摘要：介紹了韋根的概念和標(biāo)準(zhǔn)韋根26-bit信號(hào)的定義格式，依據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一個(gè)韋根接收讀卡器電路，并提供了程序?qū)崿F(xiàn)的部分代碼。該設(shè)計(jì)的電路和程序均已通過(guò)調(diào)試并在實(shí)際項(xiàng)目中得到應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：讀卡器；讀卡控制器；韋根信號(hào)；單片機(jī)

    Wiegand，即韋根傳感器是一種當(dāng)交變磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生輸出電壓脈沖的傳感器。脈沖的幅度是由激勵(lì)磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)決定的。因此，韋根傳感器不需要外界電源供電。由于韋根傳感器非常容易和數(shù)字系統(tǒng)相匹配，并且系統(tǒng)沒(méi)有可動(dòng)的部件或半導(dǎo)體器件，這使得它們能適用于惡劣的環(huán)境和長(zhǎng)期無(wú)人監(jiān)控的場(chǎng)所。
    在設(shè)計(jì)讀卡器時(shí)，讀卡控制器既需要與上位機(jī)串行通信，又需要與讀卡器串行通信。大多數(shù)單片機(jī)只有一個(gè)串行通信口，而設(shè)計(jì)者希望控制器與讀卡器的通信不占用串行接口，因此，應(yīng)用韋根信號(hào)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。文章介紹了一種基于單片機(jī)的韋根信號(hào)接收的實(shí)現(xiàn)方法。

1 韋根信號(hào)的格式說(shuō)明
    韋根信號(hào)在數(shù)據(jù)的傳輸中只需要兩條數(shù)據(jù)線(xiàn)，分別是DATA0和DATA1。當(dāng)空閑時(shí)，兩線(xiàn)相對(duì)于0 V的電源都是TTL電平的水平，即5 V；當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，兩線(xiàn)交替發(fā)送400μs的低脈沖。當(dāng)DATA0線(xiàn)發(fā)送脈沖時(shí)，數(shù)據(jù)輸出是‘0’；當(dāng)DATA1線(xiàn)發(fā)送脈沖時(shí)，數(shù)據(jù)輸出是‘1’。兩根線(xiàn)不可同時(shí)發(fā)送脈沖。脈沖的間隔是1ms，寬度是100μs，周期是600μs。圖1中脈沖寬度在20μs～200μs之間，兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔在200μs～200ms之間。

    由于標(biāo)準(zhǔn)韋根26-bit格式是一個(gè)開(kāi)放式的格式，這就意味著任何人都可以購(gòu)買(mǎi)某一特定格式的HID卡，并且這些特定格式的種類(lèi)是公開(kāi)可選的。26-bit格式就是一個(gè)廣泛使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)所有HID的用戶(hù)開(kāi)放。
    韋根的數(shù)據(jù)一般由三部分組成：校驗(yàn)位、出廠(chǎng)碼和數(shù)據(jù)位。不同的韋根格式有不同的組成。Weigand協(xié)議是國(guó)際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，格式有很多種，標(biāo)準(zhǔn)的weigand26，即26-bit是最常用的格式。標(biāo)準(zhǔn)的26位韋根輸出是由26位二進(jìn)制數(shù)組成，其中第1位和第26位是校驗(yàn)位，2-9位是廠(chǎng)家碼，10-25位是卡號(hào)位，其輸出格式如下：
    12      9 10      25 26
    E XXXX XXXX XXXX…XXXX 0
    第1位是前12bit的偶校驗(yàn)位；前12位(第2-9位)對(duì)應(yīng)電子卡HID碼的低8位，后12位(第10-25位)對(duì)應(yīng)電子卡的PID碼，第26位是后12bit的奇校驗(yàn)位。數(shù)據(jù)從左至右順序發(fā)送，高位在前。
    如果電卡的地區(qū)碼位2個(gè)字符，即8位則可用那設(shè)置255個(gè)地區(qū)碼((15×16)+15=255)；電子卡的卡號(hào)位4個(gè)字符，即16位則可設(shè)置65 536個(gè)卡號(hào)((15×16×16×16)+(15×16×16)+(15×16)+15=65 535)。
    例如：一個(gè)HID：16 385，PID：00004的電子卡其26位韋根輸出為：
    10000000100000000000001000
    檢驗(yàn)位HID=16 385(二進(jìn)制的低8位)PID=4(二進(jìn)制)檢驗(yàn)位。
    這26位數(shù)據(jù)在讀出器的韋根輸出線(xiàn)DATA0，DATA1上輸出。

2 接收電路的設(shè)計(jì)
    韋根信號(hào)的接受有兩種方法，分別是查詢(xún)法和中斷法，如果用查詢(xún)的方法接收會(huì)出現(xiàn)丟幀的現(xiàn)象；所以作者選擇外部中斷的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)韋根信號(hào)的接受，接收電路如圖2所示。接收電路選用了美國(guó)Atmel公司的89S51作為主控芯片。讀卡器使用了遠(yuǎn)距離125 kHz射頻讀卡器，讀卡控制器為自行設(shè)計(jì)。讀卡控制器與上位機(jī)通信選用RS485總線(xiàn)；單片機(jī)為含WDT的89S51；存儲(chǔ)器為128 k字節(jié)的非易失存儲(chǔ)芯片HK1245-7，讀卡控制器還配置實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、門(mén)禁控制電路、數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路等等。

3 程序代碼的實(shí)現(xiàn)
    中斷接收韋根碼程序如下：
    ；外中斷0服務(wù)程序，接收DATA0
    DTO： PUSH PSW
          USH ACC
          SETB RS1
          CLR RS0         ；第二組寄存器
          CLR C           ；DATA0
          MOV R7，#4      ；26位碼用4字節(jié)
          MOV R0，#WGBUF  ；緩沖器首地址
    DTO1：MOV A，@R0
          RLC A
          MOV@R0，A
          INC R0
          DJNZ R7，DTO1
          DJNZ WXH0，DTOE
          MOV WXH0，#26   ；韋根數(shù)據(jù)位數(shù)
          ACALL WG26      ；26位接收完畢?
    DTOE：POP ACC
          POP PSW
          RETI
    ；外中斷1服務(wù)程序，接收DATA1
    DT1： PUSH PSW        ；
          PUSH ACC
          SETB RS1
          CLR RS0         ；第二組寄存器
          SETB C          ；DATA1
          MOV R7，#4      ；26位用4字節(jié)
          MOV R0，#WGBUF  ；緩沖器首地址
    DT11：MOV A，@R0
          RLC A
          MOV@R0，A
          INC R0
          DJNZ R7，DT11
          DJNZ WXH0，DTlE  ；26位接收完畢?
          MOV WXH0，#26    ；韋根數(shù)據(jù)位數(shù)
          ACALL WG26       ；韋根處理
    DT1E：POP ACC
          POP PSW
          RETI             ；中斷返回
    提供的兩個(gè)中斷服務(wù)程序可共同完成26位韋根碼的接收。其中，外中斷0負(fù)責(zé)DATA0的接收；外中斷1負(fù)責(zé)DATA1的接收。
    當(dāng)26位的韋根碼接收完整后調(diào)用子程序WG26，在子程序中進(jìn)行韋根碼的奇偶校驗(yàn)、存儲(chǔ)、發(fā)送等處理。程序使用4個(gè)字節(jié)作為韋根碼存儲(chǔ)單元，即前三個(gè)字節(jié)的全部和第四字節(jié)的最低2位。

4 結(jié)束語(yǔ)
    應(yīng)用單片機(jī)的中斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了韋根信號(hào)的接受，設(shè)計(jì)的電路和程序均已通過(guò)調(diào)試，并設(shè)計(jì)調(diào)試方案如圖3所示。

    經(jīng)測(cè)試，讀卡成功率100％，未發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，通信正確率100％。設(shè)計(jì)完全達(dá)到預(yù)期效果，并在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中運(yùn)行正常。文章中給出了完整的接收程序。由于篇幅所限，初始化程序、信號(hào)處理程序未與列出，需要者可與作者聯(lián)系，愿予提供、交流。