【正文】 隔離的標(biāo)簽，使其進入活動狀態(tài)，再進一步隔離，選出一個標(biāo)簽通信。如此重復(fù)，閱讀器可讀出閱讀區(qū)域內(nèi)的多個射頻標(biāo)簽信息，也可以實現(xiàn)對多個標(biāo)簽分別寫入指定的數(shù)據(jù)。(3) 數(shù)據(jù)傳輸射頻識別系統(tǒng)所完成的功能可歸結(jié)為數(shù)據(jù)獲取的一個便利手段，因而國外也有將其歸為自動收集數(shù)據(jù)ADC(Automatic Data Capture)技術(shù)范疇。射頻識別系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換包含兩個方面的含義:從閱讀器向射頻標(biāo)簽方向的數(shù)據(jù)交換。從射頻標(biāo)簽到閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換。根據(jù)具體實現(xiàn)系統(tǒng)的不同，以及理解層面的不同，上述兩個方面的含義會有不同的理解和解釋，下面分別給予簡單討論。（a）從閱讀器向射頻標(biāo)簽方向的數(shù)據(jù)交換從射頻識別系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的純技術(shù)層面來說，如果將注意力放在射頻標(biāo)簽中存貯信息的注入方式來說，閱讀器向射頻標(biāo)簽方向的數(shù)據(jù)交換可分為兩種情況，即有線寫入方式和無線寫入方式。具體采用何種方式，需結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)需求、代價，技術(shù)實現(xiàn)的難易程度等因素來定。在有線寫入方式下，閱讀器的作用是向射頻標(biāo)簽中的存貯單元寫入數(shù)據(jù)信息。閱讀器更多地被稱為編程器。根據(jù)射頻標(biāo)簽存貯單元及編程寫入控制電路的設(shè)計情況，寫入可以是一次性寫入不能修改，也可以是允許有線多次改寫的情形。另外一種寫入情形是，在絕大多數(shù)通用射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用中，每個射頻標(biāo)簽要求具有唯一的標(biāo)識。這種唯一的標(biāo)識被稱為射頻標(biāo)簽的ID號，通常在標(biāo)簽出廠時已被固化在射頻標(biāo)簽內(nèi)，用戶無法修改。ID號的固化過程可以在射頻標(biāo)簽芯片生產(chǎn)過程中完成，也可以在射頻標(biāo)簽應(yīng)用指定后的初始化過程中完成。無論在何時完成，都是以有線方式實現(xiàn)ID號的寫入。(b) 從射頻標(biāo)簽向閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換射頻標(biāo)簽的工作使命即是實現(xiàn)由標(biāo)簽向閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換。其工作方式包括:射頻標(biāo)簽收到閱讀器發(fā)送的射頻能量時，即被喚醒并向閱讀器反射標(biāo)簽存貯的數(shù)據(jù)信息。射頻標(biāo)簽受到閱讀器發(fā)送的射頻能量被激勵后，根據(jù)接收到的閱讀器的指令情況轉(zhuǎn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)或“睡眠/休眠”狀態(tài)。從工作原理上來說，第一種工作方式屬單向通信，第二種工作方式為半雙工雙向通信[8]。 射頻識別系統(tǒng)組成射頻識別系統(tǒng)一般由以下三部分組成：(1) 讀卡器(Reader)一臺典型的讀卡器應(yīng)包含射頻信號發(fā)射單元器、高頻接收單元和控制單元。此外，許多讀卡器還都有附加的接口(RS232，RS485，USB)，以便將所獲的數(shù)據(jù)傳輸給另外的系統(tǒng)作進一步的處理或存儲。發(fā)送部分和接收部分和起來稱為讀卡器的高頻接口，它負(fù)擔(dān)以下任務(wù):產(chǎn)生高頻的發(fā)射功率，以啟動應(yīng)答器并為它提供能量。對發(fā)射信號進行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)答器。接收并解調(diào)來自應(yīng)答器的高頻信號[7]。在高頻接口中有兩個分隔開的信號通道，分別用于往來于應(yīng)答器的兩個方向的數(shù)據(jù)流。傳送到應(yīng)答器中去的數(shù)據(jù)通過發(fā)送器分支，而來自于應(yīng)答器的數(shù)據(jù)通過接收器分支來接收。閱讀器的控制單元則擔(dān)負(fù)著以下任務(wù):與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令。控制與應(yīng)答器的通信過程(主從原則)。信號的編碼與解碼[9]。對于復(fù)雜的系統(tǒng)還有下列附加的功能:執(zhí)行反碰撞算法。對應(yīng)答器與閱讀器之間要傳送的數(shù)據(jù)進行加密和解密。進行應(yīng)答器和讀取器之間的身份驗證。為了完成這些復(fù)雜的任務(wù)，在絕大多數(shù)情況下控制單元都擁有微處理器作為核心部件。加密邏輯過程，如應(yīng)答器與閱讀器之間的加密、還有信號編碼，常常是交由附加的ASIC組件來完成的，以減輕處理器計算密集型過程的負(fù)擔(dān)。出于性能上的原因，對ASIC的訪問是通過微處理器總線(面向寄存器的)實現(xiàn)的。應(yīng)用系統(tǒng)軟件與閱讀器之間的數(shù)據(jù)交換是通過RS232或RS485串口來進行的。這里同普通的PC機一樣使用的是NRZ編碼(8位異步)。作為通信協(xié)議使用的是各不相同的、常常是自定義的協(xié)議。(2) 標(biāo)簽(Tag)射頻識別標(biāo)簽是一種以無線方式傳送數(shù)據(jù)的信息載體形式，它具有數(shù)據(jù)處理及安全認(rèn)證等特有的優(yōu)點。射頻識別標(biāo)簽是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，主要由天線、諧振電容以及IC芯片組成，其種類可以分為無源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽兩種。射頻標(biāo)簽與讀卡器之間采用雙向驗證機制，即讀卡器驗證射頻標(biāo)簽的合法性，同時射頻標(biāo)簽也驗證讀卡器的合法性:處理前，標(biāo)簽要與讀卡器進行三次相互認(rèn)證，而且在通訊過程中所有數(shù)據(jù)都加密。此外，標(biāo)簽中各個扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。(3)天線(Antenna)射頻識別系統(tǒng)中的天線用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向無源標(biāo)簽提供能量并在讀卡器和標(biāo)簽之間傳送信息[10]。 射頻識別系統(tǒng)分類根據(jù)射頻識別系統(tǒng)的不同特點，射頻識別系統(tǒng)有多種分類方法，根據(jù)工作頻率劃分，有低頻、中頻、高頻；根據(jù)存儲器是否可寫，可分為只讀型和可讀寫型；根據(jù)讀卡器和應(yīng)答器誰先發(fā)送信息，可分為TTF型和RTF型；另外根據(jù)應(yīng)答器內(nèi)是否內(nèi)置電源可分為有源型和無源型[11]。(1)按工作頻率分類：低頻射頻識別的工作頻率主要是125kHz，而高頻有869MHz，902928MHz，，允許的最大發(fā)射功率電平和頻率分配因國家和地區(qū)的不同而有所不同。其中125kHz系統(tǒng)主要應(yīng)用在動物識別和商品流通等領(lǐng)域。，其識別距離一般為幾厘米(15014443標(biāo)準(zhǔn))到幾十厘米(15015693標(biāo)準(zhǔn))，[12]。在UHF頻段(869MHz和902928MHZ)，系統(tǒng)的識別距離遠(yuǎn)，可從幾米到幾十米。UHF頻段的自動識別系統(tǒng)主要應(yīng)用在高速公路收費、集裝箱識別和鐵路車輛的識別、跟蹤等業(yè)務(wù)中。(無源標(biāo)簽)一般可提供1米左右的識別距離，主動式系統(tǒng)(有源標(biāo)簽)可以達到十幾米的識別距離。，目前我國公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)暫行標(biāo)準(zhǔn)也把此頻段作為車輛識別的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。(2)按讀卡器和應(yīng)答器誰先發(fā)送信息分類：RT(Reader Talks First，讀卡器先發(fā)言)和TTF(Tag Talks First，標(biāo)簽先發(fā)言)是兩種讀卡器抗沖突協(xié)議方式。在一般狀態(tài)下，電子標(biāo)簽處于“等待”或稱為“休眠”的工作狀態(tài)，當(dāng)電子標(biāo)簽進入讀卡器的作用范圍時，檢測到一定特征的射頻信號，便從“休眠”狀態(tài)，轉(zhuǎn)到“接收”狀態(tài)，接收讀卡器發(fā)出的命令后，進行相應(yīng)的處理，并將結(jié)果返回讀卡器。這類只有接收到讀卡器特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽被稱為RTF(Reader Talk First，即讀卡器先發(fā)言)方式。與此相反，進入讀卡器的能量場即主動發(fā)送自身DI號的電子標(biāo)簽被稱為TTF(Tag Talk First，即標(biāo)簽先發(fā)言)方式。(3)按電子標(biāo)簽的供電方式分類:射頻識別系統(tǒng)按電子標(biāo)簽的供電方式可分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽兩類。無源標(biāo)簽所需工作能量需要從讀卡器發(fā)出的射頻波束中獲取能量，經(jīng)過整流、穩(wěn)壓后提供電子標(biāo)簽所需的工作電壓。與有源標(biāo)簽相比，具有成本低、不需要維護、使用壽命長等特點。缺點是讀卡器要發(fā)射更大的射頻功率，識別距離相對較近等。然而，這使得無源射頻識別系統(tǒng)可以達到20米[7]以上的識別距離。有源標(biāo)簽本身帶有微型電池，由于不需要射頻供電，其識別距離更遠(yuǎn)，讀卡器需要的功率較小[13]。第三章 MSP430系列單片機簡介 MSP430系列單片機簡介近幾年來,隨著微電子技術(shù)的日新月異,世界上的許多芯片制造商紛紛推出自己的新產(chǎn)品,品種極為豐富。由于競爭激烈,其中低功耗、本身具有液晶顯示驅(qū)動器與看門狗定時器的多功能芯片將成為主流器件。全球著名DSP制造商—美國德州儀器（TI）公司所生產(chǎn)的新型芯片MSP430系列，以其獨特的性能和豐富的片內(nèi)外設(shè)成為電子技術(shù)設(shè)計開發(fā)人員的新寵[14]。 MSP430系列單片機功能特性TI公司MSP430系列單片機是一種超低功耗的混合信號控制器，其中包括一系列器件，它們針對不同的應(yīng)用而由各種不同模塊組成。它們具有16位RISC結(jié)構(gòu)，CPU的16個寄存器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430微控制器能達到最高的代碼效率。靈活的時鐘源可以使器件達到最低的功率消耗。數(shù)字控制的振蕩器(DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在小于6μs的時間內(nèi)被激活到正常的工作方式。MSP430系列單片機的16位定時器是應(yīng)用于工業(yè)控制如紋波計數(shù)器、數(shù)字化電機控制、電表、水表和手持式儀表等的理想配置，其內(nèi)置的硬件乘法器大大加強了其功能并提供了軟硬件相兼容的范圍，提高了數(shù)據(jù)處理能力[1516]。MSP430單片機具有如下特點：● 低電壓、超低功耗MSP430系列單片機，～ V電壓、1MHz的時鐘條件下運行，工作電流（～400μA之間）因不同的工作模式而不同；具有16個可以任意嵌套的中斷源，使用靈活方便；將CPU置于省電模式時，用中斷方式可喚醒程序，其過度響應(yīng)時間小于6μs，編制出的源代碼程序?qū)崟r性較高。● 強大的處理能力MSP430系列單片機為16位RISC結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)、簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理方法；有較高的處理速度，在晶振頻率為8MHz驅(qū)動時，其指令周期為125μs。這些特點保證了可編制出高效率的源程序?！?系統(tǒng)工作穩(wěn)定上電復(fù)位后，首先由DCOCLK啟動CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作CPU時鐘MCLK時發(fā)生故障，DCO會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可以用看門狗將其復(fù)位?！?豐富的片內(nèi)外設(shè)MSP430系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是以下一些外圍模塊的不同組合：看門狗(WDT)、定時器A(Timer—A)、定時器B(Timer—B)、比較器、串口0、1(USARTO、1)、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、10／12位ADC、48個I／O端口、基本定時器(Basic Timer)，可在線仿真的FLASH內(nèi)存，7路PWM輸出，以及內(nèi)嵌的LCD驅(qū)動等。本設(shè)計所選用的主控芯片MSP430F413就包含了：FLL+（頻率鎖相環(huán)）時鐘系統(tǒng)，看門狗，精密模擬比較器（Comparator），帶有3個捕獲／比較寄存器的16位定時器（Timer_A），48個I/O通用引腳、并且端口PP2有中斷能力，LCD驅(qū)動器能直接驅(qū)動液晶多達96段等模塊?！?高效的開發(fā)方式MSP430支持在線仿真和編程，所配編譯器功能強大。具有FLASH存儲器型的單片機，利用其本身具有JTAG接口，可以在一臺PC機及一個JTAG控制器的幫助下實現(xiàn)程序的下載，完成程序的在線調(diào)試，實時修改片內(nèi)寄存器和存儲器的內(nèi)容，對開發(fā)人員來說將大大提高程序的調(diào)試效率。MSP430系列器件均為工業(yè)級的，運行環(huán)境溫度為4O～+85℃，因此很適合作為便攜儀表和水、電、熱表的主控芯片[14]。從圖31中可以發(fā)現(xiàn)在MSP430系列單片機中,與其它的單片機最大的區(qū)別就是系統(tǒng)各個模塊完全是獨立運行的,定時器(Timer)、輸入/輸出口(I/O Port)、A/D轉(zhuǎn)換（以芯片型號的不同而有無）、看門狗(WDT)、液晶顯示器(LCD)等都可以在主CPU休眠的狀態(tài)下獨立運行。當(dāng)需要主CPU工作時任何一個模塊都可以通過中斷喚醒CPU，從而使系統(tǒng)運行在最低功耗上。這一點是MSP430系列單片機最突出的優(yōu)點。此外由于MSP430系列單片機具有LCD驅(qū)動、A/D轉(zhuǎn)換、模擬比較器、多路中斷和定時器、串行通信口,因而其用途極廣。圖31 MSP430X41X系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)TI公司是全世界生產(chǎn)信號處理單片機(DSP)的最大的廠商,MSP430系列單片機是在DSP的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,因而繼承了DSP的一些優(yōu)點,比如說用戶可以選擇具有硬件乘法器的MSP430系列單片機,這一點使得它不但功耗低而且速度快,更加適合于高速的數(shù)據(jù)處理。MSP430系列單片機的另一個重要特點是晶振系統(tǒng),系統(tǒng)在運行時主頻高達3MHz,這是因為其內(nèi)部使用了數(shù)字控制震蕩器DCO(Digital Controlled Oscillator)和鎖頻環(huán)技術(shù)FLL(Frequency Locked Loop)將低速時鐘晶體產(chǎn)生的32768Hz晶頻倍頻到2MHz～3MHz,用戶通過程序可以選擇低頻或高頻,這樣可以根據(jù)實際需要來選擇合適的系統(tǒng)時鐘頻率,從而更合理地利用系統(tǒng)的電源,才使得整個系統(tǒng)的超低功耗成為可能，這一點對于電池供電的系統(tǒng)來講至關(guān)重要[17]。 MSP430系列單片機的應(yīng)用MSP430系列單片機有如此獨特的性能,因而一問世便受到廣大用戶的歡迎,有了MSP430系列單片機,人們再也不用為那些使用干電池的儀器儀表耗電太快而犯愁了,用戶可以設(shè)計出只用一節(jié)3V電池便能工作數(shù)年的智能工業(yè)儀表,也可以設(shè)計出從設(shè)