基于AVR單片機和EM4094射頻卡讀寫基站的多協議讀寫器的設計

引言

射頻識別(RFID)是利用無線方式對電子數據載體(電子標簽)進行識別的一種新興技術。與接觸式IC卡和條形碼識別等系統比較，它有著巨大的優勢。利用射頻識別技術，能有效實現對數量大、分布區域廣的信息進行智能化管理，達到高效快捷運作的目的，特別是在第二代身份證、物流、交通航運、自動收費、超市、門禁系統管理、服務領域等方面有著廣泛的應用前景。隨著我國國民經濟的快速發展，國內RFID行業也正經歷著深刻的變革。

RFID系統一般是由讀寫器、射頻卡、應用軟件來組成。其中讀寫器的設計是至關重要的，它決定了系統的穩定性和準確性。

除了要求其能支持一系列協議、標準和收發器外，對讀寫器可能還有其它功能性方面的要求，如高性能、防沖突、遠/近感應距離、移動性及功耗。

本文就說明了怎樣利用EM Microelectronic公司的EM4094 RFID讀寫基站（又稱讀寫芯片、模擬前端模塊、基站芯片、收發器）來構建支持多種協議的13.56MHz通用型或能滿足上述特定要求的特殊RFID讀卡器。

硬件結構分析

讀寫器一般由讀寫基站、微控制器（單片機）組成。

基本上，讀寫基站（如EM4094）為RFID負責對數據進行編碼/譯碼，并以適當功率驅動RFID讀卡器天線。

而讀寫基站本身由微控制器驅動。該微控制器負責管理不同協議的幀譯碼任務，以及與PC或其它后臺控制設備的通信接口(串行接口、USB接口或以太網接口)。

一些IC供應商提供集成了模擬前端和微控制器的芯片。在很多情況下，微控制器或集成的存儲器空間不是超出需求就是不夠用，而獨立的模塊允許制造商選擇最適合其設計要求的微控制器和存儲器容量。

軟件功能設計需求

該讀寫器需要支持ISO14443 Type A和B、Sony Felica及ISO15693標準的全部強制命令，并支持EM 13.56MHz收發器IC的全部指令集?？梢詫崿F不同的通信協議和防沖突協議?？梢宰x寫的卡片種類如下：

• ISO 14443AB:

MIFARE® Ultralight

MIFARE® Classic

MIFARE® DESFire

MIFARE® PROX

MIFARE® PRO

• lSO 15693

• ISO 18000-3

• INSIDE PicoTag

• HID iClass

• Tagsys C320

• eNFC

• MasterCard PayPass

• FeliCa

• KSW TempSens

• KSW VarioSens

讀寫基站的選擇

目前13.56MHz的多協議讀寫基站基本上有3種常用的：

• Phlisps公司的RC632

• TI公司的RI-6C-001

• EM公司的EM4094

三家公司的芯片各有特點，綜合考慮，EM4094具有更好的性價比。

EM4094的概述

EM4094是一個集成的收發器芯片，它可用于構建RFID讀卡器的模擬前端模塊。該芯片的數據傳輸及接收鏈路允許傳送和解碼任何通信協議，因此EM4094支持所有EM公司的13.56MHz收發器芯片、ISO15693、ISO14443 AB、以及Sony Felica協議。通過適當設定，EM4094甚至還可以與NFC設備通訊。

它具有以下特點：

•兼容ISO15693、ISO14443；

•具有可選跨導的使用13.56MHz 石英的振蕩器；

•使用OOK 的天線驅動或使用單一天線驅動的ASK模塊；

•高輸出功率,5V電源下200mW高輸出功率；

•ASK調制可調范圍從7%到30%；

•天線短路保護；

•用于高度可靠通信的多路接收器輸入；

•帶AGC信號放大器的AM/PM解調；

• 848kHz BPSK內部解調器( B型)；

•多種副載波兼容接收(212kHz、 424kHz或848kHz)；

•多種副載波兼容譯碼(Manchester、BPSK)；

•內置接收低通濾波器截止頻率可在400kHz及1MHz間進行檢波；

•內置接收高通濾波器截止頻率可在100kHz、200kHz及300kHz間進行檢波；

•可選接收增益；

•可選擇的串行接口對選擇位進行編程；

• 3線SPI控制的降功耗模式, 控制開關機狀態；

•輸出功率為100mW ( SO16封裝)、 200mW ( SO20封裝)；

•工作溫度范圍-40℃到 +85℃；

•ISO15693、ISO14443 協議完全兼容；

•多接收輸入，高通訊可靠性。