SPCE061A的射頻讀寫器信號分析系統(tǒng)設(shè)計

引言
    射頻識別RFID技術(shù)是一種基于射頻原理實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)。它的基本原理是信號通過空間耦合(交變磁場和電磁場)實(shí)現(xiàn)信息傳遞，這些信息一般加載在電子標(biāo)簽中。信息的數(shù)據(jù)格式通常有標(biāo)準(zhǔn)的韋根(Wiegand)信號或各種串行通信接口信號。
    當(dāng)前，讀寫器的應(yīng)用日漸廣泛。在生產(chǎn)和銷售的過程中，人們常?？嘤跊]有一種快速、簡便的方法對讀寫器的輸出信號進(jìn)行直觀的顯示，以至于在生產(chǎn)中常常需要將產(chǎn)品進(jìn)行返工，重新校正產(chǎn)品的信號輸出。為解決這一問題，采用具有語音處理功能的SPCE061A單片機(jī)作為控制器，對射頻讀寫器常見的輸出信號進(jìn)行分析和處理。

1 信號分析系統(tǒng)的總體設(shè)計
    在射頻讀寫器中，需要分析與處理的常見信號包括Rs一232信號、Rs一485及韋根信號。對這些信號的處理可以采用凌陽SPCE061A單片機(jī)。凌陽SPCE061A單片機(jī)具有51單片機(jī)的常用功能，片內(nèi)資源高度集成，如ADC、DAC、RAM、Flash、定時器、鎖相環(huán)、低電壓檢測及復(fù)位、看門狗、ICE接口等等；另外，SPCE061A內(nèi)嵌32K字閃存，其u'nSP指令系統(tǒng)還提供具有較高處理速度的16位×16位乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，能方便、快捷地處理各種復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，本系統(tǒng)采用SPCE061A作為核心控制電路來進(jìn)行外圍電路開發(fā)，系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

    在本系統(tǒng)中，為了選擇所要測試的數(shù)據(jù)類型，系統(tǒng)中設(shè)計了數(shù)據(jù)切換按鈕以使系統(tǒng)能夠?qū)λx數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇處理，同時，為了直觀看到所要分析的數(shù)據(jù)信號，系統(tǒng)中設(shè)置了LCD。該LCD能將所讀數(shù)據(jù)的ID顯示出來，同時系統(tǒng)能將讀到的錯誤ID通過語音模塊進(jìn)行報警。本文重點(diǎn)討論使用SPCE061A對常見信號(如RS一485與韋根信號)進(jìn)行分析與處理的方法。
1．1 RS一485數(shù)據(jù)信號處理
    本文所要處理的RS一485信號的數(shù)據(jù)幀格式如下：

    ①數(shù)據(jù)開始標(biāo)志STX=02H，數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志ETX=03H。
    ②DATA為讀取的電子標(biāo)簽編號，長度為8字節(jié)ASCII碼。把數(shù)據(jù)按從高到低的順序每4位1組進(jìn)行分割，再把4位二進(jìn)制數(shù)的取值用ASCII碼表示。由于4位二進(jìn)制數(shù)的取值范圍是OH～FH，因此轉(zhuǎn)換后的ASCII碼為30H～39H、41H～46H。例如：32位編號數(shù)據(jù)為6A90F103H，轉(zhuǎn)化為8字節(jié)的ASCII碼后為“36H 41H 39H 30H 46H 31H 30H 33H”。
    ③BCC為校驗(yàn)碼，是從STX到ETX每一個字節(jié)“異或”后的結(jié)果。接收時，SPCE061A單片機(jī)對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和計算，然后與校驗(yàn)碼相比較，以進(jìn)行誤碼判斷。

    當(dāng)用SPCE061A單片機(jī)對RS一485信號進(jìn)行分析時，采用Maxim公司的MAX481作為RS一485的驅(qū)動芯片。該芯片內(nèi)部集成了1個驅(qū)動器和1個接收器，符合RS一422A和RS一485通信標(biāo)準(zhǔn)。MAX481引腳如圖2所示。引腳功能如表1所列。

    SPCE061A的串口引腳IOAlO和IOAl3分別連接到MAX481的RO和DI引腳，以進(jìn)行串行數(shù)據(jù)交換；控制引腳I0A12和IOAll分別連接到MAX481的DE和引腳，以控制驅(qū)動器和接收使能端。這4個引腳均接上拉電阻。
    MAX481的A端和B端為RS一485差分信號的輸入和輸出端。二者之間串接1個120 Ω的電阻。
1．2 韋根信號處理
    韋根碼有多種數(shù)據(jù)格式，本文介紹讀寫器中較常用的韋根碼(26位)數(shù)據(jù)格式。國際標(biāo)準(zhǔn)Wiegand26格式每次只傳輸26位數(shù)據(jù)(二進(jìn)制)。這26位中只有24位是有效數(shù)據(jù)，我們規(guī)定這24位對應(yīng)電子標(biāo)簽中編號的低24位。其傳輸格式如下：

    表2對韋根數(shù)據(jù)格式進(jìn)行了詳細(xì)說明。其中第2～9位為分組碼，分組碼共有8個二進(jìn)制位，有256個狀態(tài)；第10～25位為標(biāo)識碼，標(biāo)識碼共16個二進(jìn)制位，有65 536個狀態(tài)；第1位是第2～13位的偶校驗(yàn)位；第26位是第14～25位的奇校驗(yàn)位。

    由于韋根信號的特殊性，在一般的應(yīng)用中，對韋根信號的分析均是使用FPGA來完成的，文中采用如下一種特殊方式對韋根信號進(jìn)行處理。圖4中74HCl4是施密特反相器，主要起整形作用；74HC86為異或門。根據(jù)韋根信號的特點(diǎn)，data0和datal所輸入的信號總是相反的，這樣通過第一級異或門就可檢出data0和datal端所出現(xiàn)的“O”和“1”。第二級異或門一端接VCC，只起反相的作用，以便產(chǎn)生適合SPCE061A的中斷信號；輸出接到SPCE061A的中斷輸入端IOB2(INTO)。datal經(jīng)反相整形后與SPCE061A的IOB3(INTl)相連。SPCE061A可以讀取該信號來判別是“O”還是“1”。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    在進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計時，首先必須對SPCE061A的引腳進(jìn)行配置，將IOB2和IOB3分配為外部中斷1和外部中斷O，使SPCE061A能夠更好地捕捉到外部的韋根信號。初始化程序如下：
   
    由于數(shù)據(jù)脈沖的寬度比較窄，為了不使讀到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯誤，在IOB3上的中斷信號產(chǎn)生之前應(yīng)將IOB2上的EXTl信號進(jìn)行捕捉。

結(jié)語
    本系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠快速、方便地對讀寫器的各種信號進(jìn)行分析和處理。通過附加的LCD顯示屏和語音提示，該系統(tǒng)可以隨時檢測讀寫器所讀的ID信號。這一過程可以減少產(chǎn)品測試員的煩瑣工作，也能加大對讀寫器產(chǎn)品的對外推廣力度，大大提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)銷售。