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。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一類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禁讀頭里的那種會(huì)引出一個(gè) DATA 或 OUT 引腳另一類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 開銷小一個(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。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。