《射频识别与传感器技术》实验讲义
实验一
1、实验项目：125KHz RFID实验 2、目的与意义
熟悉CVT-RFID MCU-II实验箱的硬件结构和原理，掌握实验箱配套控制软件的使用。了解RFID的基本工作原理，了解典型的密耦合系统，了解125KHz RFID系统应答器芯片和阅读器芯片。掌握125KHz只读卡、读写卡操作的基本原理。通过相关信号的测量加深对信号调制与解调、125KHz RFID技术只读卡、读写卡相关协议标准的理解。
3、实验环境（设备与仪器）
CVT-RFID MCU实验箱一台，PC机一台，双踪示波器一台，PC机操作系统Windows XP，RFID综合实验平台环境
4、背景知识
1）实验箱系统硬件原理简介
整个系统主要由以下几部分组成： （1）主处理器
采用ATMEL的高性能AVR单片机，主要处理RFID标签的读写操作、ZIGBEE模块的数据传输、键盘和显示电路的处理，以及和上位机的通信。系统有标准JTAG接口和ISP下载接口，方便程序的调试和下载。
（2）CPLD
采用ALTERA的MAX系列CPLD，完成系统和上位机通信串口的切换工作，另外还挂接了键盘的行信号ROW0～ROW3。
（3）125KHz RFID
采用瑞士EM MICROELECTRONIC的低频RFID处理芯片，完成对125KHz标签的
自动寻卡、读写操作等。
（4）ISO14443 RFID
采用PHILIPS的高频RFID处理芯片，工作频率为13.56MHz，完成对ISO14443标
签的寻卡、防冲突、选择卡、密码下载和校验、修改密码和读写操作等。
（5）ISO15693 RFID
采用模拟分立元件的设计方法，使RFID读写器的内部结构更加清晰，工作频率为
13.56MHz，可以完成对ISO15693标签的寻卡、防冲突、选择卡、密码下载和校验、修改密码和读写操作等。
（6）900MHz RFID
采用模块化的接口设计，增强超高频RFID的抗干扰性。完成对900MHz标签的寻
卡、读写操作等。
（7）ZIGBEE无线通信部分
采用TI的无线通信单片机，系统有2个ZIGBEE模块，可以实现相互之间数据的无
线透传。
（8）键盘和显示部分
键盘采用4×4矩阵键盘，其中列信号线COL0～COL3连接到主处理器上，考虑到主
处理器IO口不够，所以行信号线ROW0～ROW3挂接在CPLD上；显示屏采用128×64的点阵屏，所以口线均连接到主处理器上。
图1-1 系统硬件原理框图
2）125KHz RFID硬件原理
采用低频RFID的CMOS集成收发器电路基站芯片，有以下功能和特点: ① 100 到 150 kHz 载波频率范围。
② 利用载波驱动天线，集成的锁相环系统，以实现用自适应载波频率来匹配天线谐振频率。
③ 用于可读写应答器的AM调制磁场。对从天线传输来的应答器的调制信号进行AM解调。
④ 和微处理器通过串行接口通讯。 ⑤ 无需外部晶振。 ⑥ 睡眠模式电流低至1μA。
具体工作原理是：通过外部线圈及内部集成的电容一起组成谐振电路，从连续的125KHZ磁场中获取能量启动。芯片从内部的EEPROM中读出数据，并通过和线圈并联的负载的开断产生深幅调制，将数据发送出去。通过对125KHZ磁场的100%幅度调制，可以执行各种命令和更新EEPROM中的数据。
图1-2 125KHz RFID硬件原理框图
3）125KHz测量点
图1-3 125KHz测量点
J22：GND测量点，信号公共地。
J23：RDY_CLK测量点，射频芯片返回给处理器的同步时钟信号测量点。 J24：MOD测量点，处理器发送的调制信号测量点。
J25：DEMOD_OUT测量点，射频芯片返回给处理器的数据输出信号测量点。
4）125KHz通信协议简介
这里介绍ISO18000-2标准协议，ISO/IEC 18000-2 定义了125～134.2KHz的空中接口通信协议参数，规定了时序参数、信号特性、标签与读写器之间通信的物理层架构、协议和指令，以及多标签读取时的防碰撞方法。
1、调制
标签和读写器之间采用ASK调制方式，调制深度为100%，如图1-4所示：
图1-4 125KHz ASK调制波形
图1-4中的时间参数如表1-1所示：
表1-1 调制时间参数
注：Tac = 1/fac ≈ 8us 2、读写器到标签 （1）数据编码
读写器到标签的数据编码包括：数据?0‘、数据?1‘、?code violation‘和?stop condition‘，如图1-5所示：
图 1-5 读写器到标签的数据编码
图1-5中的时间参数如表1-2所示：
表1-2 数据编码时间参数
注：Tac = 1/fac ≈ 8us （2）SOF
读写器到标签的SOF起同步作用，由一个数据?0‘和一个?code violation‘组成，如图1-6所示：