做低頻刷卡項(xiàng)目的人十有八九會(huì)碰到 EM4100 這顆 125kHz 低頻卡芯片。它便宜、穩(wěn)定、協(xié)議簡(jiǎn)單但有一個(gè)坎從讀卡模塊天線端解調(diào)出來(lái)的數(shù)據(jù)是曼徹斯特編碼的直接拿串口打印根本看不出卡號(hào)。這篇文章就記錄我用 STM32 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)版本從底層解碼 EM4100 曼徹斯特編碼的完整過(guò)程從定時(shí)器輸入捕獲配置、邊沿時(shí)間戳采集到幀同步和卡號(hào)提取全部給出可以直接參考的代碼思路。適合正在做門(mén)禁、考勤、實(shí)驗(yàn)室閘機(jī)、工位刷卡或者任何低頻 RFID 項(xiàng)目的嵌入式開(kāi)發(fā)尤其是用慣庫(kù)函數(shù)、還沒(méi)切換到 HAL 的朋友。1. 項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)EM4100 數(shù)據(jù)鏈路與庫(kù)函數(shù)方案1.1 EM4100 卡為什么需要“解碼”EM4100 是 EM Microelectronic 推出的一種 125kHz 只讀 RFID 標(biāo)簽芯片市場(chǎng)上有大量門(mén)禁卡、動(dòng)物耳標(biāo)、巡更卡都基于它。它本身不主動(dòng)發(fā)射信號(hào)而是通過(guò)線圈耦合從讀卡器天線獲得能量再以負(fù)載調(diào)制方式把內(nèi)部保存的 ID 回傳給讀卡器。讀卡器那一側(cè)經(jīng)過(guò)檢波、放大、比較整形之后最終會(huì)輸出一個(gè) 0~3.3V 或 0~5V 的數(shù)字信號(hào)。這個(gè)信號(hào)里已經(jīng)包含完整的卡號(hào)但并不是簡(jiǎn)單的串口數(shù)據(jù)而是曼徹斯特編碼。曼徹斯特編碼把每個(gè)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)到一個(gè)電平變化過(guò)程。EM4100 的編碼約定是邏輯 1 的前半位周期輸出高電平、后半位周期輸出低電平邏輯 0 的前半位周期輸出低電平、后半位周期輸出高電平。也就是說(shuō)每個(gè)位周期的中間必然有一次跳變。這種編碼自帶時(shí)鐘信息抗干擾能力強(qiáng)但代價(jià)是解碼端必須先把電平翻轉(zhuǎn)關(guān)系還原成真正的 0/1 序列再?gòu)那皩?dǎo)碼、校驗(yàn)位里把卡號(hào)拼出來(lái)。很多初學(xué)者在第一步就卡住是因?yàn)槟萌f(wàn)用表或示波器看 DATA 引腳看到的是 1.95kHz 左右的方波頻率對(duì)但直接按位采樣出來(lái)的東西要么是亂的要么少一位多一位。原因就是曼徹斯特編碼里連續(xù)相同的兩個(gè)邏輯位之間還會(huì)有一次額外的電平跳變你不能簡(jiǎn)單地在每個(gè)上升沿或下降沿去“數(shù)位”。1.2 曼徹斯特編碼中的半位、整位與位速率先明確幾個(gè)時(shí)間參數(shù)后面所有代碼和算法都圍繞它們展開(kāi)。EM4100 的載波是 125kHz內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)鐘由載波分頻得到通常是 125kHz 除以 64約等于 1.953kHz。于是一位周期 T 大約是 512μs。曼徹斯特碼要求每個(gè)位周期中心有一次跳變所以信號(hào)上最短的電平持續(xù)時(shí)間為 T/2也就是約 256μs。連續(xù)出現(xiàn)相同邏輯位時(shí)位邊界上還會(huì)多一次反相跳變于是你會(huì)看到兩個(gè)相鄰翻轉(zhuǎn)間隔僅為 256μs而連續(xù)出現(xiàn)不同邏輯位時(shí)位邊界沒(méi)有額外翻轉(zhuǎn)兩個(gè)中心翻轉(zhuǎn)之間的距離就是一個(gè)完整的位周期 512μs。這個(gè)特性非常重要。解碼時(shí)要做的第一件事不是急著讀電平而是先測(cè)量跳變與跳變之間的時(shí)間差把 256μs 和 512μs 兩類(lèi)間隔分出來(lái)。這樣才能判斷當(dāng)前處于“相同位延續(xù)”還是“位切換”。如果只是盲目地每 500μs 采一次樣遇到連續(xù) 1 或連續(xù) 0 時(shí)很容易丟位。幀結(jié)構(gòu)也要提前背下來(lái)。EM4100 發(fā)送一個(gè)完整幀共 64 位字段位數(shù)說(shuō)明前導(dǎo)碼9全部為邏輯 1用來(lái)做同步數(shù)據(jù)區(qū)5010 組每組 4 位數(shù)據(jù) 1 位行奇偶校驗(yàn)列奇偶校驗(yàn)4對(duì) 40 位數(shù)據(jù)按列做偶校驗(yàn)停止位1邏輯 0表示一幀結(jié)束所以一次完整刷卡過(guò)程讀卡器模塊會(huì)周期性地重復(fù)發(fā)送這一幀。解碼器的目標(biāo)就是從連續(xù)不斷的曼徹斯特碼流里找到那 9 個(gè)連續(xù)的 1 前導(dǎo)碼再鎖定后面的 55 位提取出 40 位卡號(hào)數(shù)據(jù)。1.3 庫(kù)函數(shù)版本的技術(shù)選型這次我用的是 STM32F103C8T6 加標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)也就是很多人電腦里還存著的 STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5。選庫(kù)函數(shù)而不是 HAL不是因?yàn)?HAL 不好而是低頻 RFID 解碼這種需求其實(shí)很簡(jiǎn)單庫(kù)函數(shù) API 直來(lái)直去寄存器操作也留了很大的自由度。KEIL 工程里包含幾個(gè)外設(shè)源文件就能跑不需要像 HAL 那樣一下子引入一堆中間層文件。用庫(kù)函數(shù)版本還有一個(gè)現(xiàn)實(shí)原因很多畢業(yè)設(shè)計(jì)、老項(xiàng)目代碼、比賽工程都是基于庫(kù)函數(shù)寫(xiě)的如果你翻到一個(gè) 2018 年左右的“STM32 讀 EM4100”項(xiàng)目大概率就是庫(kù)函數(shù)版本。把庫(kù)函數(shù)版本吃透再移植到 HAL 只需要把外設(shè)初始化部分替換掉解碼算法本身完全通用。整個(gè)項(xiàng)目的軟件鏈路是這樣讀卡模塊輸出曼徹斯特碼接 STM32 的 PA6配置成定時(shí)器 TIM3 的輸入捕獲通道 1。每檢測(cè)到一個(gè)跳變沿中斷里記錄當(dāng)前定時(shí)器計(jì)數(shù)值和引腳電平形成一個(gè)邊沿事件環(huán)形緩沖。主循環(huán)不斷消費(fèi)這個(gè)緩沖重構(gòu)出原始波形的時(shí)間線然后按位周期去采樣拼出 64 位幀最后校驗(yàn)并輸出卡號(hào)。2. 硬件連接、定時(shí)器捕獲配置與數(shù)據(jù)緩沖2.1 讀卡模塊輸出口與 STM32 的接法市面上常見(jiàn)的 125kHz 讀卡模塊大致分兩類(lèi)一類(lèi)是自帶天線線圈和比較整形電路的整體模塊比如集成在門(mén)禁讀頭里的那種會(huì)引出一個(gè) DATA 或 OUT 引腳另一類(lèi)是半成品讀卡頭輸出的是模擬包絡(luò)需要你自己加一級(jí)比較器。做解碼實(shí)驗(yàn)時(shí)盡量選第一種省去模擬前端調(diào)比較器閾值的時(shí)間。DATA 引腳輸出的是數(shù)字方波直接接到 STM32 的 GPIO 即可。要注意模塊供電電壓。如果模塊是 5V 供電輸出高電平可能也是 5VSTMF103 的引腳不是 5V 耐受型穩(wěn)妥一點(diǎn)串一個(gè) 1kΩ 電阻再加一個(gè) 3.3V 穩(wěn)壓二極管或者用電阻分壓把幅值降到 3.3V 以內(nèi)。我測(cè)試時(shí)用的是 3.3V 供電模塊直接接 PA6省事。PA6 在 STM32F103 上就是 TIM3 的通道 1硬件上支持輸入捕獲。為什么用輸入捕獲而不用外部中斷 EXTI因?yàn)橥獠恐袛嘀荒芨嬖V你“發(fā)生了一次跳變”你要測(cè)跳變之間的時(shí)間差還得自己維護(hù)一個(gè)微秒級(jí)時(shí)間戳要么讀 SysTick 要么讀另一個(gè)定時(shí)器很繞。而定時(shí)器輸入捕獲是硬件自動(dòng)記錄邊沿到來(lái)瞬間的計(jì)數(shù)器值精度高、CPU 開(kāi)銷(xiāo)小一個(gè)定時(shí)器就同時(shí)解決了時(shí)間測(cè)量問(wèn)題。2.2 GPIO 和 TIM3 輸入的庫(kù)函數(shù)配置代碼庫(kù)函數(shù)版本初始化分成四步開(kāi)時(shí)鐘、配 GPIO、配定時(shí)器時(shí)基、配輸入捕獲通道。先配置 GPIOAPA6 作為 TIM3_CH1 輸入用浮空輸入模式。雖然讀卡模塊輸出是推挽信號(hào)但輸入引腳本身不需要內(nèi)部上拉下拉浮空就夠了。不過(guò)如果你的模塊輸出低電平驅(qū)動(dòng)能力弱也可以把模式改成 GPIO_Mode_IPD內(nèi)部下拉保證空閑狀態(tài)為低。我一般用浮空因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)有比較器整形過(guò)信號(hào)邊沿很干凈。定時(shí)器時(shí)基用預(yù)分頻 72得到 1MHz 計(jì)數(shù)頻率每個(gè)計(jì)數(shù)單位正好 1μs。定時(shí)器計(jì)數(shù)周期設(shè) 0xFFFF讓計(jì)數(shù)器自由運(yùn)行不用頻繁處理溢出。16 位計(jì)數(shù)器在 1MHz 下大約 65.5ms 溢出一次EM4100 位周期只有 512μs任意兩次相鄰邊沿之間的間隔最多就是 512μs 左右只要在一幀內(nèi)不發(fā)生溢出就不會(huì)算錯(cuò)。幀與幀之間如果出現(xiàn)較長(zhǎng)靜默靠軟件容錯(cuò)重置狀態(tài)。輸入捕獲部分用庫(kù)函數(shù)TIM_ICInit配置通道。我會(huì)把濾波寄存器開(kāi)大一點(diǎn)一般設(shè) 0x0F。125kHz 模塊經(jīng)過(guò)天線耦合后邊沿上偶爾會(huì)帶毛刺如果濾波太小一次跳變會(huì)被誤認(rèn)為是兩次捕獲解碼狀態(tài)機(jī)直接崩掉。濾波值 0x0F 在 72MHz 時(shí)鐘下相當(dāng)于對(duì)輸入信號(hào)做連續(xù)采樣確認(rèn)能把幾百納秒的窄毛刺濾掉。下面是完整初始化代碼void EM4100_Capture_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_6; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure); TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period 0xFFFF; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler 72 - 1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM3, TIM_TimeBaseStructure); TIM_ICInitStructure.TIM_Channel TIM_Channel_1; TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity TIM_ICPolarity_Rising; TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection TIM_ICSelection_DirectTI; TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler TIM_ICPSC_DIV1; TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter 0x0F; TIM_ICInit(TIM3, TIM_ICInitStructure); // 手動(dòng)把通道配置成雙邊沿捕獲上升沿和下降沿都能觸發(fā)中斷 TIM3-CCER | 0x000A; TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_CC1, ENABLE); TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel TIM3_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd ENABLE; NVIC_Init(NVIC_InitStructure); }這里說(shuō)下TIM3-CCER | 0x000A的用意。標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的TIM_ICInit只提供上升沿或下降沿單一觸發(fā)但曼徹斯特解碼最舒服的方式是上升沿、下降沿都捕獲這樣不會(huì)漏掉任何一個(gè)電平翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。F1 的定時(shí)器手冊(cè)里寫(xiě)到將 CC1P 和 CC1NP 都置 1通道 1 就能在雙邊沿觸發(fā)捕獲。直接操作 CCER 寄存器設(shè) 0x000A 是最簡(jiǎn)單的做法如果你不喜歡寄存器寫(xiě)法也可以查庫(kù)函數(shù)手動(dòng)的宏定義來(lái)配置。實(shí)測(cè)下來(lái)這種配置在 TIM3_CH1 上是可靠的。2.3 邊沿時(shí)間戳緩沖區(qū)與中斷處理解碼程序不能在中斷里干重活因?yàn)閮蓚€(gè)邊沿最短間隔只有 256μs而主循環(huán)還要做協(xié)議解析。所以中斷里只做一件事把捕獲時(shí)間和捕獲后的引腳電平存進(jìn)環(huán)形緩沖區(qū)。為什么還要保存電平因?yàn)椴东@時(shí)間只能告訴我們“什么時(shí)候發(fā)生了跳變”但如果不知道跳變之后是高還是低就沒(méi)法重構(gòu)波形。電平信息應(yīng)用來(lái)判斷前半個(gè)位周期是高還是低而曼徹斯特碼恰好就是靠前半位周期電平來(lái)定義邏輯值的。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義#define CAP_BUF_SIZE 256 typedef struct { uint16_t time; // TIM3 捕獲值單位 1us uint8_t level; // 捕獲后 PA6 電平0 或 1 } cap_event_t; volatile cap_event_t cap_buf[CAP_BUF_SIZE]; volatile uint16_t cap_wr 0;中斷處理函數(shù)void TIM3_IRQHandler(void) { if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_CC1) ! RESET) { cap_buf[cap_wr].time TIM_GetCapture1(TIM3); cap_buf[cap_wr].level GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_6); cap_wr (cap_wr 1) (CAP_BUF_SIZE - 1); TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_CC1); } }cap_wr做成 2 的冪取模256 個(gè)事件大概能存將近 100ms 的邊沿記錄即使主循環(huán)繁忙也不容易丟。主循環(huán)維護(hù)一個(gè)cap_rd讀指針不斷追趕cap_wr。如果兩者相等說(shuō)明緩沖區(qū)里沒(méi)有新數(shù)據(jù)就繼續(xù)等待。有一個(gè)細(xì)節(jié)要注意GPIO_ReadInputDataBit在中斷里讀取得到的是捕獲邊沿發(fā)生之后那個(gè)瞬間的引腳電平。因?yàn)椴东@事件和讀引腳之間只有幾條指令的延遲對(duì) 256μs 的電平持續(xù)時(shí)間來(lái)說(shuō)完全足夠不會(huì)誤判。2.4 采樣方案的取舍說(shuō)明也有人問(wèn)為什么不用一個(gè)定時(shí)器每隔 64μs 去采樣 GPIO然后靠軟件找邊沿這種方案也不是不行優(yōu)點(diǎn)是代碼更直觀缺點(diǎn)是 CPU 每 64μs 就要進(jìn)一次中斷在低功耗場(chǎng)景下很浪費(fèi)。更關(guān)鍵的是固定周期采樣對(duì)邊沿時(shí)間的分辨率取決于采樣間隔容易把 256μs 和 512μs 兩個(gè)間隔測(cè)出偏差。輸入捕獲方案是事件驅(qū)動(dòng)只在邊沿發(fā)生時(shí)打斷 CPU一次中斷就拿到精確到 1μs 的時(shí)間主循環(huán)處理起來(lái)特別順。這也是為什么我在項(xiàng)目里堅(jiān)持用捕獲來(lái)做時(shí)間測(cè)量。3. 曼徹斯特解碼算法與信息提取3.1 邊沿時(shí)間戳如何還原成波形拿到一長(zhǎng)串邊沿事件后第一步是還原出原始電平隨時(shí)間的分布。每個(gè)事件記錄的就是“從這個(gè)時(shí)刻開(kāi)始電平變成了 level”。所以相鄰兩個(gè)事件之間信號(hào)電平是保持不變的。比如事件 A 的 level 是 1事件 B 的 level 是 0那么從 A.time 到 B.time 這 512μs 時(shí)間內(nèi)電平都是 1。還原波形時(shí)只需要計(jì)算相鄰兩個(gè)事件的差值uint16_t t0 cap_buf[rd].time; uint16_t t1 cap_buf[(rd 1) (CAP_BUF_SIZE - 1)].time; uint16_t dt (uint16_t)(t1 - t0); uint8_t level cap_buf[rd].level;dt 就是上一段電平的持續(xù)時(shí)間。因?yàn)槎〞r(shí)器是 16 位自由運(yùn)行直接用 uint16_t 做減法可以讓回繞問(wèn)題自動(dòng)消失。如果 dt 在 200μs 到 320μs 之間判定為半位間隔如果在 450μs 到 580μs 之間判定為整位間隔。這個(gè)判定屬于粗分類(lèi)后面還要靠幀校驗(yàn)兜底。3.2 前導(dǎo)碼同步與位起點(diǎn)確定EM4100 的前導(dǎo)碼是 9 個(gè)連續(xù)的邏輯 1曼徹斯特編碼后這 9 個(gè) 1 會(huì)讓信號(hào)在每半個(gè)位周期都翻轉(zhuǎn)一次。也就是說(shuō)你在捕獲中斷里會(huì)看到連續(xù)一串 256μs 的邊沿間隔。這正是識(shí)別同步碼最明顯的特征。解碼狀態(tài)機(jī)在空閑狀態(tài)時(shí)只要連續(xù)檢測(cè)到 12 個(gè)以上的半位間隔就認(rèn)為找到了前導(dǎo)碼區(qū)域。為什么是 12 而不是 9因?yàn)?9 個(gè)連續(xù)邏輯 1 對(duì)應(yīng)十幾處電平翻轉(zhuǎn)直接要求連續(xù) 16 個(gè)半位間隔都滿足條件誤觸發(fā)概率更低。一旦進(jìn)入同步狀態(tài)就可以確定一個(gè)虛擬的“位周期起點(diǎn)”。曼徹斯特碼每一位周期是 512μs半位間隔是 256μs。前導(dǎo)碼區(qū)域里信號(hào)呈 1、0、1、0 交替只要隨便從一個(gè)邊沿開(kāi)始向前或向后找到位周期的整數(shù)倍關(guān)系就能推算每一位的邊界。實(shí)際實(shí)現(xiàn)中我不去精確到位周期的絕對(duì)起點(diǎn)而是用一個(gè)滑動(dòng)窗口方法同步后把當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)作為基準(zhǔn)往后每 512μs 切出一個(gè)時(shí)間片在這個(gè)時(shí)間片的 1/4 位置采樣波形。這個(gè)采樣點(diǎn)取位周期前四分之一而不是正中間是因?yàn)槁鼜厮固卮a的位值定義在前半位周期。邏輯 1 前半周期為高邏輯 0 前半周期為低。如果取正中間剛好落在中心跳變沿附近偶爾會(huì)采到不確定電平。取 T/4 也就是 128μs既遠(yuǎn)離了起始邊界又遠(yuǎn)離了中心翻轉(zhuǎn)點(diǎn)是最穩(wěn)的采樣點(diǎn)。3.3 通過(guò) T/4 采樣還原完整 64 位幀有了位周期起點(diǎn)后每 512μs 處理一個(gè)邏輯位。我維護(hù)一個(gè) 64 位移位緩存或數(shù)組每算出一個(gè)位就推進(jìn)一位。同時(shí)用一個(gè)函數(shù)去模擬“查詢某時(shí)刻引腳電平”因?yàn)殡娖讲ㄐ我呀?jīng)由邊沿事件序列重構(gòu)出來(lái)了實(shí)際上就是在邊沿序列里線性查找。主循環(huán)處理偽代碼如下while (cap_rd ! cap_wr) { // 消費(fèi)兩個(gè)連續(xù)事件得到一段持續(xù)時(shí)間和電平 dt get_next_interval(); level get_current_level(); // 在前導(dǎo)碼同步之前持續(xù)統(tǒng)計(jì)半位間隔 if (sync_state SYNC_IDLE) { if (is_half(dt)) half_cnt; else half_cnt 0; if (half_cnt 12) { sync_state SYNC_OK; bit_cnt 0; current_bit_start get_current_time(); } continue; } // 已經(jīng)同步每個(gè)位周期采樣一次 if (current_bit_start 512u get_current_time()) { current_bit_start 512u; uint8_t bit query_level(current_bit_start 128u); push_frame_bit(bit); bit_cnt; // 湊滿64位后做幀校驗(yàn) if (bit_cnt 64) { if (em4100_check_and_extract(frame_buffer)) output_card_id(); // 重新等待下一幀避免位偏移累積 sync_state SYNC_IDLE; half_cnt 0; } } }這段邏輯有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。第一在同步狀態(tài)下不是每一個(gè)邊沿事件都對(duì)應(yīng)一個(gè)位顯式地用 512μs 的時(shí)間軸去采樣這樣才能正確跳過(guò)連續(xù)相同位之間多出來(lái)的那次邊界翻轉(zhuǎn)。第二位周期起點(diǎn)在同步時(shí)被固定下來(lái)但標(biāo)簽時(shí)鐘和 STM32 定時(shí)器時(shí)鐘總會(huì)有微小偏差幾十毫秒內(nèi)影響不大所以每解碼完一幀就重新回到空閑狀態(tài)再同步一次避免誤差累積導(dǎo)致漏位。如果你不想用重構(gòu)波形再查電平的方法也有更簡(jiǎn)化的做法同步后在中斷里每當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)值到達(dá)current_bit_start 128直接讀取 PA6 引腳電平。這種硬實(shí)時(shí)方式效率更高但需要再加一個(gè)比較中斷或用定時(shí)器輸出比較通道代碼復(fù)雜度反而上去了。我這次在主循環(huán)里做解析幀率只有幾十赫茲重復(fù)CPU 完全跟得上。3.4 校驗(yàn)位、卡號(hào)轉(zhuǎn)換與輸出當(dāng) 64 位移位緩存被填滿解碼器還不能直接認(rèn)為數(shù)據(jù)正確必須過(guò)校驗(yàn)。EM4100 幀里的數(shù)據(jù)區(qū)是 10 組每組結(jié)構(gòu)是 4 位數(shù)據(jù)加 1 位行奇偶校驗(yàn)。EM4100 使用偶校驗(yàn)即每組 5 位里邏輯 1 的個(gè)數(shù)必須是偶數(shù)。同時(shí)40 位數(shù)據(jù)按列還要有 4 位列奇偶校驗(yàn)位。校驗(yàn)代碼可以寫(xiě)成這樣int em4100_check_and_extract(uint8_t frame[64]) { // frame[0..8] 為前導(dǎo)碼必須都是 1 for (int i 0; i 9; i) if (frame[i] ! 1) return 0; // 行偶校驗(yàn)10 組每組 frame[9 i*5] 為行校驗(yàn)位 for (int i 0; i 10; i) { int ones 0; for (int j 0; j 4; j) ones frame[9 i * 5 j]; if ((ones frame[9 i * 5 4]) % 2 ! 0) return 0; } // 40 位數(shù)據(jù)取出 uint64_t id 0; for (int i 0; i 10; i) for (int j 0; j 4; j) id (id 1) | frame[9 i * 5 j]; // 輸出到串口 printf(UID%010llu\r\n, id); return 1; }這里直接把 40 位數(shù)據(jù)按整數(shù)輸出就是常見(jiàn)的 10 位十進(jìn)制卡號(hào)。實(shí)際產(chǎn)品里有的還要把前 8 位當(dāng)廠商代碼、后 32 位當(dāng)用戶卡號(hào)具體按你的項(xiàng)目需求去拆分即可。列奇偶校驗(yàn)位我沒(méi)有在代碼里強(qiáng)制檢查因?yàn)樾行ｒ?yàn)已經(jīng)能濾掉絕大多數(shù)錯(cuò)幀。如果想更嚴(yán)格可以在校驗(yàn)函數(shù)里把列校驗(yàn)也加上EM4100 幀最后 4 位就是四個(gè)列校驗(yàn)位每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一列規(guī)則同樣是偶校驗(yàn)。4. 調(diào)試經(jīng)驗(yàn)、常見(jiàn)問(wèn)題和踩坑整理4.1 先用串口打印邊沿間隔來(lái)驗(yàn)證硬件這個(gè)項(xiàng)目剛啟動(dòng)時(shí)不要急著寫(xiě)完整解碼狀態(tài)機(jī)。先把捕獲時(shí)間差通過(guò)串口打印出來(lái)看數(shù)字是否符合預(yù)期。正常情況下尋卡時(shí)串口會(huì)周期性出現(xiàn)一串?dāng)?shù)字260 附近和 520 附近交替偶爾出現(xiàn)毛刺值。如果看到的全是幾十微秒的小值說(shuō)明讀卡模塊輸出帶毛刺或者濾波沒(méi)配置好如果看到的全是幾千微秒的大值說(shuō)明數(shù)據(jù)根本沒(méi)進(jìn)來(lái)可能卡沒(méi)放對(duì)位置或模塊供電不對(duì)。這一步調(diào)試非常關(guān)鍵。它能幫你把“硬件問(wèn)題”和“軟件解碼問(wèn)題”隔離開(kāi)。我在第一次調(diào)試時(shí)因?yàn)樽x卡模塊離 MCU 太遠(yuǎn)杜邦線接觸不良串口打印的間隔一會(huì)兒是一會(huì)兒沒(méi)排查了很久才發(fā)現(xiàn)是地線沒(méi)接牢。4.2 極性問(wèn)題解碼結(jié)果全反了怎么辦曼徹斯特編碼有兩種約定一種邏輯 1 對(duì)應(yīng)前半周期高、后半周期低另一種正好反過(guò)來(lái)。EM4100 數(shù)據(jù)手冊(cè)上的定義和我上面說(shuō)的一致但有些讀卡模塊為了適配后端電路輸出端已經(jīng)把信號(hào)反相了。這時(shí)候你按前半周期高低去還原解出來(lái)的位流會(huì)整體取反前導(dǎo)碼從 111111111 變成 000000000自然怎么都同步不上。解決辦法有三條。第一在軟件里加一個(gè)極性宏解碼后將每一位取反。第二把定時(shí)器捕獲從雙邊沿改成單邊沿例如只捕獲下降沿通過(guò)邊沿方向的統(tǒng)計(jì)來(lái)判斷極性。第三直接在硬件上把 DATA 引腳經(jīng)過(guò)一級(jí)反相器再送入 PA6。我最推薦第一種改一行代碼的事。判斷是否需要取反也很簡(jiǎn)單把解碼后位流里前 9 位打印出來(lái)如果一直是全 0那就是極性反了。EM4100 前導(dǎo)碼固定全 1這是最好的判斷依據(jù)。4.3 定時(shí)器溢出和時(shí)間戳回繞的影響16 位定時(shí)器在 1MHz 計(jì)數(shù)頻率下 65ms 溢出一輪而 EM4100 完整一幀大約 33ms一幀內(nèi)不會(huì)溢出所以早期測(cè)試沒(méi)出問(wèn)題。但如果你的程序在主循環(huán)里處理不及時(shí)讀取的時(shí)間戳跨越了溢出點(diǎn)計(jì)算差值照樣能用 uint16_t 減法糾正可如果需要絕對(duì)時(shí)間查詢就麻煩了。改進(jìn)方案是在定時(shí)器更新中斷里維護(hù)一個(gè) 32 位溢出計(jì)數(shù)器拼接成完整時(shí)間戳static volatile uint32_t tim_overflow_cnt; void TIM3_IRQHandler(void) { if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) ! RESET) { tim_overflow_cnt; TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update); } // CC1 捕獲處理... } uint32_t get_full_time(uint16_t cnt) { return (tim_overflow_cnt 16) | cnt; }拼接時(shí)要考慮讀溢出計(jì)數(shù)和讀計(jì)數(shù)器之間的競(jìng)爭(zhēng)最穩(wěn)妥是在關(guān)閉定時(shí)器更新中斷的情況下讀取。實(shí)際項(xiàng)目里因?yàn)槊看螏g隔不超過(guò) 65ms很多工程師直接忽略溢出問(wèn)題靠“幀校驗(yàn)失敗就重新同步”來(lái)兜底。但單步調(diào)試時(shí)如果斷點(diǎn)停太久回來(lái)一看時(shí)間戳全亂了。這一點(diǎn)要有心理準(zhǔn)備。4.4 毛刺、弱信號(hào)和邊界卡位的處理EM4100 是低頻耦合工作卡離天線太遠(yuǎn)或角度偏斜時(shí)讀卡模塊輸出的信號(hào)幅值會(huì)下降比較器輸出邊沿抖動(dòng)明顯。雖然我在初始化里已經(jīng)把輸入捕獲濾波調(diào)到 0x0F但碰上質(zhì)量差的模塊還是會(huì)有偶發(fā)毛刺。毛刺會(huì)直接打斷前導(dǎo)碼同步表現(xiàn)就是卡有時(shí)能讀出來(lái)、有時(shí)讀不出來(lái)。我用的一個(gè)技巧是在解碼狀態(tài)機(jī)里加“半位間隔容忍窗口”。判斷某個(gè)間隔是否為半位時(shí)不要用絕對(duì)等于 256μs而是在 200μs 到 320μs 之間都算合法。判斷整位間隔時(shí)在 430μs 到 590μs 之間都算合法。這樣即使邊沿抖動(dòng)幾十微秒狀態(tài)機(jī)也不會(huì)輕易失步。同一個(gè)容錯(cuò)窗口也用在 T/4 采樣點(diǎn)的位置計(jì)算里采樣點(diǎn)前后浮動(dòng)幾十微秒不會(huì)影響結(jié)果。另外如果讀卡模塊輸出是 5V 邏輯電平千萬(wàn)不能直接接 STM32 引腳。用電阻分壓降到 3.3V 后邊沿速度會(huì)變慢這時(shí)候輸入捕獲濾波值就不要設(shè)太大否則會(huì)把真實(shí)邊沿也濾掉。0x06 到 0x0A 之間比較合適具體以實(shí)測(cè)為準(zhǔn)。4.5 這個(gè)項(xiàng)目還能怎么擴(kuò)展解碼出 40 位卡號(hào)只是第一步。如果你打算把它做成一個(gè)完整門(mén)禁或考勤項(xiàng)目后續(xù)可以加掉電存儲(chǔ)把最近刷卡記錄寫(xiě)進(jìn) EEPROM也可以加 RTC 時(shí)間戳記錄刷卡時(shí)間還可以把解碼邏輯搬到低功耗模式平時(shí)讓 STM32 進(jìn)入 STOP 模式只有讀卡模塊檢測(cè)到卡時(shí)才通過(guò)外部中斷喚醒 MCU。因?yàn)檩斎氩东@支持事件驅(qū)動(dòng)喚醒后第一幀數(shù)據(jù)可能需要丟棄從第二幀開(kāi)始解碼成功率會(huì)非常高。如果想把讀取距離做得更遠(yuǎn)可以考慮換用帶 AGC 的低頻模擬前端芯片或者在天線匹配網(wǎng)絡(luò)上做調(diào)諧。軟件解碼這部分基本不用動(dòng)因?yàn)檩敵隹谌匀皇且宦仿鼜厮固財(cái)?shù)字信號(hào)核心算法完全通用。項(xiàng)目做到最后我最大的一點(diǎn)體會(huì)是曼徹斯特解碼并不難難的是你想通“什么時(shí)候該數(shù)邊沿、什么時(shí)候該按時(shí)間軸采樣”。我最初也走進(jìn)過(guò)死胡同試圖根據(jù)上升沿和下降沿直接映射邏輯 1 和邏輯 0結(jié)果在連續(xù)相同位那里總是多解一位。后來(lái)改成先重構(gòu)電平波形、再固定 512μs 時(shí)間軸取采樣點(diǎn)問(wèn)題一下子就解決了。如果你正在調(diào)類(lèi)似項(xiàng)目建議先拿一個(gè)能確認(rèn)卡號(hào)的現(xiàn)成讀卡模塊做對(duì)照再用邏輯分析儀抓取 DATA 引腳波形配合串口打印中間變量。只要把前導(dǎo)碼同步和極性這兩個(gè)點(diǎn)抓住整個(gè) EM4100 解碼器其實(shí)一晚上就能跑通。