SPCE061A单片机对射频读写器输出信号的分析处理

当前，读写器的应用日渐广泛。在生产和销售的过程中，人们常常苦于没有一种快速、简便的方法对读写器的输出信号进行直观的显示，以至于在生产中常常需要将产品进行返工，重新校正产品的信号输出。为解决这一问题，采用具有语音处理功能的SPCE061A单片机作为控制器，对射频读写器常见的输出信号进行分析和处理。

射频识别RFID技术是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术。它的基本原理是信号通过空间耦合(交变磁场和电磁场)实现信息传递，这些信息一般加载在电子标签中。信息的数据格式通常有标准的韦根(Wiegand)信号或各种串行通信接口信号。

1  信号分析系统的总体设计

在射频读写器中，需要分析与处理的常见信号包括RS-232信号、RS-485及韦根信号。对这些信号的处理可以采用凌阳SPCE061A单片机。凌阳SPCE061A单片机具有51单片机的常用功能，片内资源高度集成，如ADC、DAC、RAM、Flash、定时器、锁相环、低电压检测及复位、看门狗、ICE接口等等；另外，SPCE061A内嵌32K字闪存，其u’nSP指令系统还提供具有较高处理速度的16位×16位乘法运算指令和内积运算指令，能方便、快捷地处理各种复杂的数字信号。因此，本系统采用SPCE061A作为核心控制电路来进行外围电路开发，系统的总体框图如图1所示。



在本系统中，为了选择所要测试的数据类型，系统中设计了数据切换按钮以使系统能够对所读数据进行选择处理，同时，为了直观看到所要分析的数据信号，系统中设置了LCD。该LCD能将所读数据的ID显示出来，同时系统能将读到的错误ID通过语音模块进行报警。本文重点讨论使用SPCE061A对常见信号(如RS-485与韦根信号)进行分析与处理的方法。

1.1 RS-485数据信号处理

本文所要处理的RS-485信号的数据帧格式如下：



①数据开始标志STX=02H，数据结束标志ETX=03H。

②DATA为读取的电子标签编号，长度为8字节ASCII码。把数据按从高到低的顺序每4位1组进行分割，再把4位二进制数的取值用ASCII码表示。由于4位二进制数的取值范围是0H～FH，因此转换后的ASCII码为30H～39H、41H～46H。例如：32位编号数据为6A90F103H，转化为8字节的ASCII码后为“36H 41H39H 30H 46H 31H 30H 33H”。

③BCC为校验码，是从STX到ETX每一个字节“异或”后的结果。接收时，SPCE061A单片机对接收的数据进行校验和计算，然后与校验码相比较，以进行误码判断。

当用SPCE061A单片机对RS-485信号进行分析时，采用Maxim公司的MAX481作为RS-485的驱动芯片。该芯片内部集成了1个驱动器和1个接收器，符合RS-422A和RS-485通信标准。MAX481引脚如图2所示。引脚功能如表1所列。




SPCE061A与RS-485的接口电路如图3所示。




SPCE061A的串口引脚IOA10和IOA13分别连接到MAX481的RO和DI引脚，以进行串行数据交换；控制引脚IOA12和IOA11分别连接到MAX481的DE和RE引脚，以控制驱动器和接收使能端。这4个引脚均接上拉电阻。

MAX481的A端和B端为RS-485差分信号的输入和输出端。二者之间串接1个120 Ω的电阻。

1.2 韦根信号处理

韦根码有多种数据格式，本文介绍读写器中较常用的韦根码(26位)数据格式。国际标准Wiegand26格式每次只传输26位数据(二进制)。这26位中只有24位是有效数据，我们规定这24位对应电子标签中编号的低24位。其传输格式如下：



表2对韦根数据格式进行了详细说明。其中第2～9位为分组码，分组码共有8个二进制位，有256个状态；第10～25位为标识码，标识码共16个二进制位，有65 536个状态；第1位是第2～13位的偶校验位；第26位是第14～25位的奇校验位。



由于韦根信号的特殊性，在一般的应用中，对韦根信号的分析均是使用FPGA来完成的，文中采用如下一种特殊方式对韦根信号进行处理。图4中74HC14是施密特反相器，主要起整形作用；74HC86为异或门。根据韦根信号的特点，data0和data1所输入的信号总是相反的，这样通过第一级异或门就可检出data0和data1端所出现的“0”和“1”。第二级异或门一端接VCC，只起反相的作用，以便产生适合SPCE061A的中断信号；输出接到SPCE061A的中断输入端IOB2(INT0)。data1经反相整形后与SPCE061A的IOB3(INT1)相连。SPCE061A可以读取该信号来判别是“0”还是“1”。


2 系统软件设计

在进行系统的软件设计时，首先必须对SPCE061A的引脚进行配置，将IOB2和IOB3分配为外部中断1和外部中断0，使SPCE061A能够更好地捕捉到外部的韦根信号。初始化程序如下：




由于数据脉冲的宽度比较窄，为了不使读到的数据产生错误，在IOB3上的中断信号产生之前应将IOB2上的EXT1信号进行捕捉。

结  语

本系统最大的优点在于能够快速、方便地对读写器的各种信号进行分析和处理。通过附加的LCD显示屏和语音提示，该系统可以随时检测读写器所读的ID信号。这一过程可以减少产品测试员的烦琐工作，也能加大对读写器产品的对外推广力度，大大提高生产效率，促进销售。