射頻識別（RFID）實驗教程

1、第1章 緒論 射頻識別RFID（Radio Frequency Identification）是一種非接觸的自動識別技術(shù)，作為實體，它是利用無線射頻技術(shù)對物體對象進行非接觸式和即時自動識別的無線通信信息系統(tǒng)。RFID 最早的應(yīng)用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)中用于區(qū)分聯(lián)軍和納粹飛機的“敵我辨識”系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進步，RFID 應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，現(xiàn)已涉及到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€方面，并將成為未來信息社會建設(shè)的一項基礎(chǔ)技術(shù)。RFID 典型應(yīng)用包括：在物流領(lǐng)域用于倉庫管理、生產(chǎn)線自動化、日用品銷售；在交通運輸領(lǐng)域用于集裝箱與包裹管理、高速公路收費與停車收費；在農(nóng)牧漁業(yè)用于羊群、魚類、水果等的管理以及寵物、野生動

2、物跟蹤；在醫(yī)療行業(yè)用于藥品生產(chǎn)、病人看護、醫(yī)療垃圾跟蹤；在制造業(yè)用于零部件與庫存的可視化管理；RFID 還可以應(yīng)用于圖書與文檔管理、門禁管理、定位與物體跟蹤、環(huán)境感知和支票防偽等多種應(yīng)用領(lǐng)域。目前，RFID 已成為IT 業(yè)界的研究熱點，被視為IT 業(yè)的下一個“金礦”。各大軟硬件廠商，包括IBM、Motorola、Philips、TI、Microsoft、Oracle、Sun、BEA、SAP 等在內(nèi)的各家企業(yè)都對RFID 技術(shù)及其應(yīng)用表現(xiàn)出了濃厚的興趣，相繼投入大量研發(fā)經(jīng)費，推出了各自的軟件或硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)應(yīng)用解決方案。在應(yīng)用領(lǐng)域，以Wal-Mart、UPS、Gillette 等為代表的大批企業(yè)

3、已經(jīng)開始準備采用RFID 技術(shù)對業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行改造，以提高企業(yè)的工作效率并為客戶提供各種增值服務(wù)。在標簽領(lǐng)域，RFID 標簽與條碼相比，具有讀取速度快、存儲空間大、工作距離遠、穿透性強、外形多樣、工作環(huán)境適應(yīng)性強和可重復(fù)使用等多種優(yōu)勢。1.1 RFID的工作原理（1） 一般的RFID系統(tǒng)組成：圖11 RFID系統(tǒng)組成 表11 RFID系統(tǒng)組成部分讀寫器(Reader)讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式；天線(Antenna)在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。標簽(Tag)由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；每個標簽都有一個全球唯一的I

4、D號碼UID，UID是在制作芯片時放在ROM中的，無法修改。（2）RFID系統(tǒng)的工作原理： 電子標簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實際應(yīng)用中，電子標簽附著在待識別物體的表面。讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別體的目的。通常閱讀器與電腦相連，所讀取的標簽信息被傳送到電腦上進行下一步處理。在以上基本配置之外，還應(yīng)包括相應(yīng)的應(yīng)用軟件.RFID系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，電子標簽附著在待識別物體的表面，電子標簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。閱讀器可無接觸地讀取并識別標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當標簽進入磁場時產(chǎn)生

5、感應(yīng)電流從而獲得能量，發(fā)送出自身編碼信息，被閱讀器讀取并解碼后送至電腦主機進行有關(guān)處理。 （3）RFID系統(tǒng)的工作頻率： 通常閱讀器發(fā)送時所使用的頻率被稱為RFID系統(tǒng)的工作頻率。常見的工作頻率有低頻125kHz、134.2kHz及13.56MHz等等。低頻系統(tǒng)一般指其工作頻率小于30MHz，典型的工作頻率有：125KHz、225KHz、13.56M等，這些頻點應(yīng)用的射頻識別系統(tǒng)一般都有相應(yīng)的國際標準予以支持。其基本特點是電子標簽的成本較低、標簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較少、閱讀距離較短、電子標簽外形多樣（卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀、筆狀）、閱讀天線方向性不強等。 表12 RFID系統(tǒng)的工作頻率頻段描述作用距離

6、穿透能力125134KHz低頻（LF）45cm能穿透大部分物體13.55313.567MHz高頻（HF）13m勉強能穿透金屬和液體4001000MHz超高頻（UHF）39m穿透能力較弱2.45GHz微波（Microwave）3m穿透能力最弱高頻系統(tǒng)一般指其工作頻率大于400MHz， 典型的工作頻段有：915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。高頻系統(tǒng)在這些頻段上也有眾多的國際標準予以支持。高頻系統(tǒng)的基本特點是電子標簽及閱讀器成本均較高、標簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大、閱讀距離較遠（可達幾米至十幾米）， 適應(yīng)物體高速運動性能好，外形一般為卡狀，閱讀天線及電子標簽天線均有較強的方向性。（4）RFID標

7、簽類型 RFID標簽分為被動標簽(Passive tags)和主動標簽(Active tags)兩種。主動標簽自身帶有電池供電，讀/寫距離較遠時體積較大，與被動標簽相比成本更高，也稱為有源標簽，一般具有較遠的閱讀距離，不足之處是電池不能長久使用，能量耗盡后需更換電池。無源電子標簽在接收到閱讀器（讀出裝置）發(fā)出的微波信號后，將部分微波能量轉(zhuǎn)化為直流電供自己工作，一般可做到免維護，成本很低并具有很長的使用壽命，比主動標簽更小也更輕，讀寫距離則較近，也稱為無源標簽。相比有源系統(tǒng)，無源系統(tǒng)在閱讀距離及適應(yīng)物體運動速度方面略有限制。按照存儲的信息是否被改寫，標簽也被分為只讀式標簽（read only）和

8、可讀寫標簽（read and write） 只讀式標簽內(nèi)的信息在集成電路生產(chǎn)時即將信息寫入，以后不能修改，只能被專門設(shè)備讀?。豢勺x寫標簽將保存的信息寫入其內(nèi)部的存貯區(qū)，需要改寫時也可以采用專門的編程或?qū)懭朐O(shè)備擦寫。一般將信息寫入電子標簽所花費的時間遠大于讀取電子標簽信息所花費的時間，寫入所花費的時間為秒級，閱讀花費的時間為毫秒級。1. 2 RFID技術(shù)特點及優(yōu)勢RFID是一項易于操控，簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)，識別工作無須人工干預(yù)，它既可支持只讀工作模式也可支持讀寫工作模式，且無需接觸或瞄準；可自由工作在各種惡劣環(huán)境下：短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可以

9、替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體；長距射頻產(chǎn)品多用于交通上，識別距離可達幾十米，如自動收費或識別車輛身份等。其所具備的獨特優(yōu)越性是其它識別技術(shù)無法企及的。主要有以下幾個方面特點：l 讀取方便快捷：數(shù)據(jù)的讀取無需光源，甚至可以透過外包裝來進行。有效識別距離更大，采用自帶電池的主動標簽時，有效識別距離可達到30米以上；l 識別速度快：標簽一進入磁場，解讀器就可以即時讀取其中的信息，而且能夠同時處理多個標簽，實現(xiàn)批量識別；l 數(shù)據(jù)容量大：數(shù)據(jù)容量最大的二維條形碼(PDF417)，最多也只能存儲2725個數(shù)字；若包含字母，存儲量則會更少；RFID標簽則可以根據(jù)用戶的需要擴充到數(shù)十K；l 使用壽

10、命長，應(yīng)用范圍廣：其無線電通信方式，使其可以應(yīng)用于粉塵、油污等高污染環(huán)境和放射性環(huán)境，而且其封閉式包裝使得其壽命大大超過印刷的條形碼；l 標簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更改：利用編程器可以向?qū)懭霐?shù)據(jù)，從而賦予RFID標簽交互式便攜數(shù)據(jù)文件的功能，而且寫入時間相比打印條形碼更少；l 更好的安全性：不僅可以嵌入或附著在不同形狀、類型的產(chǎn)品上，而且可以為標簽數(shù)據(jù)的讀寫設(shè)置密碼保護，從而具有更高的安全性；l 動態(tài)實時通信：標簽以與每秒50100次的頻率與解讀器進行通信，所以只要RFID標簽所附著的物體出現(xiàn)在解讀器的有效識別范圍內(nèi)，就可以對其位置進行動態(tài)的追蹤和監(jiān)控。1.3 RFID 技術(shù)標準 RFID 的標準化是當前

11、亟需解決的重要問題，各國及相關(guān)國際組織都在積極推進RFID 技術(shù)標準的制定。目前，還未形成完善的關(guān)于RFID 的國際和國內(nèi)標準。RFID 的標準化涉及標識編碼規(guī)范、操作協(xié)議及應(yīng)用系統(tǒng)接口規(guī)范等多個部分。其中標識編碼規(guī)范包括標識長度、編碼方法等；操作協(xié)議包括空中接口、命令集合、操作流程等規(guī)范。當前主要的RFID 相關(guān)規(guī)范有歐美的EPC 規(guī)范、日本的UID（Ubiquitous ID）規(guī)范和ISO 18000系列標準。其中ISO 標準主要定義標簽和閱讀器之間互操作的空中接口。 EPC 規(guī)范由Auto-ID 中心及后來成立的EPCglobal 負責(zé)制定。Auto-ID 中心于1999年由美國麻省理工

12、大學(xué)（MIT）發(fā)起成立，其目標是創(chuàng)建全球“實物互聯(lián)”網(wǎng)（internet ofthings），該中心得到了美國政府和企業(yè)界的廣泛支持。2003 年10 月26 日，成立了新的EPCglobal 組織接替以前Auto-ID 中心的工作，管理和發(fā)展EPC 規(guī)范。關(guān)于標簽，EPC 規(guī)范已經(jīng)頒布第一代規(guī)范。 UID（Ubiquitous ID）規(guī)范由日本泛在ID 中心負責(zé)制定。日本泛在ID 中心由T-Engine論壇發(fā)起成立，其目標是建立和推廣物品自動識別技術(shù)并最終構(gòu)建一個無處不在的計算環(huán)境。該規(guī)范對頻段沒有強制要求，標簽和讀寫器都是多頻段設(shè)備，能同時支持13.56MHz 或2.45GHz 頻段。UI

13、D 標簽泛指所有包含ucode 碼的設(shè)備，如條碼、RFID 標簽、智能卡和主動芯片等，并定義了9 種不同類別的標簽。 1.4 RFID應(yīng)用現(xiàn)狀和前景分析 RFID技術(shù)早在二戰(zhàn)時就已被美軍應(yīng)用，但到了2003年該技術(shù)才開始吸引眾人的目光。在國外，射頻識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域，如交通監(jiān)控，機場管理，高速公路自動收費，停車場管理，動物監(jiān)管，物品管理，流水線生產(chǎn)自動化，車輛防盜等等，安全出入檢查。在國內(nèi)，RFID產(chǎn)品市場十分巨大，該技術(shù)主要應(yīng)用于高速公路自動收費、公交電子月票系統(tǒng)、人員識別與物資跟蹤、生產(chǎn)線自動化控制、倉儲管理、汽車防盜系統(tǒng)、鐵路車輛和貨運

14、集裝箱的識別等。 RFID技術(shù)在長期以來之所以沒有得到廣泛應(yīng)用，價格是主要的制約因素。自RFID技術(shù)出現(xiàn)以來，其生產(chǎn)成本一直居高不下。此外，不成熟的應(yīng)用技術(shù)環(huán)境以及缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標準是RFID至今才得到重視的重要原因。RFID技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅需要硬件(標簽和閱讀器等)制造、無線數(shù)據(jù)通訊與網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)加密、自動數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，還必須與企業(yè)的企業(yè)資源計劃（ERP）、倉庫管理系統(tǒng)（WMS）和運輸管理系統(tǒng)（TMS）結(jié)合起來，同時需要統(tǒng)一的標準以保證企業(yè)間的數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作，否則就很難充分實現(xiàn)這項技術(shù)帶來的利益。所幸的是，新的制造技術(shù)的快速發(fā)展使得RFID的生產(chǎn)成本不斷降低；無線數(shù)據(jù)通訊、

15、數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展都已經(jīng)日益成熟，而且在SAP和IBM等IT技術(shù)巨頭的直接推動下，其支持技術(shù)已經(jīng)達到了實際應(yīng)用水平?？梢哉f，RFID的軟件和硬件技術(shù)應(yīng)用環(huán)境日漸成熟，為大規(guī)模的實際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 2003年6月，在美國芝加哥市召開的零售業(yè)系統(tǒng)展覽會上，沃爾瑪作出了一項重大決議，要求其最大的100個供應(yīng)商從2005年1月開始在供應(yīng)的貨物包裝箱（或貨盤）上粘貼RFID標簽，并逐漸擴大到單件商品。如果供應(yīng)商們在2008年還達不到這一要求，就可能失去為沃爾瑪供貨的資格。沃爾瑪決定將采用RFID技術(shù)最終取代目前廣泛使用的條碼技術(shù)，成為第一個公布正式采用該技術(shù)時間表的企業(yè)。與此同時，美國國防部也發(fā)

16、布了其RFID實施計劃，以支持該技術(shù)的發(fā)展。IBM、SAP、微軟等IT巨頭紛紛以重金投入到該項技術(shù)及其解決方案的開發(fā)研究中。 20年前，正是由于沃爾瑪?shù)绕髽I(yè)的大力推動，條碼技術(shù)才得以快速普及并取得空前的成功。沃爾瑪也在此基礎(chǔ)上借助其強大的信息技術(shù)，在供應(yīng)鏈與物流管理領(lǐng)域形成了無可比擬的競爭優(yōu)勢，迅速崛起。20年后的今天，為了鞏固和擴大其競爭優(yōu)勢，沃爾瑪將采用RFID技術(shù)取代條碼技術(shù)，這必將給業(yè)界帶來一場重大革命，同時將對社會經(jīng)濟和人們生活產(chǎn)生重大影響。RFID技術(shù)將迎來前所未有的發(fā)展機遇，同時也將擁有廣闊的市場前景。RFID技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，本文著重探討若干典型應(yīng)用領(lǐng)域。表13 RFID系

17、統(tǒng)典型應(yīng)用領(lǐng)域車輛自動識別管理 鐵路車號自動識別是射頻識別技術(shù)最普遍的應(yīng)用。 高速公路收費及智能交通系統(tǒng)高速公路自動收費系統(tǒng)是射頻識別技術(shù)最成功的應(yīng)用之一，它充分體現(xiàn)了非接觸識別的優(yōu)勢。在車輛高速通過收費站的同時完成繳費，解決了交通的瓶頸問題，提高了車行速度，避免擁堵，提高了收費結(jié)算效率。 貨物的跟蹤、管理及監(jiān)控 射頻識別技術(shù)為貨物的跟蹤、管理及監(jiān)控提供了快捷、準確、自動化的手段。以射頻識別技術(shù)為核心的集裝箱自動識別，成為全球范圍最大的貨物跟蹤管理應(yīng)用。 倉儲、配送等物流環(huán)節(jié) 射頻識別技術(shù)目前在倉儲、配送等物流環(huán)節(jié)已有許多成功的應(yīng)用。隨著射頻識別技術(shù)在開放的物流環(huán)節(jié)統(tǒng)一標準的研究開發(fā)，物流業(yè)將

18、成為射頻識別技術(shù)最大的受益行業(yè)。 電子錢包、電子票證 射頻識別卡是射頻識別技術(shù)的一個主要應(yīng)用。射頻識別卡的功能相當于電子錢包，實現(xiàn)非現(xiàn)金結(jié)算。目前主要的應(yīng)用在交通方面。生產(chǎn)線加工過程自動控制 主要應(yīng)用在大型工廠的自動化流水作業(yè)線上，實現(xiàn)自動控制、監(jiān)視，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。 動物跟蹤和管理 射頻識別技術(shù)可用于動物跟蹤。在大型養(yǎng)殖廠，可通過采用射頻識別技術(shù)建立飼養(yǎng)檔案、預(yù)防接種檔案等，達到高效、自動化管理牲畜的目的，同時為食品安全提供了保障。射頻識別技術(shù)還可用于信鴿比賽、賽馬識別等，以準確測定到達時間。1.5 RFID實驗系統(tǒng)為了使學(xué)生掌握RFID系統(tǒng)的基本原理，本實驗采用分立元件和相應(yīng)的數(shù)字

19、集成電路芯片制作高頻振蕩器、高頻功率放大器、ASK編碼調(diào)制電路、解調(diào)和解碼顯示電路，由這些單元電路組成一個完整的被動式應(yīng)答RFID實驗系統(tǒng)。學(xué)生通過制作各單元電路，調(diào)整電路工作狀態(tài)和信號參數(shù)以及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，既能加深對各單元電路工作原理和特性的了解，掌握各種電路的作用和實際應(yīng)用方法，又能熟悉RFID系統(tǒng)的工作過程。這對于學(xué)生掌握通信電子線路和通信原理的基礎(chǔ)理論和提高實際動手能力可以起到很好的作用。RFID實驗系統(tǒng)由閱讀器，應(yīng)答器二部分組成。其總體組成框圖如圖1-2所示。 高頻 振蕩器功率放大器解調(diào)電路（檢波比較）解碼電路（單片機）數(shù)碼顯示天線線圈整流電路穩(wěn)壓電路編碼電路（單片機）調(diào)制電路（開關(guān)電路

20、）天線線圈閱讀器應(yīng)答器能量傳送信息傳送圖12 RFID實驗系統(tǒng)組成框圖 RFID實驗系統(tǒng)的工作過程是：接通閱讀器電源后，高頻振蕩器產(chǎn)生13.56MHz方波信號，經(jīng)功率放大器放大后輸送到天線線圈，在閱讀器的天線線圈周圍會產(chǎn)生高頻強電磁場。當應(yīng)答器線圈靠近閱讀器線圈時，一部分磁力線穿過應(yīng)答器的天線線圈，通過電磁感應(yīng)，在應(yīng)答器的天線線圈上產(chǎn)生一個高頻交流電壓，該電壓經(jīng)過應(yīng)答器的整流電路整流后再由穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓輸出直流電壓作為應(yīng)答器單片機的工作電源，實現(xiàn)能量傳送。應(yīng)答器單片機在通電之后進入正常工作狀態(tài)，會不停的通過輸出端口向外發(fā)送數(shù)字編碼信號。單片機發(fā)送的有高低電平變化的數(shù)字編碼信號到達開關(guān)電路后，

21、開關(guān)電路由于輸入信號高低電平的變化就會相應(yīng)的在接通和關(guān)斷兩個狀態(tài)進行改變。開關(guān)電路高低電平的變化會影響應(yīng)答器電路的品質(zhì)因素和復(fù)變阻抗的大小。通過這些應(yīng)答器電路參數(shù)的改變，會反作用于閱讀器天線的電壓變化，實現(xiàn)ASK調(diào)制（負載調(diào)制）。在閱讀器中，由檢波電路將經(jīng)過ASK調(diào)制的高頻載波進行包絡(luò)撿波，并將高頻成分濾掉后將包絡(luò)還原為應(yīng)答器單片機所發(fā)送的數(shù)字編碼信號送給閱讀器上的解碼單片機。解碼單片機收到信號后控制與之相連的數(shù)碼管顯示電路將該應(yīng)答器所傳送的信息通過數(shù)碼管顯示出來，實現(xiàn)信息傳送。RFID系統(tǒng)實驗主要涉及通信電子線路和通信原理課程的基礎(chǔ)理論和基本知識，這兩門課程的知識是相互關(guān)聯(lián)的，某些內(nèi)容會相互

22、交叉或重疊。本教材中，將實現(xiàn)能量傳送的過程作為通信電子線路實驗的內(nèi)容，將實現(xiàn)ASK調(diào)制與信息傳送的過程作為通信原理實驗內(nèi)容，分別進行敘述。 第2章 通信電子線路實驗部分2.1 振蕩器振蕩器是用于產(chǎn)生周期性振蕩信號的電路。對于振蕩器的輸出信號，應(yīng)該由以下指標來衡量：一是頻率，即頻率的準確度與穩(wěn)定度；二是振幅，即振幅的大小與穩(wěn)定性；三是波形及波形的失真；四是輸出功率，要求該振蕩器能帶動一定的負載。按照選頻網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)分為LC振蕩器和RC振蕩器。2.1.1 電感三點式振蕩器圖2-1是電感三點式振蕩器電路圖的原理圖。這種電路的LC并聯(lián)諧振電路中的電感有首端、中間抽頭和尾端三個端點，其交流通路分別與放大電路

23、的集電極、發(fā)射極(地)和基極相連，反饋信號取自電感L2上的電壓，因此，習(xí)慣上將圖2-1所示電路稱為電感三點式LC振蕩電路，或電感反饋式振蕩電路。圖2-1 電感三點式振蕩器電路圖（1） 電感三點式振蕩器電路振蕩頻率：考慮L1、L2間的互感，電路的振蕩頻率可近似表示為: (2-1)（2） 電感三點式振蕩器電路特點：工作頻率范圍為幾百KHz幾MHz；反饋信號取自于L2， 其對f0的高次諧波的阻抗較大，因而引起振蕩回路的諧波分量增大，使輸出波形不理想。2.1.2 電容三點式振蕩器電容三點式振蕩電路，又稱考畢茲振蕩電路。如圖2-2所示。Q是三極管，其結(jié)構(gòu)與電感三點式振蕩電路相似,只是將電感、電容互換了位

24、置。該電路的交流通路如圖2-3所示：圖2-2 電容三端式振蕩器圖圖2-3 電容三端式振蕩器等效電路圖 電容 C1、C2 和電感 L 構(gòu)成正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)，反饋信號取自電容 C2 兩端，故稱為電容三點式振蕩電路，也稱電容反饋式振蕩電路。反饋信號與輸入端電壓同相，滿足振蕩的相位平衡條件，LC諧振回路Q值足夠高的條件下，電路的振蕩頻率近似等于回路的諧振頻率。 計算公式如下： (2-2)其中: 電容三點式振蕩器電路的特點是振蕩頻率可做得較高,一般可達到100MHz以上,由于C2對高次諧波阻抗小,使反饋電壓中的高次諧波成分較小,因而振蕩波形較好。另外當振蕩頻率較高時，C1,C2的值很小，三極管的級間電容就

25、會對頻率的產(chǎn)生影響。2.1.3 晶體振蕩器晶體振蕩器是振蕩頻率受石英晶體控制的振蕩器。晶體振蕩器的特點是：（1） 物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定；（2） 具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。圖24是一種采用晶體管組成的晶體振蕩器。石英晶體振蕩器的選頻特性非常好，它有一個極為穩(wěn)定的串聯(lián)諧振頻率，而且等效品質(zhì)因數(shù)很高。只有頻率等于晶體諧振頻率的信號最容易通過，而其他頻率的信號均會被晶體所衰減。圖2-4 13.56MHZ克拉潑電路由于實驗要求產(chǎn)生的載波信號頻率為13.56MHz，普通的LC振蕩器一般很難達到比10-4更高的頻率穩(wěn)定度，所以要采用石英晶體來做振蕩器。該方案最終通過實驗得到有幅度為2.4V，頻率為13.

26、56MHz的正弦波信號。圖25是本實驗系統(tǒng)采用的石英晶體與門電路構(gòu)成的多諧振蕩器。多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，該電路接通電源后無需外觸發(fā)信號就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖和方波。由于多諧振蕩器的在工作過程中不存在穩(wěn)定狀態(tài)，故又稱為無穩(wěn)態(tài)電路。與非門作為一個開關(guān)倒向器件，可用于構(gòu)成各種脈沖波形的的產(chǎn)生電路。電路的基本工作原理是利用電容的充放電，當輸入電壓達到與非門的閥值電壓VT時，門的輸出狀態(tài)即發(fā)生變化。因此，電路輸出的脈沖波形參數(shù)直接取決于電路中阻容元件的數(shù)值。13.56MHz輸出.R2 1M12U1AG1 13.56MHzC522PC6100P131214+5V7U1BU1 74HC04

27、 圖2-5 13.56MHz載波信號產(chǎn)生模塊電路中選用了13.56MHz無源晶振,門電路采用74HC04六反相器,也可采用74H00四二輸入與非門. 74HC04的電源電壓為5V,圖2-6所示為74HC04的芯片引腳圖。1A 11Y 22A 32Y 43A 53Y 6GND 714 VCC13 6A 12 6Y11 5A10 5Y9 4A8 4Y 圖2-6 74HC04芯片引腳圖不帶負載時振蕩電路輸出的電壓峰峰值可達410V，在不添加任何中間電路的情況下很容易驅(qū)動末級功放。如果電路沒有振蕩，可以在C5上并聯(lián)一個可調(diào)電容,調(diào)節(jié)可調(diào)電容使其振蕩，用示波器可以看到穩(wěn)定的方波信號。波形雖然不是標準的正

28、弦波，但經(jīng)過末級功放的選頻網(wǎng)絡(luò)可將波形還原成正弦波。2.2 高頻功率放大器高頻功率放大器是為應(yīng)答器提供能量的電路，因此是整個RFID系統(tǒng)最重要的部分。衡量功率放大器的指標有兩個：一個是要求輸出功率大；一個是要求集電極的耗散功率低，效率高。功率放大器按照電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類及丁類等不同類型。功率放大器電流導(dǎo)通角越小，放大器的效率越高。甲類功率放大器的，效率最高只能達到50%，適用于小信號低功率放大，一般作為中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。非線性丙類功率放大器的電流導(dǎo)通角，效率可達到80%，通常作為發(fā)射機末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。非線性丙類功率放大器通常用來

29、放大窄帶高頻信號(信號的通帶寬度只有其中心頻率的1或更小)，為了不失真地放大信號，它的負載必須是LC諧振回路。本實驗系統(tǒng)采用由高頻晶體管C1970組成的丙類功率放大器,電路結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。+12VT1C1970L1200HC70.1FC9 530PC10 12PC80.1FL23.2H6cm 4TR3 75RP2 100圖2-7 高頻功率放大電路2.2.1 基本關(guān)系式:當放大器的輸入信號為正弦波時，集電極的輸出電流iC為余弦脈沖波。利用諧振回路LC的選頻作用可輸出基波諧振電壓vc1,電流ic1。圖2-8畫出了丙類功率放大器的基極與集電極間的電流、電壓波形關(guān)系。分析可得下列基本關(guān)系式： 式中

30、，為集電極輸出的諧振電壓及基波電壓的振幅；為集電極基波電流振幅；為集電極回路的諧振阻抗。集電極輸出功率為： 圖2-8 丙類功放的基極/集電極電流和電壓波形 電源VCC供給的直流功率為： 式中， ICO為集電極電流脈沖iC的直流分量。放大器的效率為：2.2.2 負載特性：當放大器的電源電壓VCC，基極偏壓Vb，輸入電壓(或稱激勵電壓)Vsm確定后，如果電流導(dǎo)通角選定，則放大器的工作狀態(tài)只取決于集電極回路的等效負載電阻Rq。諧振功率放大器的交流負載特性如圖2-9所示。 圖2-9 諧振功率放大器的交流負載特性由圖可見，當交流負載線正好穿過靜態(tài)特性轉(zhuǎn)移點A時，管子的集電極電壓正好等于管子的飽和壓降VC

31、ES，集電極電流脈沖接近最大值Icm。此時，集電極輸出的功率PC和效率都較高，此時放大器處于臨界工作狀態(tài)。Rq所對應(yīng)的值稱為最佳負載電阻，用R0表示，即 當RqR0時，放大器處于欠壓狀態(tài)，如C點所示，集電極輸出電流雖然較大，但集電極電壓較小，因此輸出功率和效率都較小。當RqR0時，放大器處于過壓狀態(tài)，如B點所示，集電極電壓雖然比較大，但集電極電流波形有凹陷，因此輸出功率較低，但效率較高。為了兼顧輸出功率和效率的要求，諧振功率放大器通常選擇在臨界工作狀態(tài)。判斷放大器是否為臨界工作狀態(tài)的條件是：2.2.3 自給偏壓電路：丙類功率放大器的基極偏置電壓VBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IEO（ICO）在

32、射極電阻上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。圖2-7中由R3和C8組成自給偏壓電路,其中C8濾除交流信號, 直流分量IEO在R3上產(chǎn)生一個上正下負的電壓降,從而給功率放大管基極提供一個負偏壓。減小R3的阻值可以減小負偏壓,從而提高功率放大管發(fā)射極工作電流和輸出信號幅度,但發(fā)射極工作電流過大會使三極管被擊穿,應(yīng)注意適當調(diào)整。必要時可以用一個75的固定電阻與一個100的可調(diào)電阻替代R3，以適當調(diào)整負偏壓，使功率放大管集電極輸出高頻信號的幅度（電壓峰峰值）為22VP-P23 VP-P左右，使其工作在臨界工作狀態(tài)。 2.2.4 高頻扼流圈：圖2-7中的高頻扼流圈L1作為丙類功率放大器的集電極負載

33、和電源接入電路，必須具有較大的高頻阻抗和很小的直流電阻，才能保證丙類功率放大器有較高的有效直流電源電壓和高頻輸出信號幅度。本實驗系統(tǒng)中采用導(dǎo)磁率較高的NX-500鎳鋅鐵氧體用線徑0.4mm的漆包線繞制3040圈，電感量為150200H。 2.2.5 輸出諧振回路：為了不失真地放大信號，非線性丙類功率放大器的負載必須是LC諧振回路。圖2-7中的 C9、C10與L2組成輸出諧振回路，即選頻回路。這里采用的是LC串聯(lián)諧振回路。因為LC串聯(lián)諧振回路諧振元件上的電壓是輸入電壓的Q倍，采用LC串聯(lián)諧振回路的目的，是為了在輸出天線L2上得到較高的高頻信號電壓，以取得好的能量傳輸效果。在RFID系統(tǒng)中天線是傳

34、輸能量和信息的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。天線是一種以電磁波形式把無線電收發(fā)機的射頻信號功率接收或輻射出去的裝置。RFID系統(tǒng)包括兩類天線：閱讀器天線和應(yīng)答器天線。閱讀器天線用于發(fā)射高頻電磁波和接收應(yīng)答器返回的數(shù)據(jù)信息，應(yīng)答器天線用于接收閱讀器天線發(fā)射的高頻電磁波，并將磁場能轉(zhuǎn)換為電能，為應(yīng)答器芯片供電。RFID天線主要有線圈天線、微帶貼片天線、偶極子天線3種基本形式。作用距離小于1m的近距離RFID天線一般采用工藝簡單、成本低的線圈天線。本實驗系統(tǒng)中閱讀器天線L2采用線徑0.4mm的漆包線繞成直徑6cm的環(huán)形空芯線圈，線圈圈數(shù)為4圈，電感量為3.2H。根據(jù)諧振公式（22），由諧振頻率f為13.56MHz和

35、線圈電感值L2約為3.2H，可計算出C9C10約為43pf。實驗中可以通過調(diào)整半可調(diào)電容C9使輸出回路達到諧振狀態(tài)，使L2上的高頻輸出信號達到最大值。2.3 信號耦合與應(yīng)答器供電 2.3.1 信號耦合：根據(jù)射頻耦合方式的不同，RFID系統(tǒng)的信號耦合方式分為電感耦合（磁耦合）方式和反向散射耦合（電磁場耦合）方式兩大類。人們通常把具有很小作用距離(典型值在lcm之內(nèi))的射頻識別系統(tǒng)稱之為緊耦合系統(tǒng)。為了正常工作，必須把這種系統(tǒng)的應(yīng)答器插入閱讀器中，或者是放置在一種事先規(guī)定的表面上。緊耦合系統(tǒng)不僅可采用電感式耦合，也可采用磁場式耦合。從理論上講，它可以工作在從直流到30 MHz范圍內(nèi)的任意頻率上，這

36、是因為應(yīng)答器工作時不必發(fā)射電磁波。這種耦合方式能夠提供較大的能量，甚至可以為耗電流較大的微處理器供電。緊耦合系統(tǒng)應(yīng)用于安全性要求較高、但對作用距離要求不大的應(yīng)用場合中，例如電子門鎖系統(tǒng)或非接觸式計數(shù)用的IC卡系統(tǒng)。具有寫讀功能的、作用距離可達1 m的系統(tǒng)稱為遙控耦合系統(tǒng)。幾乎所有的這種系統(tǒng)都是采用電感(磁)式耦合，目前，在市場上所提供的射頻識別系統(tǒng)中至少有90都屬于電感(磁)耦合系統(tǒng)。作用距離大于l m的射頻識別系統(tǒng)稱之為遠距離系統(tǒng)。所有遠距離系統(tǒng)都是采用電磁波方式工作在超高頻和微波范圍內(nèi)。這類系統(tǒng)根據(jù)其物理功能原理被稱之為反向散射射頻系統(tǒng)。還有一些工作在微波范圍的遠距離系統(tǒng)采用的是表面波應(yīng)答

37、器。目前，無源式(沒有電池的)反向散射應(yīng)答器的典型工作距離為3 m，而有源式(電池支持的)反向散射應(yīng)答器的作用距離高達15 m，甚至更遠一些。對于在應(yīng)答器和閱讀器之間傳輸數(shù)據(jù)所需要的能量而言，則是由閱讀器所接收的電磁場來提供能量。如圖210所示，當應(yīng)答器進入閱讀器產(chǎn)生的交變磁場時，閱讀器的電感線圈上會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。當距離夠近，應(yīng)答器天線電路所獲得的能量可以供應(yīng)答器芯片正常工作時，應(yīng)答器和閱讀器才能進入信息交互階段。 圖210 閱讀器與應(yīng)答器之間的耦合電感耦合方式的射頻載波頻率（稱為工作頻率）為13.56MHz（波長為22.1m）和小于135KHz(波長為2400m)的頻段。本實驗系統(tǒng)采用13.

38、56MHz電感耦合方式。因為使用頻率范圍內(nèi)的波長比閱讀器天線和應(yīng)答器之間的距離大很多倍，所以應(yīng)答器到天線的電磁場可以作為簡單的交變磁場來對待，如圖211所示。 圖2-11 電感耦合方式的交變磁場本實驗系統(tǒng)的信號耦合電路由閱讀器天線L2和應(yīng)答器天線L4組成。閱讀器和應(yīng)答器之間的天線線圈的耦合也可以看作為變壓器耦合，L2和L4可以看作為變壓器初、次級線圈，只是這兩個線圈之間只存在很弱的耦合。閱讀器的天線線圈和應(yīng)答器之間的功率傳輸效率與線圈包圍的面積、兩個線圈的相對角度以及它們之間的距離有關(guān)。這里L(fēng)2和L4的圈數(shù)比為1：1。因此，L4的結(jié)構(gòu)和參數(shù)與L2完全相同。不同的是，在閱讀器中，L2與C9、C1

39、0組成LC串聯(lián)諧振回路，以求在L2上得到較高的高頻輸出信號電壓；在應(yīng)答器中，L4與C18組成LC并聯(lián)諧振回路（見圖212，圖213所示），以求在L4上得到較大的高頻輸出信號電流，以便為應(yīng)答器芯片提供足夠的電能。這里需要指出的是：因為電路中存在分布和雜散電容，C18的容量比按電路諧振條件計算所需的43P小。 圖212 LC串聯(lián)諧振回路與LC并聯(lián)諧振回路 2.3.2 應(yīng)答器供電：電感耦合方式RFID系統(tǒng)的應(yīng)答器基本都是無源的，能量（電源）從閱讀器獲得。當應(yīng)答器天線線圈L4靠近閱讀器天線線圈L2時，在L4上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，將這個感應(yīng)電壓整流后，即可產(chǎn)生應(yīng)答器芯片所需要的直流電壓。 本實驗系統(tǒng)的應(yīng)答器供

40、電電路如圖213中所示。整流電路為標準的橋式整流電路，由4個二極管構(gòu)成，為了減小功率損耗，二極管最好選擇導(dǎo)通壓降為0.3V的鍺二極管。此處C19的作用有兩個，一是濾除整流后電流中可能含有的高頻成分；二是有一定的穩(wěn)壓作用。整流得到的直流電壓通過78L05產(chǎn)生3.55V的穩(wěn)定直流電源為應(yīng)答器芯片供電。C20、C21、C22的作用是進一步濾除高頻成分和穩(wěn)壓。選擇78L05作為電壓調(diào)整和穩(wěn)壓元件，也是為了減小功率損耗、得到較高的穩(wěn)定直流電壓，保證應(yīng)答器芯片能夠正常工作。1 3 21 2034510 11L43.2H6cm 4TIN604ZD1ZD2ZD3ZD4C1910FC2047FC22100FC2

41、10.01R1410KC23 22FT49014R15 10KC2422PC25 22PG34MHzU5AT89C2051LS7805C1812Pab 圖2-13 應(yīng)答器整體電路圖 第3章 通信原理實驗部分3.1 RFID系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)3.1.1 RFID系統(tǒng)的調(diào)制方式RFID系統(tǒng)通常采用數(shù)字調(diào)制方式傳送信息，用數(shù)字調(diào)制信號（包括數(shù)字基帶信號和已調(diào)脈沖）對高頻載波進行調(diào)制。已調(diào)脈沖包括NRZ碼的FSK、PSK 調(diào)制波和副載波調(diào)制信號，數(shù)字基帶信號包括曼徹斯特碼、密勒碼、修正密勒碼信號等，這些信號包含了要傳送的信息。 數(shù)字調(diào)制方式有幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。R

42、FID系統(tǒng)中采用較多的是ASK調(diào)制方式。ASK調(diào)制的時域波形參見圖31，但不同的是，圖中的包絡(luò)是周期脈沖波，而ASK調(diào)制的包絡(luò)波形是數(shù)字基帶信號和已調(diào)脈沖。 圖31 ASK調(diào)制波波形3.1.2 ASK調(diào)制方式的實現(xiàn)（1）副載波負載調(diào)制： 首先用基帶編碼的數(shù)據(jù)信號調(diào)制低頻率的副載波，可以選擇振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、或相移鍵控（PSK）調(diào)制作為副載波調(diào)制的方法。副載波的頻率是通過對高頻載波頻率進行二進制分頻產(chǎn)生的。然后用經(jīng)過編碼調(diào)制的副載波信號控制應(yīng)答器線圈并接負載電阻的接通和斷開，即采用經(jīng)過編碼調(diào)制的副載波進行負載調(diào)制，以雙重調(diào)制方式傳送編碼信息。使用這種傳輸方式可以降低誤碼率，

43、減小干擾，但是硬件電路較負載調(diào)制系統(tǒng)復(fù)雜。在采用副載波進行負載調(diào)制時，需要經(jīng)過多重調(diào)制，在閱讀器中，同樣需要進行逐步多重解調(diào)，這樣系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)模塊過于繁瑣，并且用于分頻的數(shù)字芯片對接收到的信號的電壓幅度和和頻率范圍要求苛刻，不易實現(xiàn)。（2）負載調(diào)制：電感耦合系統(tǒng)，本質(zhì)上來說是一種互感耦合，即作為初級線圈的閱讀器和作為次級線圈的應(yīng)答器之間的耦合。如果應(yīng)答器的固有諧振頻率與閱讀器的發(fā)送頻率相符合，則處于閱讀器天線的交變磁場中的應(yīng)答器就能從磁場獲得最大能量。同時，與應(yīng)答器線圈并接的阻抗變化能通過互感作用對閱讀器線圈造成反作用，從而引起閱讀器線圈回路變換阻抗ZT的變化，即接通或關(guān)斷應(yīng)答器天線線圈處的

44、負載電阻會引起阻抗ZT的變化，從而造成閱讀器天線的電壓變化。如圖3-2所示：圖 3-2 負載調(diào)制原理示意圖根據(jù)這一原理，我們在應(yīng)答器中以二進制編碼信號控制開關(guān)S,即通過編碼數(shù)據(jù)控制應(yīng)答器線圈并接負載電阻的接通和斷開,使這些數(shù)據(jù)以調(diào)幅的方式從應(yīng)答器傳輸?shù)介喿x器，這就是負載調(diào)制。在閱讀器端，對閱讀器天線上的電壓信號進行包絡(luò)檢波，并放大整形得到所需的邏輯電平，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的解調(diào)回收。電感耦合式射頻識別系統(tǒng)的負載調(diào)制有著與閱讀器天線高頻電壓的振幅鍵控（ASK）調(diào)制相似的效果（見圖33）。 圖33 負載調(diào)制實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程 圖32中的負載調(diào)制方式稱為電阻負載調(diào)制，其實質(zhì)是一種振幅調(diào)制，調(diào)節(jié)接入電阻R2的大

45、小可改變調(diào)制度的大小。本實驗系統(tǒng)中由開關(guān)管T4完成負載調(diào)制（見圖213所示）。T4的基極通過R15電阻與單片機U5的編碼信號輸出端口P3.1相連。在單片機輸出的編碼信號的控制下，T4在高電平到來時導(dǎo)通，在低電平時截止，造成應(yīng)答器線圈并接的負載電路的阻抗發(fā)生變化，應(yīng)答器線圈負載阻抗的變化通過互感作用對閱讀器線圈造成反作用，從而引起閱讀器線圈回路變換阻抗ZT的變化，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化與閱讀器線圈回路變換阻抗ZT變化的同步，從而造成閱讀器天線的電壓變化。因此數(shù)據(jù)便以ASK的方式由應(yīng)答器傳到了閱讀器。需要注意的是：由于此處是高電平導(dǎo)通，低電平截止，所以載波電壓的高低與數(shù)據(jù)是相反的，閱讀器檢波出來的信號

46、并不是應(yīng)答器發(fā)送的碼字，而是其反碼。3.1.3 ASK調(diào)制信號的解調(diào)（1）包絡(luò)檢波：大信號的檢波過程，主要是利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負載RC的充放電過程。利用電容兩端電壓不能突變只能充放電的特性來達到平滑脈沖電壓的目的，如圖34所示。 圖34 包絡(luò)檢波原理實驗電路如圖35所示,在高頻信號正半周D1導(dǎo)通時，檢波電流分三個流向：一是流向負載R7（4.7K），產(chǎn)生的直流電壓是二極管的反相偏壓，對二極管相當于負反饋電壓，可以改變檢波特性的非線性；二是流向負載電容C14(103)充電；三是流向負載R8（10K）作為輸出信號。如忽略D1的壓降則在電容上的電壓等于D1輸入端電壓U2,當U2達到最大的峰

47、值后開始下降,此時電容C14上的電壓Uc也將由于放電而逐漸下降,當U2Uc時二極管再導(dǎo)通,再次循環(huán)下去。 C11R61K0.01FIN60L3200HC140.01FR74.7K13.56MHzD1檢波輸出圖3-5 包絡(luò)檢波電路因為包絡(luò)檢波電路會改變耦合線圈L2的Q值，使諧振回路諧振狀態(tài)發(fā)生變化，為了減小檢波電路對諧振狀態(tài)的影響，采用松耦合方式，即在耦合線圈和檢波電路之間串聯(lián)一個小電容C11和一個電阻R6，使檢波電路的阻抗遠大于諧振線圈L2的阻抗，從而使檢波電路對諧振狀態(tài)的影響減小。 檢波電路是連續(xù)波串聯(lián)式二極管大信號包絡(luò)檢波器。圖中R7為負載電阻，其阻值較大；C14為負載電容，它的取值應(yīng)選取

48、得在高頻時，其阻抗遠小于R7的阻值，可視為短路，而在調(diào)制頻率比較低時，其阻抗遠大于R6，可視為開路。線圈L3有存儲電能的作用，能有效提高檢波電路的輸出信號電壓。L3的規(guī)格與L1相同，用線徑0.4mm的漆包線繞制3040圈，電感量為150200H。 （2）比較電路：經(jīng)過包絡(luò)檢波以及放大后的的信號存在少量的雜波干擾，而且電壓太小，如果直接將檢波后的信號送給單片機2051進行解碼，單片機會因為無法識別而不能解碼或解碼錯誤。比較器主要是用來對輸入波形進行整形，可以將正弦波或任意不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出。比較電路由LM358組成，如圖36所示。+5VR5 4.7KR5 10KR4 1KC1210F

49、C130.01FRP120K+5V832756U2 LM358R8 1MR910M檢波信號比較輸出41C26 10F圖3-6 比較電路LM358類似于增益不可調(diào)的運算放大器，其電路結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。OUT1 1IN1(-) 2IN1(+) 3GND 48 VCC7 OUT2 6 IN2(-)5 IN2(+)+-+-圖37 LM358電路結(jié)構(gòu)和引腳功能圖每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM358輸入共模范圍的任何一點），另一端加

50、一個待比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當“-”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM358用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM358的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。信號送到LM358后先由電壓跟隨器進行

51、阻抗匹配，電壓跟隨器的特點是輸入阻抗小輸出阻抗大，經(jīng)過變換后使電壓比較器輸入阻抗匹配，完成包絡(luò)的整形輸出。然后進行電壓比較，通過調(diào)整比較電平的電壓值來得到二進制信號，比比較電平值大的電壓判為高電平，用1表示；比比較電平的值小的電壓判為低電平，用0表示。R5（10K）和20K可變電阻RP1給LM358的2腳比較端設(shè)定一個偏置電壓，通過調(diào)整20K的可變電阻來控制比較電平的高低，使2腳的比較電平比3腳的電平值低0.5V左右即可。經(jīng)過比較后的信號由1腳輸出到解碼單片機U3。3.2 RFID系統(tǒng)的編碼與解碼在RFID系統(tǒng)中，為使閱讀器在讀取數(shù)據(jù)時能很好地解決同步的問題，往往不直接使用數(shù)據(jù)的NRZ碼對射頻

52、進行調(diào)制，而是將數(shù)據(jù)的NRZ碼進行編碼變換后再對射頻進行調(diào)制。所采用的變換編碼主要有曼徹斯特碼、密勒碼和修正密勒碼等。RFID系統(tǒng)的編碼與解碼可以采用編碼器、解碼器或軟件實現(xiàn)方法完成。本實驗系統(tǒng)采用軟件編程方法實現(xiàn)應(yīng)答器端的編碼和閱讀器端的解碼。3.2.1 曼徹斯特碼（1） 曼徹斯特（Manchester）碼編碼與解碼方式:在曼徹斯特碼中，1碼是前半（50）位為高電平，后半（50）位為低電平；0碼是前半（50）位為低電平，后半（50）位為高電平。NRZ碼和數(shù)據(jù)時鐘進行異或便可得到曼徹斯特碼，曼徹斯特碼和數(shù)據(jù)時鐘進行異或也可得到NRZ碼。前者即是曼徹斯特碼的編碼方式，后者是曼徹斯特碼的解碼方式（

53、如圖38所示）。 圖38 NRZ碼與曼徹斯特碼 （2） 編碼器與解碼器：如上所述，可以采用NRZ碼和數(shù)據(jù)時鐘進行異或的方法來獲得曼徹斯特碼，但是這種簡單的異或方法具有缺陷。如圖3-8所示，由于上升沿和下降沿不理想，在輸出中會產(chǎn)生尖峰脈沖P，因此需要改進。改進后的編碼器電路如圖3-9所示。該電路在異或之后加接了一個D觸發(fā)器74HC74,從而消除了尖峰脈沖的影響。 圖3-8 簡單異或的缺陷 圖3-9 改進的編碼器電路在圖3-9所示的電路中，需要一個數(shù)據(jù)時鐘的2倍頻信號2CLK,在RFID系統(tǒng)中，2CLK信號可以從載波分頻獲得。74HC74的PR端接編碼器控制信號，該信號為高電平時編碼器工作，該信號為低電平時編碼器輸出為低電平（相當于無信息傳輸）。曼徹斯特碼編碼器通常用于應(yīng)答器芯片，若應(yīng)答器上有微控制器（MCU），則PR端電平可由MCU控制；若應(yīng)答器芯片為存儲卡，則PR端電平可由存儲器數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)信號控制。起始位為1，數(shù)據(jù)為00的曼徹斯特碼的時序波形如圖3-10所示。