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RFID电子标签卡的防碰撞模块设计

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发表于 2019-7-30 09:30 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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RFID电子标签卡的防碰撞模块设计
, M6 ^/ i! N; e- M
    RFID(RadioFrequency IdentifiCation,射频识别)电子标签是一种把天线和IC封装到塑料基片上的新型无源电子卡片;具有数据存储量大、无线无源、小巧轻便、使用寿命长、防水、防磁和安全防伪等特点;是近几年发展起来的新型产品,是未来几年代替条形码走进“物联网”时代的关键技术之一。阅读器(即PCE,机)和电子标签(即PICC卡)之间通过电磁场感应进行能量、时序和数据的无线传输,如图l所示。在PCD机天线的可识别范围内,可能会同时出现多张PICC卡。如何准确识别每张卡,是A型& B, ~/ u$ ?% `8 J# r
PICC卡的防碰撞(即anticollision,也叫防冲突)技术要解决的关键问题。
( j& g. |) y8 s, a1 p4 \6 M- I3 P3 j0 v5 Z
4 m$ ^8 c" B: T* k5 [
1 A型卡防碰撞的工作原理9 \1 ~: J4 k- u- ?+ _
    A型PICC卡采用了ISO/IECl4443系列协议,配合PCD机共同实现防碰撞的快速交互通信。为了从多张PICC卡中快速识别出一张来单独进行通信,A型卡采用了位碰撞监测协议实现防碰撞过程,即阅读器对卡返回的少有识别号(即UID)数据帧中的每一位进行冲突监测。当多张A型PICC卡在同一时刻向PCD机传送UID数据帧时,一定会在同时返回的某一位上有不同的位值。根据Manchester编码规则,这一位正负边沿抵消了,故PCD机无法识别的该数据位即为碰撞位。碰撞位监测到后马上启动防碰撞过程。PCD机主动地发出一系列命令数据帧(即下传),主要是ANTICOLLISION命令和SEELECT命令。PICC卡被动地响应每一条指令(即上传)完成交互的会话过程。+ I7 q9 G/ Q. R

1 j' e$ o% j$ `6 _
( _/ V$ J: S/ Z( b3 d  S7 K    对于ANTICOLLISION命令,如果PICC卡本身固有的UID CLn和命令中所带的UID CLn数据位相等,则发送UIDCLn的其余位;否则,不发送响应.根据协议规定,ANTICOLLISION命令(即第l部分:下传数据)和PICC卡的响应(即第2部分:上传数据)组合成一个防碰撞帧.而且防碰撞帧的数据位总数为56位。16≤下传数据位数≤55;l≤上传数据位数≤40。防碰撞帧举例如图2所示。由于56位的防碰撞帧可以在任意位置上分开,因此分两种情况:在一个完整的数据字节之后分开,则在第1部分的较后一个数据位之后有一个校验位;在一个数据字节内分开,则在第1部分的较后一个数据位之后不加校验位。情况1和情况2的不同分开方法如图2所示。) j' }, ?! H) d. o+ R
    对于SELECT命令,如果PICC卡内固有的UIDCLn和命令中的UID CLn相等,则发送SAK帧,否则不发送响应。5 i. l1 O7 W9 [3 y* X6 M5 f7 K

. `4 w" T! M# d2 防碰撞模块的设计/ B% {2 f0 G$ e. V
2.1 引脚定义

; S6 v5 u) L  i. Y4 ]. U+ V    防碰撞模块的外部信号引脚定义及其在卡中与其他模块的连接如图3所示。
0 Z+ A( r7 L& M9 @, o' V# s; a1 e7 T3 ^  u. c
    防碰撞模块外部信号定义的VHDL代码如下。9 M/ N0 F3 K7 }
    entity ANTICOLLICSION_BLOCK is port" ]3 E7 L* t/ W9 L9 H
    (clk:in std_logic;—— 时钟信号
( ]4 l- b; k# V1 a2 k7 t    reset:in steL_logic;——复位信号( _& I$ ~! |( }0 Y
    rxd:in std_logic;一一外部数据串行输入; i3 E, r- s4 V; `
    active:in std_logic;——外部数据输入的状态5 g3 x% B& G# T9 L5 U% M
    Csn_fb:in std_logic_vector(7 downto 0)   —— 来自ROM的并行数据
/ W$ N" a4 c' k0 |5 O8 K- j    Csn_full:in std_logic;——ROM接口中的输出Latch“满”
4 m* x! s% V! Q! i/ F% h    Rd_csn:out std_logic;一一允许读ROM0 K6 M8 m. k' [
    Txd:out std_logic;一一数据串行输出
: h$ O/ l; J4 e2 M    Txd_active:out std_logic--一数据输出的状态
) e- ?0 s+ ]8 Y/ N# W    );2 I" E5 J/ _4 O3 j
    end ANTiCOLLlCsIoN_BLOCK;
( D2 F) Q  n% I6 N( O- n3 b" N7 d2.2 模块划分/ t. v& X( I; n3 A5 G" y
    防碰撞模块主要分为4个部分:数据接收模块(A)、读ROM模块(B)和数据比较(C)发送模块(D),如图4所示。A的作用是:接收PCD机发送的命令信号,从rxd引脚串行输入后对每个字节进行校验。并进行串并转换,按字节逐个存入7个Latch中。B的作用是:从ROM接口模块中读出卡内固有的UID CLn,按字节存入4个Latch后,计算UIDCLn的4个字节的异或值(即卡的BCC字节),并存入锁存器。C和D的作用是:比较PCD机命令中的UIDCL.和卡的UIDCLn,并根据比较结果决定是否输出响应.如果比较结果相同,则根据命令的类型(ANTICOLLISION命令或SELECT命令)从txd引脚串行输出不同的响应数据。由于篇幅所限,后面主要介绍数据的发送模块是如何设计实现的。' y$ b3 W' s) I

4 Q( d* A3 i7 Y  S2.3 发送模块的设计7 P. E1 m/ H6 Y% K  ^' T
    数据发送模块的设计实现如图5所示。
- [; a7 I$ U* F
( J5 K1 Z/ n) h9 z2.3.1 实现对ANTICOLLISl0N命令的响应  s, ]2 B8 `5 h
(1)输出数据txd产生模块的设计

$ B+ L5 R  t$ J& Z; N1 x0 e( V    当来自PCD机的指令数据接收完毕(即Data_input_end=“1”)和读卡内ROM的UID数据结束(即Csn_input_end=“l”)后,判别器启动位计数器和字计数器来控制数据比较模块,逐个比较Latch中的数据.比较结果相等(即Bit_not_match=“0”)时,令位计数器停止计数一个时钟周期,此时字计数器和位计数器的值仍然分别等于NVB的高4位和低4位。以图2情况1为例,字计数器值(即Byte_num)为2H,位计数器值(即Bit_num)为5H,输出信号产生模块从txd引脚发送起始位“0”;根据字计数器地址,从卡的UID CLn和BCC中选取字节,输出数据产生模块在Bit_num为0H~7H时,发送该字节的0~7位。在Bit_num为8H时,计算并发送该字节的奇校验位;当字计数器值为7H,位计数器值为OH时,表示所有的剩余UID CLn数据位和BCC已全部发送,此时发送结束位。4 M  z. Y" \' |  N! K* v$ P
(2)输出状态Txd__active产生模块的设计/ e9 F. V7 v7 ?9 ], l, \& N! a+ t/ ?
    在比较结果相等(即Bit_not_matCh_“l”)时,令输出状态信号Txd_active变为“l”,表明发送开始,在Bytenum为7H,Bit_num为lH时,变为“0”,表明发送结束。
: V9 L. Q7 Y) z# Z2.3.2 实现对SELECT命令的响应( D0 n  J* J4 ~' _
(1)输出数据txd产生模块设计
' o! g5 D) Y0 Y( \% Q( z9 B
    在比较结果相等时,输出起始位“0”,并且令位计数器停止计数一个时钟周期,此时Bytc_num为7H,Bit_num为OH。在接下来的8个时钟周期里,即Bytc_num为7H,Bit_num为O~7H时,串行输出SAK帧,在Bit_num为8H时,输出奇校验位.接着Byte_num变为8H,Bitnum变为OH,此时输出结束位“O”。+ A6 |3 Q7 Z% c3 F7 F% j
(2)输出状态.Txd_active产生模块设计9 ^7 H0 i8 s9 A$ x. r% `
    令输出状态信号Txd_active在比较结果相等时变为“l”,在Byte_num为8H。Bit_num为1H时变为“O”。
3 a3 c& I6 O0 m% V, a5 Y& w; u5 \
3 仿真结果分析' L0 o& T6 E4 U3 v: C, B. m
3.1 防碰撞模块对ANTICOLLISION命令的响应
9 @( L, F. i: x& o2 q& D& u
    在数据线rxd上设置一串数据,与图情况2中下传数据相同,其中定义帧头S为“10”和帧尾E为“0l”。启动Maxplus仿真器,得到输出信号的波形,如图6所示。对照图2情况2可见,在txd线上得到的输出数据和图2情况2中上传数据(即UID CLn的其余位)相同。说明设计的防碰撞模块对ANTICOLLISION命令的响应是正确的。9 o6 t" S3 H% ^' H% O0 l

3 `4 J% c# {( k8 W2 `: T4 D/ t! ?* ^4 ]9 R1 G

! Q2 A/ E1 [) a2 y. I2 p4 I3 `9 b9 m" I3.2 防碰撞模块对SELECT命令的响应
: [% d+ n) g$ x: j: s    在输入数据线rxd上设置如图7所示的一串数据。由图8可见,输出数据线txd上的数据为“S00000000 1 E,这是正确的SAK响应。
3 D0 h3 f0 w* S  ~4 v2 \0 b' u' C0 r
: C) z6 u9 r& }9 `5 t0 s  o

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发表于 2019-7-30 16:38 | 只看该作者
看看楼主说的方法
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