CPLD在射頻卡讀寫器中的應(yīng)用

1 系統(tǒng)工作原理和CPLD特性

射頻卡讀寫系統(tǒng)又稱射頻識別系統(tǒng)（Radio Frequency Identification），它是利用無線方式進(jìn)行非接觸式雙向數(shù)據(jù)通信，進(jìn)而達(dá)到識別目標(biāo)并交換信息的目的。射頻識別技術(shù)發(fā)展迅速，在門禁、交通這、防盜、金融、身份證管理、工業(yè)自動化等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，非接觸IC卡可以分為3種：（1）密耦合卡（ISO10536），作用距離0～1cm。（2）近耦合卡（ISO 14443），作用距離0～10cm。（3）疏耦合卡（ISO 15693），作用距離0～150cm[1]。

基于ISO 15693協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的射頻卡讀寫器是目前中低頻段工作距離最遠(yuǎn)（達(dá)1.5米）的射頻識別裝置。射頻卡由半導(dǎo)體廠商提供，目前國內(nèi)外均有符合該標(biāo)準(zhǔn)的商用化射頻卡。

在實際應(yīng)用中，密耦合卡和近耦合卡距離射頻卡讀寫器作用距離特別小，一般每次只要求響應(yīng)一張卡（如公交售票系統(tǒng)）。而疏耦合卡往往應(yīng)用在對多卡同時進(jìn)行響應(yīng)的場合（如多個持卡行李同時經(jīng)過門檢），讀寫器與多卡同時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換可以通過軟件設(shè)計加入“防碰撞機(jī)制”實現(xiàn)。但是由于讀寫器在響應(yīng)某張卡時的數(shù)據(jù)交換時間被限制在200μs～300μs內(nèi)，選用普通單片機(jī)無法達(dá)到這一要求，因此在設(shè)計中選用了高速CPLD器件來實現(xiàn)編碼、解碼以及差錯控制功能。一方面在響應(yīng)時間上滿足了實際應(yīng)用的需要；另一方面簡化了軟件設(shè)計。

2.1 編碼器與譯碼器

單片機(jī)啟動編碼后，編碼模塊向單片機(jī)發(fā)中斷（INT0）獲取待編碼的指令數(shù)據(jù)，同時將指令數(shù)據(jù)送入并行CRC模塊。當(dāng)指令數(shù)據(jù)完成編碼后，控制電路將2字節(jié) CRC值緊接在數(shù)據(jù)之后進(jìn)行編碼。譯碼時，譯碼器檢測到起始位后，開始譯碼。譯碼后的數(shù)據(jù)通過中斷（INT1）通知單片機(jī)取走。并同時送入CRC并行運算模塊進(jìn)行校驗，單片機(jī)在特定的時刻（接收完最后一字節(jié)數(shù)據(jù)時）讀取CRC校驗標(biāo)志端口CRCALL0，判斷整個數(shù)據(jù)串的正確性。

（1）數(shù)據(jù)編碼從讀寫器到卡的數(shù)據(jù)采用脈沖位置調(diào)制即“1/256”編碼。用256個時隙表示8bit數(shù)據(jù)，通過控制bit脈沖出現(xiàn)的時間位置來表示0～255范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。如圖2，在第255個位置出現(xiàn)的位置脈沖（9.44μs高電平的9.44μs低電平）表示數(shù)據(jù)E1（HEX），采用計數(shù)器加控制電路即可實現(xiàn)?？刂撇糠謪f(xié)助實現(xiàn)數(shù)據(jù)無縫編碼及形成幀起始位和結(jié)束位，用VHDL設(shè)計易于實現(xiàn)。編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行ASK調(diào)制（13.56MHz載波），經(jīng)天線發(fā)射出去。

（2）數(shù)據(jù)譯碼從射頻卡返回的數(shù)據(jù)經(jīng)過一次解調(diào)（去掉13.56MHz載波）后，數(shù)據(jù)編碼格式如圖3所示?？梢灾苯舆M(jìn)行數(shù)據(jù)譯碼，也可以去除子載波（423.75kHz）后得到Manchester碼再譯碼。這里采用后者，通過在每一bit的前、后半段時間內(nèi)兩次取樣、判決、加以串并變換即可得到譯碼后的并行數(shù)據(jù)并送至并行CRC模塊進(jìn)行CRC校驗，同時送往單片機(jī)處理，行CRC模塊在校驗結(jié)束時通知單片機(jī)取校驗結(jié)果。

2.2 差錯處理模塊

與射頻卡內(nèi)部電路配合，讀寫器端采用了常用的CRC檢錯得傳機(jī)制。為了縮短處理時間，滿足讀寫器在實際應(yīng)用中對多張卡同時處理時的響應(yīng)時間要求，設(shè)計采用硬件實現(xiàn)。