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無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)(RFID)作為一項先進(jìn)的自動(dòng)識別和數據采集技術(shù)，已經(jīng)廣泛應用到生產(chǎn)制造、物流管理、公共安全等各個(gè)領(lǐng)域，并帶動(dòng)了讀寫(xiě)機具和各類(lèi)應用產(chǎn)品及系統的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和推廣應用。目前，在我國應用于13．56 MHz的無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)領(lǐng)域主要有2個(gè)ISO標準，一個(gè)是IS014443，另一個(gè)是ISO15693。ISO14443定義了TYPE A、TYPE B兩種類(lèi)型協(xié)議，通信速率為106 kb／s，它們的區別主要在于載波的調制深度及位的編碼方式。ISO15693讀寫(xiě)距離較遠，而ISO14443讀寫(xiě)距離稍近，但后者應用較廣泛。這三種協(xié)議的卡在各個(gè)領(lǐng)域都有著(zhù)比較廣泛的應用，而國內現有的13．56 MHz的射頻讀卡器，一般僅支持一種協(xié)議，且功能較為單一�；谶@種現狀，本文提出了基于TI公司的TRF7960射頻芯片和宏晶公司的 STCllF32XE高速單片機來(lái)設計多協(xié)議射頻讀卡器的設計方案。在該讀卡器上擴展了點(diǎn)陣圖形液晶LCD和串行存儲器W25X80以及USB芯片PL2303等外圍設備。LCD可以顯示各種圖形和漢字，串行存儲器用來(lái)存儲點(diǎn)陣字庫、圖形庫等，USB芯片使得該讀卡器省去了串口和電源供電端口，可以通過(guò)該USB接口和PC管理軟件通信。該讀卡器使用方便，簡(jiǎn)單，成本低，電路運行穩定，可以應用到各種場(chǎng)合。 1 讀卡器的硬件設計 STCllF32XE單片機是宏晶科技公司設計生產(chǎn)的單時(shí)鐘／機器周期(IT)的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。內部集成高可靠復位電路，可用在高速通信、智能控制、強干擾等場(chǎng)合。STCllF32XE內部有32 KB的Flash，29 KB的EEPROM和1 280字節的SRAM。本文采用的STCllF32XE是LQFP-44引腳，除了EA、ALE、PSEN和RST引腳可以定義為通用I／O外，還多了1 個(gè)P4口。編程支持ISP下載功能，使用起來(lái)比較方便。 TRF7960是TI(德州儀器)公司推出的高頻(13．56MHz)多標準射頻識別(RFID)閱讀器IC產(chǎn)品系列之一。TRF7960采用超小32-pin QFN的高級封裝設計，支持ISO／IEC 14443A／B、ISO／IEC 15693、ISO／IEC 18000-3以及TI公司的非接觸支付商務(wù)與Tag-It應答器產(chǎn)品系列。采用TRF7960的讀卡器為微控制器提供了內部時(shí)鐘，只需1個(gè)13．56 MHz的晶振就能工作，而不需要2個(gè)標準晶體，從而有助于降低終端讀卡器產(chǎn)品的總物料單成本。由于組件很少，讀卡器IC耗電、占用的空間也很少，因此可以解決敏感度和噪聲衰減問(wèn)題。其他集成功能還包括故障檢查、數據格式化、成幀以及適合多讀卡器環(huán)境的防碰撞支持等。TRF7960與微控制器之間通信可以使用8位并行或者串行(SPI)的靈活的通信方式。該芯片還具有寬泛的操作電壓(2．7～5．5 V)。TRF7960非常適用于安全訪(fǎng)問(wèn)控制、產(chǎn)品認證以及非接觸支付系統等應用。 為了使用STCllF32XE單片機內部1 KB的擴展SRAM，此處采用的是8位并行模擬總線(xiàn)接口方式，用單片機的P1口和TRF7960的DO～D7相連，用P2．6、P2．7、P3．2作為控制線(xiàn)分別和TRF7960的DATA CLK、EN、IRQ引腳相連。需要注意，為了使TRF7960通信接口支持5 V的邏輯電平，應該把TRF7960的VDD_I／O引腳接5 V電壓。采用模擬總線(xiàn)方式是一種通用的方法，特別是對于不支持總線(xiàn)擴展的單片機更為重要。該設計中使用模擬總線(xiàn)的方式可防止TRF7960和單片機內部的 SRAM發(fā)生總線(xiàn)沖突。圖1是讀卡器的系統硬件原理圖。 PL2303是Prolific：公司生產(chǎn)的USB總線(xiàn)轉接芯片，可以實(shí)現USB轉串口，用于為計算機擴展異步串行口，或者將普通的串口設備直接升級到USB總線(xiàn)。PL2303完全兼容USBl．1、USB2．0；3～5 V調節輸出，可以滿(mǎn)足不同的電壓輸出接口；全雙工發(fā)送和接收(RXD、TXD)；MODEM控制線(xiàn)(RTS、CTS、DTR、DSR、DCD和 RI)；5、6、7或8位數據格式；奇偶校驗或無(wú)校驗；1位、1位半或2位停止位；可編程的波特率75 b／s～6 Mb／s等。因此，PL2303是移動(dòng)系統和嵌入式系統的理想選擇，其小封裝能夠嵌入任何連接件和手持設備。PL2303在工作模式和休眠模式都具有很低的功耗，非常適合總線(xiàn)供電場(chǎng)合使用。USB芯片使得該讀卡器省去了串口和電源供電端口，可以通過(guò)該USB接口和PC管理軟件通信 顯示屏采用的是基于ST7565S控制器的圖形點(diǎn)陣LCD模塊，分辨率為128×64，支持串行接口，不帶漢字庫。為了能使該讀卡器可以應用在諸如圖書(shū)館圖書(shū)管理方面和其他需要需要漢字顯示的場(chǎng)合，采用華邦公司生產(chǎn)的串行存儲器W25X80，自行設計了GB2312漢字庫和其他圖片庫。串行Flash存儲器以其體積小、密度高、功耗低、價(jià)位低、操作簡(jiǎn)單而備受青睞，Winbond公司生產(chǎn)的Flash存儲器W25X80為8 Mb串行Fla-sh，大小為1 MB，分為4096頁(yè)，每頁(yè)為256字節的存儲單元，且帶有256個(gè)字節的緩沖區，SPI的接口方式。使用Flash自行設計漢字庫不僅操作十分簡(jiǎn)單，并且可以靈活地適用于多個(gè)設計方案。 系統硬件電路設計應該注意的地方如下： ①盡量讓濾波電容靠近芯片，特別是10 nF的電容，這樣對高頻信號進(jìn)行有效的濾波； ②盡量減少布線(xiàn)地的回路，所以要求接地的過(guò)孔盡量靠近元器件或者IC的接地端； ③2個(gè)電感的放置應該成90°的方向，這樣主要減少2個(gè)電感之間的耦合； ④數字地和模擬地最好是在不同的地方，最好通過(guò)磁珠或電感進(jìn)行連接； ⑤保證芯片中間的部分足夠接地，可以在電路板上打9個(gè)孔，讓芯片充分接地和散熱； ⑥布線(xiàn)時(shí)盡量減少輔線(xiàn)的長(cháng)度，特別是射頻前端，讓元器件保持緊湊、射頻輸出前端最好保持暢通的輸出； ⑦在電路中最好加一些測試點(diǎn)，方便調節硬件電路； ⑧盡量避免在射頻線(xiàn)路中通過(guò)數字信號。 2 讀卡器的軟件設計 設計好硬件平臺之后，就需要設計系統的軟件模塊。在軟件模塊設計中STCllF32XE單片機和TRF7960之間的模擬通信是最關(guān)鍵的一步，因為只有打通了底層通信的關(guān)鍵環(huán)節，STCllF32XE才能進(jìn)一步通過(guò)控制TRF7960實(shí)現讀／寫(xiě)卡的基本操作。為了實(shí)現這一步，首先要弄清楚 TRF7960的讀寫(xiě)時(shí)序。 起始條件是CLK為高，然后先發(fā)送8位地址，再發(fā)送數據。發(fā)送格式在時(shí)鐘的下降沿進(jìn)行發(fā)送，當CLK為高時(shí)，在A(yíng)／D有1個(gè)下降沿，表示結束。根據該時(shí)序圖可以寫(xiě)出STCllF32XE單片機從TRF7960讀／寫(xiě)1個(gè)字節的C語(yǔ)言實(shí)現代碼： STCllF32XE單片機主要就是通過(guò)調用這兩個(gè)最基本的函數來(lái)實(shí)現對TRF7960進(jìn)行復雜的讀／寫(xiě)控制的。采用模擬總線(xiàn)通信方式的最大好處就是用C語(yǔ)言寫(xiě)的代碼很容易移植到不支持總線(xiàn)擴展的各種單片機上，增加了軟件模塊的可復用性和可移植性。 打通了底層通信的關(guān)鍵環(huán)節之后，就可以一步一步地編寫(xiě)調試各個(gè)軟件模塊。圖3是讀卡器多協(xié)議自適應功能軟件模塊流程。 3 結論 本文采用宏晶公司的高速、低價(jià)位單片機和TI公司的TRF7960多協(xié)議讀卡芯片以及相應的外圍電路設計出了非接觸式的射頻讀卡器，設計按照 ISO／IEC 14443A／B和ISO／IEC 15693多協(xié)議標準，完成了系統的硬件電路搭建和系統軟件的設計工作。經(jīng)實(shí)際使用證明，該讀卡器工作穩定，抗干擾能力強，性?xún)r(jià)比高，操作靈活、方便，產(chǎn)品具有很強的的市場(chǎng)競爭力，投入使用將會(huì )產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。 |
