便攜式超高頻RFID讀寫器的FPGA實(shí)現(xiàn)
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3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3．1 RF收發(fā)芯片CC1100軟件設(shè)計(jì)
CC1100操作包括芯片數(shù)據(jù)讀寫、寄存器與命令濾波器設(shè)置訪問(wèn)、數(shù)據(jù)包與數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)置、FIFO訪問(wèn)、低功耗策略等。RFID讀寫器中CC1100數(shù)據(jù)傳輸采用同步連續(xù)方式，支持硬件數(shù)據(jù)包處理、FIFO緩沖、數(shù)據(jù)白化、交錯(cuò)和前向處理。CC1100數(shù)據(jù)幀包含前導(dǎo)、同步數(shù)據(jù)、標(biāo)簽地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、讀寫命令、數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)、CRC校驗(yàn)碼、結(jié)束位。其中前導(dǎo)數(shù)據(jù)、同步數(shù)據(jù)通過(guò)CC1100寄存器設(shè)置硬件自動(dòng)完成、CRC校驗(yàn)碼硬件自動(dòng)完成，其他數(shù)據(jù)需軟件設(shè)置或配置寄存器。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如表1所列。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/190983.htm
CC1100通過(guò)4線SPI接口與FPGA連接，對(duì)內(nèi)部不同寄存器和不同命令濾波器操作完成數(shù)據(jù)收發(fā)。當(dāng)SO引腳讀數(shù)據(jù)時(shí)SCLK必須在第一個(gè)上升沿前被拉低，一個(gè)周期內(nèi)SCLK下降沿完成1位數(shù)據(jù)建立，上升沿?cái)?shù)據(jù)保持；CSn=0片選信號(hào)有效，數(shù)據(jù)正常傳輸；在SCLK控制下SI為同步數(shù)據(jù)輸入，SO為同步數(shù)據(jù)輸出。數(shù)據(jù)通信完成后SCLK保持低電平，等待下次數(shù)據(jù)通信。CSn=1時(shí)CC1100為降低功耗處于睡眠或晶振停振狀態(tài)。CC 1100采用電磁波激活WOR低功耗技術(shù)，CPU處于深度睡眠等待接收狀態(tài)，數(shù)據(jù)到來(lái)后，無(wú)須喚醒CPU而直接存儲(chǔ)到RX FIFO。
CC1100內(nèi)部可分為配置寄存器地址(0x00～0x2F)和命令濾波器地址(0x30～0x3F)。配置寄存器設(shè)置SPI引腳狀態(tài)、數(shù)據(jù)調(diào)制方式、編碼方式、校驗(yàn)方式、數(shù)據(jù)傳輸速率、信道帶寬等；寄存器狀態(tài)字STATE第6位到第4位查詢當(dāng)前工作狀態(tài)，000為空閑狀態(tài)，001為接收狀態(tài)，010為發(fā)送狀態(tài)；命令濾波器設(shè)置當(dāng)前工作狀態(tài)，SRX 0x34=0xFF時(shí)啟用接收模式，STX 0x35=0xFF時(shí)啟用發(fā)送模式。CC1100分別具有一個(gè)64位RX FIFO和TX FIFO，STATE狀態(tài)字監(jiān)測(cè)FIFO是否溢出。讀RX FIFO前必須保證FIFO不為空，寫TX FIFO前必須保證FIFO為空，否則讀寫數(shù)據(jù)將出錯(cuò)。CC1100寄存器與濾波器設(shè)置可以通過(guò)軟件SmartRF Studio得到最佳配置。
CC1100數(shù)據(jù)傳輸速率通過(guò)MDMCFG3．DRATE_M和MDMCFG4．DRATE_E配置寄存器和晶振頻率設(shè)置，先設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸速率和晶振頻率，計(jì)算出MDMCFG3．DRATE_M和MDMCFG4．DRATE_E配置寄存器值。
3．2 ISO18000-6C空中接口協(xié)議
傳輸頻率范圍：860～960MHz。
調(diào)制方式：ASK，每個(gè)信道500kHz，可設(shè)置52個(gè)信道，標(biāo)簽采用反向散射調(diào)制。
最大發(fā)射功率：4W。
編碼方式：PIE，Miller，F(xiàn)M0。
校驗(yàn)方式：CRC-16。
數(shù)據(jù)傳輸速率：40～640kbps。
4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論
RFID系統(tǒng)測(cè)試包括軟件測(cè)試、硬件測(cè)試、穩(wěn)定性和EMI測(cè)試。軟件測(cè)試包括用戶軟件、中間件、標(biāo)簽軟件、編解碼信號(hào)測(cè)試；硬件測(cè)試包括發(fā)射功率、收發(fā)距離、收發(fā)夾角、標(biāo)簽數(shù)量；EMI和穩(wěn)定性測(cè)試包括復(fù)雜電磁干擾測(cè)試等。用到的儀器有數(shù)字存儲(chǔ)示波器、矢量分析儀、邏輯測(cè)試儀、頻譜分析儀、NRT功率計(jì)測(cè)試儀。它們對(duì)讀寫次數(shù)與數(shù)據(jù)正確率、讀寫器一標(biāo)簽距離與數(shù)據(jù)正確率、天線發(fā)射功率與數(shù)據(jù)傳輸距離、天線對(duì)信號(hào)放大倍數(shù)與信號(hào)頻率關(guān)系進(jìn)行相關(guān)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析。
經(jīng)測(cè)試，RF放大器對(duì)889 MHz信號(hào)放大倍數(shù)最大，讀寫器與標(biāo)簽最大數(shù)據(jù)傳輸速率為240 kbps；傳輸距離在1 m內(nèi)天線發(fā)射功率為1．1 dBm，調(diào)整發(fā)射功率，最大傳輸距離可達(dá)3 m。基于IS018000-6C標(biāo)準(zhǔn)射頻標(biāo)簽協(xié)議RFID便攜式系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，只需USB與PC機(jī)連接便可實(shí)現(xiàn)讀寫器與PC機(jī)數(shù)據(jù)通信，簡(jiǎn)單、方便、可靠，可用于工業(yè)控制、消費(fèi)類電子、食品安全追蹤、現(xiàn)代物流、校園一卡通等場(chǎng)所。
評(píng)論