基于FPGA的NFC数据采集系统设计与实现

发布时间：2017-08-11 00:16

  本文关键词：基于FPGA的NFC数据采集系统设计与实现

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【摘要】：通信数据的采集一直以来都是信号与信息处理的重要组成部分,而NFC则是目前应用最为广泛的非接触式通信方式。很多情况下,研究人员需要对NFC通信过程的通信数据有一个清晰的认识。比较传统的方法为通过示波器将NFC通信信号采集下来,再对照相应的NFC通信协议,从而得到通信过程的数据信息。但是NFC通信协议较为复杂且通信数据较多,这使得这种传统方法效率低且容易产生错误。所以需要有一种效率高且准确的方法对NFC数据进行采集。FPGA有处理速度快、设计验证方法和配置灵活等优点,常运用在图像处理与信号处理中,所以本文提出设计并实现基于FPGA的NFC通信数据采集系统。然而对于NFC的通信信号,无法直接运用FPGA对其进行解码处理,基于此,本文采用先对通信信号进行解调,然后再进行解码的方案,最后得到通信过程中的数据。信号解调电路采用硬件PCB电路辅以FPGA控制模块的方法实现,信号解调电路的目的是将NFC的原始通信信号转化为可以运用FPGA进行解码的数字信号。由于不同的NFC芯片以及不同的通信距离都会造成通信信号强度的差异,所以本文设计了AGC电路对信号增益进行自动调控,该AGC电路由ADC、数字电位器、压控放大器以及基于FPGA的数字逻辑电路控制模块组成,使得该数据采集系统适用于不同信号强度NFC。数据解码电路则主要为基于FPGA的数字逻辑电路,该电路的目的在于将解调后的数据信号解码后得到所需要的通信数据。由于读写器发送到标签数据的编码方式和标签发送到读写器数据的编码方式有很大的差异,所以本文针对两种数据分别设计解码电路,最后输出到计算机的过程中将这两种数据区分开。整个系统的硬件组成包括FPGA核心板、外挂的解调电路PCB小板以及获取通信信号的感应天线。核心控制芯片为FPGA,本文中所采用的FPGA芯片为XINLIN公司的Spartan系列芯片。最终,设计实现的NFC数据采集系统能对ISO15693协议下的NFC通信数据进行准确的采集并以波特率为115200Kbit/s传输到计算机,数据采集的错误率小于0.1%。系统的其它性能参数和易操作性上均符合工程中的各项要求。该数据采集系统对NFC芯片的研发提供了便利条件。
【关键词】：数据采集 NFC FPGA 解调电路 解码电路
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 项目概述16-17
• 1.1.1 项目名称及来源16
• 1.1.2 项目意义及目标16-17
• 1.2 NFC技术的应用和项目背景17
• 1.3 项目内容17-20
• 第二章 实现NFC数据采集系统的基础20-40
• 2.1 NFC的通信基础20-25
• 2.1.1 NFC技术的发展历程20-21
• 2.1.2 NFC技术原理21-24
• 2.1.3 NFC技术的运用24-25
• 2.2 实现系统的通信协议基础25-35
• 2.2.1 NFC的通信协议25-26
• 2.2.2 ISO15693通信协议26-32
• 2.2.3 SPI通信基础32-34
• 2.2.4 UART通信基础34-35
• 2.3 系统的软件和硬件基础35-39
• 2.3.1 系统实现的软件基础35-37
• 2.3.2 系统实现的硬件基础37-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 信号解调电路的设计与实现40-56
• 3.1 信号解调电路的设计40-44
• 3.1.1 信号解调电路的功能40
• 3.1.2 输入放大电路的设计40-41
• 3.1.3 时钟产生电路41-42
• 3.1.4 包络提取电路42-43
• 3.1.5 电压比较电路43-44
• 3.2 AGC反馈回路的设计与实现44-53
• 3.2.2 AGC反馈回路对ADC的运用45-47
• 3.2.3 AGC反馈回路对数字电位器的运用47-49
• 3.2.4 AGC反馈回路的实现49-53
• 3.3 信号解调电路的实现53-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第四章 数据解码电路的设计与实现56-72
• 4.1 信号解码电路的功能56
• 4.2 读写器发送数据的解码电路设计56-61
• 4.2.1 窄脉冲滤除电路的设计56-57
• 4.2.2 开始与结束标志检测电路设计57-59
• 4.2.3 数据解码电路的设计59-61
• 4.3 标签回复数据的解码电路设计61-65
• 4.3.1 包络提取电路61-62
• 4.3.2 开始结束标志信号检测电路62-63
• 4.3.3 数据解码电路设计63-65
• 4.4 数字信号解码电路的实现65-70
• 4.4.1 数据选择与标志位的添加65-66
• 4.4.2 UART接口模块的设计66-68
• 4.4.3 信号解码电路的实现68-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第五章 数据采集系统的实现与验证72-84
• 5.1 NFC数据采集系统的实72-74
• 5.1.1 系统的硬件构成72-73
• 5.1.2 系统的FPGA软件模块分布73-74
• 5.2 NFC数据采集系统的综合与验证74-82
• 5.2.1 综合报告与性能分析74-76
• 5.2.2 信号解调电路的验证76-77
• 5.2.3 数据解码电路的验证77-80
• 5.2.4 系统的验证80-82
• 5.3 本章小结82-84
• 第六章 总结与展望84-86
• 参考文献86-88
• 致谢88-90
• 作者简介90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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2 徐磊;周喜;马玉鹏;王磊;;一种基于NFC手机的RFID中间件的设计与实现[J];计算机与现代化;2014年09期

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7 姚钢;;NFC技术将经由Android平台走向普及[J];电子设计技术;2011年03期

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本文编号：653359