可讀寫射頻卡芯片分析論文

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摘要：介紹了美國TEMIC公司生產的e5550射頻卡的功能和特點，闡述了e5550的使用和操作方法，結合應用實踐指出了使用e5550射頻卡的注意事項。

關鍵詞：讀／寫；射頻卡；e5550

1e5550的功能特點

1．1e5550的主要特點

e5550是由美國TEMIC和ATMEL公司生產的低成本可讀／寫射頻卡芯片。目前國內很多公司均可向用戶提供將e5550封裝成標準射頻IC卡的服務。由于e5550可以和低成本的射頻卡基站U2270B構成完整的射頻卡應用系統（關于U220B的介紹參見有關文章），且具有很高的性能價格比，因此在公交系統、餐飲服務系統等領域得到了廣泛的應用。筆者將e5550射頻卡應用到高校學生水電管理系統中，取得了良好的效果。e5550的功能特點如下：

●采用低功耗、低電壓CMOS結構；

●采用非接觸電感耦合方式來獲取電源；

●工作頻率為100～150kHz；

●內含264位非易失性存儲器，其中224位可供用戶自由使用；

●具有存儲區塊保護和密碼保護功能；

●位傳送速率可選。根據需要可以選擇射頻頻率的8、16、32、40、50、64、100、128分頻速率進行數據傳送；

●能提供二進制碼、幅移鍵控、頻移鍵控、曼徹斯特編碼和雙相位碼多種調制方式；

●具有多種工作方式可供選擇。

1．2e5550的引腳功能

e5550采用DOW和SO8兩種封裝形式，采用SO8封裝的引腳排列如圖1所示，由于芯片的工作電源是通過連接在引腳1和引腳8的天線感應獲得的，因此將e5550芯片封裝到卡內時，第2～7引腳是開路的。e5550的引腳功能描述見表1所列。

表1e5550引腳功能描述

引腳號引腳名稱功能描述

1Coil2天線連接端2

2Test測試引腳

3Test測試引腳

4Vss負電源（地）

5Vdd正電源

6Test測試引腳

7NC空引腳

8Coill天線連接端1

2內部結構及工作模式設置

圖2是e5550內部結構框圖，現將各主要功能模塊介紹如下：

2．1e5550的內部主要功能模塊

（1）模擬信號處理前端

模擬信號處理前端一般與射頻卡天線直接連接，它通過射頻卡天線與射頻卡讀寫器基站（以下簡稱基站）天線的電感耦合作用來為芯片提供工作電源，同時通過磁場進行雙向數據傳送。它主要由可對天線感應的交流電壓進行整流的整流回路、時鐘信號拾取回路、用于向基站傳輸數據的可關斷負載和用于從基站接收數據的磁場間隙檢測器構成。

（2）主控制器

主控制器回路主要用于完成以下功能：

●上電后從EEPROM中的“0”數據塊讀取工作模式

●控制對寄存器的讀／寫訪問

●進行數據傳送和錯誤信息處理

●對傳送數據流的操作碼進行解碼

●在密碼保護模式下進行密碼驗證。

（3）位速率發生器

由于e5550有多種數據傳送速率可供用戶選擇，因此，通過位速率發生器可按照用戶設定的數據傳送速率來產生相應的時鐘信號。

（4）寫譯碼器

對e5550的寫操作是靠嚴格控制磁場間隙的時間來完成的，數據“0”和“1”對應著不同的磁場寬度。該回路主要用于從帶有間隙的磁場中檢出真實數據流。

（5）模式寄存器

模式寄存器是一個32位RAM，主要用于存儲從EEPROM的“0”數據塊讀出的用戶模式設置數據，每次上電后或程序復位后將自動執行一次調用操作。

（6）調制器

調制器用于對基站傳送的數據進行調制，調制方式可由用戶在曼徹斯特編碼、二進制編碼和雙相位碼中選擇，考慮到基站解碼的方便，一般選擇曼徹斯特編碼方式。

2．2e5550的存儲器

e5550內部的非易失性存儲器共有264位，分8個數據塊，每個數據塊由1個鎖定位（L）和32位數據位構成，其結構如圖3所示。

每個數據塊的第0位為該數據塊的鎖定位，一旦對應數據塊的該位被置為“1”，則該數據塊將不能再被重新編程，這一點用戶是必須加以注意的，除非該塊的數據為永久密碼或身份識別碼等不需要改變的數據，否則不要將L位置為“1”。數據塊7一般用于存儲32位用戶密碼，故在密碼保護模式下對芯片的讀／寫操作均需進行密碼匹配識別。數據塊0用于設置芯片的工作模式，一般情況下。當工作模式確定后，為了防止意外的更改，最好將該數據塊鎖定。

2．3e5550的工作模式設置

e5550的工作模式由EEPROM數據塊0的12～32位決定，圖4所示為具體格式，具體含義見表2。

表2e5550工作模式設置描述

功能功能描述

傳送速率設置RF2～RF0RF2RF1RF0=000:RF/8速率

RF2RF1RF0=001:RF/16速率

RF2RF1RF0=010:RF/32速率

RF2RF1RF0=011:RF/40速率

RF2RF1RF0=100:RF/50速率

RF2RF1RF0=101:RF/64速率

RF2RF1RF0=110:RF/100速率

RF2RF1RF0=111:RF/128速率

編碼方式設置MS11～MS10MS11MS10=00:二進制編碼

MS11MS10=01：曼徹斯特編碼

MS11MS10=10：雙相位碼

MS11MS10=11：保留

頻移鍵幅移鍵控方式設置MS22～MS20MS22MS21MS20=000:二進制

MS22MS21MS20=001：PSK1

MS22MS21MS20=010：PSK2

MS22MS21MS20=011:PSK3

MS22MS21MS20=100:FSK1

MS22MS21MS20=101:FSK2

MS22MS21MS20=110:FSM1a

MS22MS21MS20=111:FSK2a

PSK速率設置PS1～PS0PS1PS0=00:RF/2

PS1PS0=01:RF/3

PS1PS0=10:RF/8

PS1PS0=11:保留

傳送數據塊設置B2～B0B2B1B0=000:僅向基站傳送第0塊

B2B1B0=001:僅向基站傳送第1塊

B2B1B0=010:向基站傳送第1～2塊

B2B1B0=011:向基站傳送第1～3塊

B2B1B0=100:向基站傳送第1～4塊

B2B1B0=101:向基站傳送第1～5塊

B2B1B0=110:向基站傳送第1～6塊

B2B1B0=111:向基站傳送第1～7塊

密碼設置PWDPWD=0:不使用密碼

PWD=1:使用密碼

終止符設置STST=0:不使用序列終止符

ST=1:使用序列終止符

塊終止符設置BTBT=0:不使用塊終止符

BT=1:使用塊終止符

3對e5550的操作和注意事項

除了對e5550的工作方式進行正確的設置以外，使用當中必須正確理解e5550和基站間傳送數據的規則。下面對讀／寫e5550射頻卡的工作過程作以簡要說明。

3．1基站向e5550傳送數據

基站給e5550射頻卡發送數據時，也要對數據進行編碼，以使數據信號加載到天線的發射信號中。TEMIC低頻段射頻產品采用改變發射天線負載的方式來對信號進行編碼。這種方式用短暫的射頻間隙把射頻信號分割成不同長短的區間，從而實現對數據的編碼。基站傳送數據的起始場間隙比其它間隙要長，這個較長的間隙用于與射頻卡讀數據的同步。e5550在接收數據時，將長度為16～32個場時鐘（典型值為1000μs）長度的射頻場當作數據“0”，而將48～64個場時鐘（典型值為350μs）長度的射頻場當作數據“1”，標準場間隙時間典型值可取300μs。在編制基站程序時，可以采用中斷射頻場的方法來對數據進行發送。

3．2由e5550向基站傳送數據

從射頻卡返回給基站的數據采用編碼方式發射，具體采用哪種編碼方式可視具體應用而定。由于基站芯片U2270B不能自動完成解碼工作，因此，解碼任務主要由與基站連接的微處理器來完成，而這會給程序的編制帶來一定的困難。目前關于曼徹斯特解碼的應用資料較多，因此，建議采用曼徹斯特編碼進行數據的回收。

3．3使用注意事項

由于e5550采用數據塊方式傳送數據，因而在使用中要注意以下幾個問題：

（1）e5550發射數據時的位順序

e5550向基站發射數據時是根據工作模式的設置從第1區開始循環發射的。每塊數據的發射都是低位在前高位在后，即每一個數據區數據的發射都是從第1位數據開始到第32位數據結束，其中各區的鎖定位是不發射的。

（2）存儲位置的確定

e5550卡每次讀／寫的單位為32位，所以要用4個字節的空間存儲一個數據區的數據。因此，進行基站程序設計時，一定要注意字節內的移位操作和字節地址變化的結合，避免出現讀寫數據的混亂，尤其要注意不要對鎖定位產生誤寫入操作。

（3）解碼程序的調試

根據對e5550發射數據的調制方式，解碼程序的編制必須嚴格遵守相應方式的時序規則。調試過程中最好能使用帶有存儲功能的邏輯分析儀捕捉e5550卡返回的數據，然后反復調整程序的時間常數，減少誤碼率，提高數據傳送的效率。

4結論

以e5550芯片為基片的射頻卡是低成本射頻卡應用系統開發中較好的選擇，由于其工作頻率為100～150kHz，因而給基站電路的開發與調試帶來了極大的方便。在筆者承擔的某省教育廳“高校學生公寓水電綜合監控管理系統”項目中，采用U2270B基站芯片構成用電和用水計量裝置，e5550射頻卡作為預付費載體，取得了良好的應用效果。