基于单片机的韦根信号的接收

摘要：介绍了韦根的概念和标准韦根26-bit信号的定义格式，依据其特点设计了一个韦根接收读卡器电路，并提供了程序实现的部分代码。该设计的电路和程序均已通过调试并在实际项目中得到应用。
关键词：读卡器；读卡控制器；韦根信号；单片机

    Wiegand，即韦根传感器是一种当交变磁场经过时产生输出电压脉冲的传感器。脉冲的幅度是由激励磁场的场强决定的。因此，韦根传感器不需要外界电源供电。由于韦根传感器非常容易和数字系统相匹配，并且系统没有可动的部件或半导体器件，这使得它们能适用于恶劣的环境和长期无人监控的场所。
    在设计读卡器时，读卡控制器既需要与上位机串行通信，又需要与读卡器串行通信。大多数单片机只有一个串行通信口，而设计者希望控制器与读卡器的通信不占用串行接口，因此，应用韦根信号是一个不错的选择。文章介绍了一种基于单片机的韦根信号接收的实现方法。

1 韦根信号的格式说明
    韦根信号在数据的传输中只需要两条数据线，分别是DATA0和DATA1。当空闲时，两线相对于0 V的电源都是TTL电平的水平，即5 V；当有数据传输时，两线交替发送400μs的低脉冲。当DATA0线发送脉冲时，数据输出是‘0’；当DATA1线发送脉冲时，数据输出是‘1’。两根线不可同时发送脉冲。脉冲的间隔是1ms，宽度是100μs，周期是600μs。图1中脉冲宽度在20μs～200μs之间，两个脉冲间的时间间隔在200μs～200ms之间。

    由于标准韦根26-bit格式是一个开放式的格式，这就意味着任何人都可以购买某一特定格式的HID卡，并且这些特定格式的种类是公开可选的。26-bit格式就是一个广泛使用的工业标准，并且对所有HID的用户开放。
    韦根的数据一般由三部分组成：校验位、出厂码和数据位。不同的韦根格式有不同的组成。Weigand协议是国际上统一的标准，格式有很多种，标准的weigand26，即26-bit是最常用的格式。标准的26位韦根输出是由26位二进制数组成，其中第1位和第26位是校验位，2-9位是厂家码，10-25位是卡号位，其输出格式如下：
    12      9 10      25 26
    E XXXX XXXX XXXX…XXXX 0
    第1位是前12bit的偶校验位；前12位(第2-9位)对应电子卡HID码的低8位，后12位(第10-25位)对应电子卡的PID码，第26位是后12bit的奇校验位。数据从左至右顺序发送，高位在前。
    如果电卡的地区码位2个字符，即8位则可用那设置255个地区码((15×16)+15=255)；电子卡的卡号位4个字符，即16位则可设置65 536个卡号((15×16×16×16)+(15×16×16)+(15×16)+15=65 535)。
    例如：一个HID：16 385，PID：00004的电子卡其26位韦根输出为：
    10000000100000000000001000
    检验位HID=16 385(二进制的低8位)PID=4(二进制)检验位。
    这26位数据在读出器的韦根输出线DATA0，DATA1上输出。

2 接收电路的设计
    韦根信号的接受有两种方法，分别是查询法和中断法，如果用查询的方法接收会出现丢帧的现象；所以作者选择外部中断的方法来实现韦根信号的接受，接收电路如图2所示。接收电路选用了美国Atmel公司的89S51作为主控芯片。读卡器使用了远距离125 kHz射频读卡器，读卡控制器为自行设计。读卡控制器与上位机通信选用RS485总线；单片机为含WDT的89S51；存储器为128 k字节的非易失存储芯片HK1245-7，读卡控制器还配置实时时钟电路、门禁控制电路、数码管显示驱动电路等等。

3 程序代码的实现
    中断接收韦根码程序如下：
    ；外中断0服务程序，接收DATA0
    DTO： PUSH PSW
          USH ACC
          SETB RS1
          CLR RS0         ；第二组寄存器
          CLR C           ；DATA0
          MOV R7，#4      ；26位码用4字节
          MOV R0，#WGBUF  ；缓冲器首地址
    DTO1：MOV A，@R0
          RLC A
          MOV@R0，A
          INC R0
          DJNZ R7，DTO1
          DJNZ WXH0，DTOE
          MOV WXH0，#26   ；韦根数据位数
          ACALL WG26      ；26位接收完毕?
    DTOE：POP ACC
          POP PSW
          RETI
    ；外中断1服务程序，接收DATA1
    DT1： PUSH PSW        ；
          PUSH ACC
          SETB RS1
          CLR RS0         ；第二组寄存器
          SETB C          ；DATA1
          MOV R7，#4      ；26位用4字节
          MOV R0，#WGBUF  ；缓冲器首地址
    DT11：MOV A，@R0
          RLC A
          MOV@R0，A
          INC R0
          DJNZ R7，DT11
          DJNZ WXH0，DTlE  ；26位接收完毕?
          MOV WXH0，#26    ；韦根数据位数
          ACALL WG26       ；韦根处理
    DT1E：POP ACC
          POP PSW
          RETI             ；中断返回
    提供的两个中断服务程序可共同完成26位韦根码的接收。其中，外中断0负责DATA0的接收；外中断1负责DATA1的接收。
    当26位的韦根码接收完整后调用子程序WG26，在子程序中进行韦根码的奇偶校验、存储、发送等处理。程序使用4个字节作为韦根码存储单元，即前三个字节的全部和第四字节的最低2位。

4 结束语
    应用单片机的中断技术实现了韦根信号的接受，设计的电路和程序均已通过调试，并设计调试方案如图3所示。

    经测试，读卡成功率100％，未发现差错，通信正确率100％。设计完全达到预期效果，并在实际项目实施过程中运行正常。文章中给出了完整的接收程序。由于篇幅所限，初始化程序、信号处理程序未与列出，需要者可与作者联系，愿予提供、交流。