可讀寫射頻卡芯片分析論文
時(shí)間：2022-06-25 10:22:00
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摘要：介紹了美國TEMIC公司生產(chǎn)的e5550射頻卡的功能和特點(diǎn)，闡述了e5550的使用和操作方法，結(jié)合應(yīng)用實(shí)踐指出了使用e5550射頻卡的注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞：讀／寫；射頻卡；e5550
1e5550的功能特點(diǎn)
1．1e5550的主要特點(diǎn)
e5550是由美國TEMIC和ATMEL公司生產(chǎn)的低成本可讀／寫射頻卡芯片。目前國內(nèi)很多公司均可向用戶提供將e5550封裝成標(biāo)準(zhǔn)射頻IC卡的服務(wù)。由于e5550可以和低成本的射頻卡基站U2270B構(gòu)成完整的射頻卡應(yīng)用系統(tǒng)（關(guān)于U220B的介紹參見有關(guān)文章），且具有很高的性能價(jià)格比，因此在公交系統(tǒng)、餐飲服務(wù)系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。筆者將e5550射頻卡應(yīng)用到高校學(xué)生水電管理系統(tǒng)中，取得了良好的效果。e5550的功能特點(diǎn)如下：
●采用低功耗、低電壓CMOS結(jié)構(gòu)；
●采用非接觸電感耦合方式來獲取電源；
●工作頻率為100～150kHz；
●內(nèi)含264位非易失性存儲(chǔ)器，其中224位可供用戶自由使用；
●具有存儲(chǔ)區(qū)塊保護(hù)和密碼保護(hù)功能；
●位傳送速率可選。根據(jù)需要可以選擇射頻頻率的8、16、32、40、50、64、100、128分頻速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；
●能提供二進(jìn)制碼、幅移鍵控、頻移鍵控、曼徹斯特編碼和雙相位碼多種調(diào)制方式；
●具有多種工作方式可供選擇。
1．2e5550的引腳功能
e5550采用DOW和SO8兩種封裝形式，采用SO8封裝的引腳排列如圖1所示，由于芯片的工作電源是通過連接在引腳1和引腳8的天線感應(yīng)獲得的，因此將e5550芯片封裝到卡內(nèi)時(shí)，第2～7引腳是開路的。e5550的引腳功能描述見表1所列。
表1e5550引腳功能描述
引腳號(hào)引腳名稱功能描述
1Coil2天線連接端2
2Test測試引腳
3Test測試引腳
4Vss負(fù)電源（地）
5Vdd正電源
6Test測試引腳
7NC空引腳
8Coill天線連接端1
2內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作模式設(shè)置
圖2是e5550內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，現(xiàn)將各主要功能模塊介紹如下：
2．1e5550的內(nèi)部主要功能模塊
（1）模擬信號(hào)處理前端
模擬信號(hào)處理前端一般與射頻卡天線直接連接，它通過射頻卡天線與射頻卡讀寫器基站（以下簡稱基站）天線的電感耦合作用來為芯片提供工作電源，同時(shí)通過磁場進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送。它主要由可對(duì)天線感應(yīng)的交流電壓進(jìn)行整流的整流回路、時(shí)鐘信號(hào)拾取回路、用于向基站傳輸數(shù)據(jù)的可關(guān)斷負(fù)載和用于從基站接收數(shù)據(jù)的磁場間隙檢測器構(gòu)成。
（2）主控制器
主控制器回路主要用于完成以下功能：
●上電后從EEPROM中的“0”數(shù)據(jù)塊讀取工作模式
●控制對(duì)寄存器的讀／寫訪問
●進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和錯(cuò)誤信息處理
●對(duì)傳送數(shù)據(jù)流的操作碼進(jìn)行解碼
●在密碼保護(hù)模式下進(jìn)行密碼驗(yàn)證。
（3）位速率發(fā)生器
由于e5550有多種數(shù)據(jù)傳送速率可供用戶選擇，因此，通過位速率發(fā)生器可按照用戶設(shè)定的數(shù)據(jù)傳送速率來產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)。
（4）寫譯碼器
對(duì)e5550的寫操作是靠嚴(yán)格控制磁場間隙的時(shí)間來完成的，數(shù)據(jù)“0”和“1”對(duì)應(yīng)著不同的磁場寬度。該回路主要用于從帶有間隙的磁場中檢出真實(shí)數(shù)據(jù)流。
（5）模式寄存器
模式寄存器是一個(gè)32位RAM，主要用于存儲(chǔ)從EEPROM的“0”數(shù)據(jù)塊讀出的用戶模式設(shè)置數(shù)據(jù)，每次上電后或程序復(fù)位后將自動(dòng)執(zhí)行一次調(diào)用操作。
（6）調(diào)制器
調(diào)制器用于對(duì)基站傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制方式可由用戶在曼徹斯特編碼、二進(jìn)制編碼和雙相位碼中選擇，考慮到基站解碼的方便，一般選擇曼徹斯特編碼方式。
2．2e5550的存儲(chǔ)器
e5550內(nèi)部的非易失性存儲(chǔ)器共有264位，分8個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊由1個(gè)鎖定位（L）和32位數(shù)據(jù)位構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
每個(gè)數(shù)據(jù)塊的第0位為該數(shù)據(jù)塊的鎖定位，一旦對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)塊的該位被置為“1”，則該數(shù)據(jù)塊將不能再被重新編程，這一點(diǎn)用戶是必須加以注意的，除非該塊的數(shù)據(jù)為永久密碼或身份識(shí)別碼等不需要改變的數(shù)據(jù)，否則不要將L位置為“1”。數(shù)據(jù)塊7一般用于存儲(chǔ)32位用戶密碼，故在密碼保護(hù)模式下對(duì)芯片的讀／寫操作均需進(jìn)行密碼匹配識(shí)別。數(shù)據(jù)塊0用于設(shè)置芯片的工作模式，一般情況下。當(dāng)工作模式確定后，為了防止意外的更改，最好將該數(shù)據(jù)塊鎖定。
2．3e5550的工作模式設(shè)置
e5550的工作模式由EEPROM數(shù)據(jù)塊0的12～32位決定，圖4所示為具體格式，具體含義見表2。
表2e5550工作模式設(shè)置描述
功能功能描述
傳送速率設(shè)置RF2～RF0RF2RF1RF0=000:RF/8速率
RF2RF1RF0=001:RF/16速率
RF2RF1RF0=010:RF/32速率
RF2RF1RF0=011:RF/40速率
RF2RF1RF0=100:RF/50速率
RF2RF1RF0=101:RF/64速率
RF2RF1RF0=110:RF/100速率
RF2RF1RF0=111:RF/128速率
編碼方式設(shè)置MS11～MS10MS11MS10=00:二進(jìn)制編碼
MS11MS10=01：曼徹斯特編碼
MS11MS10=10：雙相位碼
MS11MS10=11：保留
頻移鍵幅移鍵控方式設(shè)置MS22～MS20MS22MS21MS20=000:二進(jìn)制
MS22MS21MS20=001：PSK1
MS22MS21MS20=010：PSK2
MS22MS21MS20=011:PSK3
MS22MS21MS20=100:FSK1
MS22MS21MS20=101:FSK2
MS22MS21MS20=110:FSM1a
MS22MS21MS20=111:FSK2a
PSK速率設(shè)置PS1～PS0PS1PS0=00:RF/2
PS1PS0=01:RF/3
PS1PS0=10:RF/8
PS1PS0=11:保留
傳送數(shù)據(jù)塊設(shè)置B2～B0B2B1B0=000:僅向基站傳送第0塊
B2B1B0=001:僅向基站傳送第1塊
B2B1B0=010:向基站傳送第1～2塊
B2B1B0=011:向基站傳送第1～3塊
B2B1B0=100:向基站傳送第1～4塊
B2B1B0=101:向基站傳送第1～5塊
B2B1B0=110:向基站傳送第1～6塊
B2B1B0=111:向基站傳送第1～7塊
密碼設(shè)置PWDPWD=0:不使用密碼
PWD=1:使用密碼
終止符設(shè)置STST=0:不使用序列終止符
ST=1:使用序列終止符
塊終止符設(shè)置BTBT=0:不使用塊終止符
BT=1:使用塊終止符
3對(duì)e5550的操作和注意事項(xiàng)
除了對(duì)e5550的工作方式進(jìn)行正確的設(shè)置以外，使用當(dāng)中必須正確理解e5550和基站間傳送數(shù)據(jù)的規(guī)則。下面對(duì)讀／寫e5550射頻卡的工作過程作以簡要說明。
3．1基站向e5550傳送數(shù)據(jù)
基站給e5550射頻卡發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，也要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以使數(shù)據(jù)信號(hào)加載到天線的發(fā)射信號(hào)中。TEMIC低頻段射頻產(chǎn)品采用改變發(fā)射天線負(fù)載的方式來對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼。這種方式用短暫的射頻間隙把射頻信號(hào)分割成不同長短的區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的編碼。基站傳送數(shù)據(jù)的起始場間隙比其它間隙要長，這個(gè)較長的間隙用于與射頻卡讀數(shù)據(jù)的同步。e5550在接收數(shù)據(jù)時(shí)，將長度為16～32個(gè)場時(shí)鐘（典型值為1000μs）長度的射頻場當(dāng)作數(shù)據(jù)“0”，而將48～64個(gè)場時(shí)鐘（典型值為350μs）長度的射頻場當(dāng)作數(shù)據(jù)“1”，標(biāo)準(zhǔn)場間隙時(shí)間典型值可取300μs。在編制基站程序時(shí)，可以采用中斷射頻場的方法來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。
3．2由e5550向基站傳送數(shù)據(jù)
從射頻卡返回給基站的數(shù)據(jù)采用編碼方式發(fā)射，具體采用哪種編碼方式可視具體應(yīng)用而定。由于基站芯片U2270B不能自動(dòng)完成解碼工作，因此，解碼任務(wù)主要由與基站連接的微處理器來完成，而這會(huì)給程序的編制帶來一定的困難。目前關(guān)于曼徹斯特解碼的應(yīng)用資料較多，因此，建議采用曼徹斯特編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)的回收。
3．3使用注意事項(xiàng)
由于e5550采用數(shù)據(jù)塊方式傳送數(shù)據(jù)，因而在使用中要注意以下幾個(gè)問題：
（1）e5550發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)的位順序
e5550向基站發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)是根據(jù)工作模式的設(shè)置從第1區(qū)開始循環(huán)發(fā)射的。每塊數(shù)據(jù)的發(fā)射都是低位在前高位在后，即每一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)的發(fā)射都是從第1位數(shù)據(jù)開始到第32位數(shù)據(jù)結(jié)束，其中各區(qū)的鎖定位是不發(fā)射的。
（2）存儲(chǔ)位置的確定
e5550卡每次讀／寫的單位為32位，所以要用4個(gè)字節(jié)的空間存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)。因此，進(jìn)行基站程序設(shè)計(jì)時(shí)，一定要注意字節(jié)內(nèi)的移位操作和字節(jié)地址變化的結(jié)合，避免出現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù)的混亂，尤其要注意不要對(duì)鎖定位產(chǎn)生誤寫入操作。
（3）解碼程序的調(diào)試
根據(jù)對(duì)e5550發(fā)射數(shù)據(jù)的調(diào)制方式，解碼程序的編制必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)方式的時(shí)序規(guī)則。調(diào)試過程中最好能使用帶有存儲(chǔ)功能的邏輯分析儀捕捉e5550卡返回的數(shù)據(jù)，然后反復(fù)調(diào)整程序的時(shí)間常數(shù)，減少誤碼率，提高數(shù)據(jù)傳送的效率。
4結(jié)論
以e5550芯片為基片的射頻卡是低成本射頻卡應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中較好的選擇，由于其工作頻率為100～150kHz，因而給基站電路的開發(fā)與調(diào)試帶來了極大的方便。在筆者承擔(dān)的某省教育廳“高校學(xué)生公寓水電綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)”項(xiàng)目中，采用U2270B基站芯片構(gòu)成用電和用水計(jì)量裝置，e5550射頻卡作為預(yù)付費(fèi)載體，取得了良好的應(yīng)用效果。