、电平下跳和两个相邻的同极性位数据之间的预备性空跳是确定位数据传送特征的判据。
非接触IC卡在读操作时，另一须关注的问题是传送的位数据序列起始标志和结束标志。请参见图3。
图3 曼码调制的数据串起始/结束标志的时序特
图3曼码调制的数据串起始/结束标志的时序特征图3中，其确切含义见表2。
假定非接触IC卡的存储器内存放的位数据序列为一非空集，则在若干位数据的跳变后，检测到一电平上跳，经过1.5P发生电平下跳，再经过0.5P又发生电平的上跳，则该上跳即为起始标志。
起始标志即为结束标志。这意味着非接触IC卡的存储器内存放的数据包括起始标志（即结束标志）和位数据序列。读操作时，是首尾相接、循环执行的。
识别数据起始标志和数据结束标志，是通过参数stepcnt进行的顺序化判别，故stepcnt为读操作的判据二（首尾检测指标）。
非接触IC卡在读操作时，第三个须要关注的问题是，如何确定1.5P、1P和0.5P三个特征判据？e5550和U2270B的射频振荡频率范围在100～150kHz，当位传送率选择RF/32时，即fOSC经过32分频后，上述的三个参数在不同的fOSC时，处于什么样的范围内呢？请见表3。
由上可知，只要1.5P、1P和0.5P的间期是不重叠的。根据采用100～150kHz和110～140kHz两组数据的对比可见，使用后者更合适。另一个办法是：通过试验，找到合适的间期指数，即可依此作为电平跃变的判别阈。这样，在确保识别能力的前提下，又从工艺上降低了对于振荡回路的频率精度要求。
根据上述振荡频率的变化范围110～140kHz，将编码变化的不同间隔转化成相应的间期指数，具体如表4所列。
1.5P、1P和0.5P是识别数据起始标志、位数据序列和数据结束标志的间期特征值。通过试验，它可用间期指数prdcnt反映，故为读操作的判据三（间期检测指标）。
三、 非接触IC卡的写操作
篇二：我的EM4095中文资料
（1）RFID/' target='_blank'>标签的能量供应
有源标签自带电池，用于给数据载体供电。而无源标签工作所需能量则从射频电磁波束中获取，和有源射频识别系统相比，无源系统需要较大的发射功率，射频 电磁波在标签上经射
频检波、倍压、稳压、存储电路处理，转化为标签工作所需的工作电压。
（2）标签到阅读器的数据传输
标签回送到阅读器的数据传输方式可归结为三类：
①利用负载调制的反射或反向散射方式（反射波的频率与阅读器的发送频率一致）； ②利用阅读器发送频率的次谐波传送标签信息（标签反射波与阅读器的发送频率不同，为其
高次谐波（n倍）或分谐波（1/n倍））；
③其他形式。
EM4095中文资料
所有资料来自网络，网络真是个神奇的东西，感谢那些无私的同行啊。 目录：
1. 框图
2. 原理图
3. 输出波形
4. 解码程序
EM4095的框图：
原理分析;
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。
DVDD和DVSS脚应该分别和VDD以及VSS连接。应该注意到，通过管脚DVDD和DVSS流过的驱动器电流造成的电压降不会引起VDD和VSS上的电压降。在DVSS和DVDD脚之间应该加一个100nF的电容，并使其尽量靠近芯片。这将防止由于天线驱动器引起的电源尖峰。对管脚VSS和VDD进行隔离也是有用的。隔离电容不包含在EM4095的计算表中。所有和管脚DC2/AGND/DMOD_IN相关的电容都应该连接到相同的VSS线上。这条线应该直接和芯片上的管脚VSS相连。该线不能在连接其它元件或者成为为DVSS供电的线路的一部分。因为ANT驱动器使用VDD和VSS提供的电源的级别来为天线驱动，所有电源的所有变化和噪声都将毫无保留的直接影响天线谐振回路。任何将引起天线高压以mV级波动的电源波动都将导致系统性能下降甚至发生故障。特别要注意20kHz的滤波器低频噪声，因为响应器的信号就在这个频率水平上。
AGND管脚上的电容值可以从220nF上升到1uF。电容越大将越明显的减小接收噪声。AGND的电压可以通过外部电容和内部的2kΩ的电阻进行滤波。
EM4095不限制ANT驱动器发出的电流值。这两个输出上的最大绝对值是300mA。对天线谐振回路的设计应该使最大的尖峰电流不超过250mA。如果天线的品质因数很高，这个值就可能超过，则必须通过串联电阻加以限制。
增加Cdc2电容值，将增加接收带宽，进而增加斜坡信号的接收增益。Cdc2的推荐范围是
6.8nF到22nF。Cdec为33nF到220nF。电容值越高，开始上升时间越长。
FCAP引脚上的偏置电压。这个偏置电压补偿了外部天线驱动器引起的相位偏移。这样的相位偏移会导致锁相环在不是天线回路串联谐振频率的频率上工作。为了读头回路的正常操作，这个偏置电压需要根据天线的品质因数和输出部分的滞后来进行调节。在使用高品质因数天线回路并且增强器是必须而且重要的应用产品中，会出现这样的对相位偏移的补偿。所以，这些回路比其它电路对在错误的频率上工作更加敏感。尽管使用了外部解调器，天线信号仍然要进入EM4095。因为它要做为锁相环的参考信号。要使用一个电容分压来减小来自天线的高电压。电阻分压会加重由于输入电容带来的相移效应。
在EM4095 BOOSTER CIRCUIT中，一个高压NMOS三极管隔离了调制时候的放电路径。
所以操作点收到了保护。控制NMOS门的信号必须与MOD信号同步设为低电平，只有在天线上的振幅在调制之后恢复后该信号才可以置高电平。对于高品质因数的天线，天线上的电压较高，读取灵敏性被电容分压器的解调灵敏性限制。通过使用外部检测回路可以提高读取灵敏性。输入取自天线的高压端，直接送入CDEC_IN引脚。可是，PLL锁定仍需要电容分压器。
EM4095只读模式的原理图：
输出的波形：（U2270B跟EM4095输出的波形是差不多的）
下面这个是EM4095读取EM4100卡得到的数据头
解码程序见某位大大的博客，小弟感激涕零：
程序冗长见附录。
工作电压：5V
·ARM微控制器：LM3S101
篇三：125KHz非接触式IC卡原理与应用(全)
125KHz非接触式IC卡原理与应用
第一部分：基本知识
一、简介
IC卡（Integrated Circuit Card）经过20多年的发展，已广泛应用于金融、电信、保险、商业、国防、公共事业等领域。IC卡按外部接口设备的连接方式可分为接触式IC卡和非接触式IC卡（又称射频卡，RFID）两类。接触式IC卡，就是IC卡与外界进行数据通讯时，芯片的电极触点必须与IC卡读写设备直接连接；非接触式IC卡在使用时则无须与IC卡读写器设备直接连接，而是通过无线电波或电磁感应的方式实现与IC卡读写设备的数据通讯。在刷卡速度要求高，用卡环境恶劣，污染严重等环境下，非接触式IC卡有着它特有的优势。
非接触式IC卡成功地解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破，由于其高度安全保密、通信速率高、使用方便、成本日渐低廉等特点而得到广泛使用，主要应用于智能门禁控制、智能门锁、考勤机以及自动收费系统等。
射频卡与接触式IC卡相比有以下优点：
? 可靠性高，无机械接触，从而避免了各种故障；
? 操作方便，快捷，使用时没有方向性，各方向操作；
? 安全和保密性能好，采用双向验证机制。读写器验证IC卡的合法性，同时IC卡验
证读写器的合法性。每张卡均有唯一的序列号。制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化，不可再更改，因此可以说世界上没有两张完全相同的非接触IC卡。 射频卡根据使用频段的不同可分为低频卡和高频卡、超高频卡：
? 低频卡与读写器间通信使用的频段为低频段, 常用频点有125kHz、134kHz； ? 高频卡、超高频卡与读写器间通信使用的频段为高频段, 如13.56MHz、915MHz、
2.45GHz等。
按工作距离的不同也可分为近距离卡和远距离卡：
? 近距离卡与读写器之间的有效作用距离为几厘米到几十厘米以内； ? 远距离卡与读写器之间的有效作用距离可达一到十几米以上。
按操作类型又可分为：低/高频只读型、低/高频无加密读写型、低/高频可加密读写型、多扇区独立加密应用型以及用户自定义分区应用型等。
目前，世界上较有影响、规模较大的RFID生产厂商很多，常用的标签芯片有飞利浦(Philips)公司的Mifare 1 S50/S70、UtraLight IC U10、DESFire MF3 IC D40、I·CODE 1/2、Hitag 1/2/s；德州仪器(TI)公司的 TI_256/2048；爱特梅尔（AtmeL）公司的T5557、e5551；瑞士微电子(μEM)公司的EM41xx系列、EM4034、4035、4069、4135、4150、4450等；意法半导体（ST）公司的SR176、SRIX4K；英赛德（INSIDE）公司的PICOPASS 2K/16K/32K；台湾公司的TK41等等。另外还有瑞士Legic公司、德国英飞凌（Infineon）公司、西门子(Sieme)公司等，都有性能不错的RFID芯片供应市场。
二、RFID系统构成
一个最基本的RFID系统如图1所示，一般包括以下几个部份：
1、RFID卡：RFID卡（标签）作为信息载体，存有目标物所有的相关信息以及与读头之间的交互加密认证信息等。
2、RFID读写器：读写器一般由微处理器（MCU）、RFID基站芯片以及天线三部分构成，它是整个RFID系统的主体，负责读取和写入RFID卡内的信息。
3、上位机（PC机）：上位机系统一般用来与读写器进行通信，使得人机之间的交互更加直观和人性化，同时可以利用PC机丰富的接口资源和强大的存储、处理能力，对读写器进行网络接入、远程控制等操作。
RFID读写器
图1 典型的RFID系统构成
RFID系统以半双工方式在读写器与RFID卡之间双向传递读、写数据。在进行寻卡时, 读写器通过天线向RFID卡片发送已编码的电磁波。进入读写器工作区域的RFID卡接收到此脉冲信号，获取能量，芯片中的射频接口模块由此获得电源电压、复位信号、时钟信号等，同时芯片中有关电路对此信号进行调制、解码、解密, 然后对命令请求、密码认证、操作权限等进行判断。若为允许读命令, 控制逻辑电路则从EEPROM中读取有关信息，经加密、编码、调制后由卡内天线回送给读写器。读写器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至控制器处理。若为允许修改信息的写命令，相关控制逻辑对EEPROM 中的内容进行改写。若经判断其对应的密码认证或权限不符，则返回出错信息，同时禁止任何进一步的非法读写操作。
三、RFID常用的几种编码格式
图2所示为几种RDID系统中常用的编码格式：
数据时钟ACMCBC
1
1
1
1
1
图2 125KHz RFID系统中常用的几种编码格式
抗碰撞码（AC）主要应用在Philips公司的Hitag-s等卡中，为了防止处于同一读写器电磁场范围内的多个卡所发出信号发生碰撞而导致误码，在卡的初始化阶段采用此编码格式。由于数据“1”和数据“0”的频率不同，因而可以较容易区分。
Bi-phase码（BC）全称为双相间隔码编码，其原理是在一个码元周期内采用电平变化来表征数据。如果电平从码元的起始处翻转，表示数据“1”，如果电平除了在码元的起始处翻转，还在码元中间翻转则表示数据“0”，如图2中所示。
图3 曼彻斯特编码中的空跳边沿
曼彻斯特编码（MC）采用上升沿对应数据“0”，下降沿对应数据“1”，微控制器通过检测读卡器输出数据码元的跳变来实现对曼彻斯特码的译码。应注意的是，在连续“0”或“1”出现时，会出现不表征数据的空跳沿，如图3所示。
除了上述三种编码外，在RFID系统中，二进制（BIN）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等编码也很常见，其中曼彻斯特编码的应用最为广泛，几乎所有RFID卡片都支持此编码格式。
第二部分：基站芯片
125KHz RFID的基站读写芯片有很多种，本文对EM4095、HTRC110以及U2270B进行简单的介绍。
一、EM4095
EM4095（原称P4095）是瑞士微电子（μEM）公司生产的一款125KHz RFID基站芯片。该芯片集成相位同步逻辑系统，可以得到与线圈谐振频率相同的载波频率，不需外部晶振，载波频率为100到150kHz，支持多种IC卡传输协议，如EM400X，EM4050、EM4150、EM4070、EM4069等,封装形式为SO16。EM4095一般与天线和微处理器一起使用，仅需很少的外围器件进行DC和RF(本文来自：WWW.xiaocaoFanwEn.cOM 小草范文网:u2270b中文资料)滤波、感应和电源去耦即可正常工作。
EM4095的管脚图与管脚功能定义分别见图4和表1。
表1 EM4095管脚功能定义
图4 EM4095管脚图
EM4095器件的工作受控于逻辑输入SHD和
MOD。
当SHD=1时，EM4095处于休眠状态，功耗
降为最小；在上电时，SHD应为1以实现正确的
初始化。当SHD=0时，允许电路发射射频信号，
开启解调和AM调制，从AM解调模块得到的数
字信号从DEMOD_OUT脚输出，送给微处理器解码和处理。
当MOD=1时，使得主天线驱动与RF（射频）载波同步进入三态状态，VCO和AM解调链路保持MOD升高前的状态。这确保了在MOD释放后可以快速的恢复原有状态。在MOD的下降沿，VCO和AM解调在41个RF时钟之后打开。
在读、写两种状态下读写器线圈和标签线圈处的电平信号形式如图5所示。图中，a) 图为写卡时的信号，读写器线圈输出信号，该信号受控于MOD管脚的电平，MOD=1时，调制信号输出，而当MOD=0时，仅输出载波信号，无数据信息；b)为读卡时的信号形式，EM4095要进行读卡操作时，需要先将MOD置低以无调制的发射载波信号，当标签进入读写器的磁场区域，会自动根据预设模式输出信息，EM4095检测到后，对信号进行解调，解调的数据信
息从DEMOD_OUT管脚输出。
(3) 支持曼彻斯特编码和Bi-phase码。 (4) 可由5V的稳压电源或汽车蓄电池供电。 (5) 具有调谐能力。
(6) 与微控制器有兼容的接口。
(7) 处于待机工作方式时，其功耗甚低。 (8) 有一个向微控制器供电的输出端。
U2270B为SO16贴片封装，其管脚图与管脚功能定义分别见图7和表2。
表2 U2270B管脚功能定义
图7 U2270B管脚图
U2270B的供电有三种模式：
1）单一外部电源供电：所有的内部电路均
由同一个5V电源供电，如图8A)所示此时，VS、
VEXT和DVS脚为输入，VBATT脚不用，但是也
必须接在一起。
2）双外部电源供电：DVS和VEXT比其他电路工作电压要高，以达到较高的驱动输出摆幅，从而得到较强的磁场，而VS接到5V电源上，如图。此种接法下，驱动器电压可以达到8V，适用于通信距离较大的情况下。
A) B)C)
图8 U2279B的三种供电模式
3）12V电池供电：此模式下，电压由VBATT脚输入，与前两种不同在于，1）2）模式下供电电源必须是稳定的直流输入，而此模式不同，无需外部的电压调整电路，只需一个NPN三极管即可。VS和VEXT由内部产生，VEXT为三极管基极供电，同时也可向外部电路（如MCU）提供电源。芯片内部的齐纳二极管向VEXT和VBATT提供过压保护。通过STANDBY管脚可以关闭芯片，但此时VEXT输出不受影响。 表3 磁场耦合因子与电路选择
具体选择哪种供电方式，要根据实际应用环境和设备需求而定。如果应用场合下没有稳压电源提供，而只有7V—16V范围内的不稳定电压，则应选择电池供电模式，使用内部电压调整电路，并且可以向其他电流要求不太高的器件供电；如果已
有直流+5V电源，则可选择单一外部电源供电，但应保证此电源是无噪声的；同时，实际应用中根据所需磁场耦合因子大小，也要选择不同的电路模式，磁场耦合因子由传输距离和天线线圈决定，其与电路形式选择关系如表3所示。
U2270B芯片通过CFE、OE、OUTPUT和STANDBY管脚与MCU接口，来实现读、写等操作。