【正文】 本設(shè)計(jì)中為兼容考慮能實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的傳輸距離和多機(jī)通信的功能，所以設(shè)計(jì)了 RS458 接口。 串行通信電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，為了提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，提供了三種不同的串行通信接口形式 ： RS23RS485 和 USB 接口。 MSP430 的片內(nèi)外設(shè)極其豐富，集成了兩個(gè)串口， USARTO 和 USARTI，正好適合本設(shè)計(jì)兼容多種串行通信接口形式的設(shè)計(jì)要求。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用 6μs。 微控制器電路設(shè)計(jì) 在前面的設(shè)計(jì)中我們已經(jīng)提到，本設(shè)計(jì)兼容考慮了射頻讀卡器的低功耗解決方案，因而對(duì)讀卡器的整機(jī)功耗有較高的要求。5%） 、C11（ 選取 68nF177。10%的誤差，且材料最好選取 TDKIROJ； 電容并聯(lián)后的電容量應(yīng)選取 136pF， 177。 外圍匹配電路設(shè)計(jì) 外圍匹配電路主要包含 EMC 低通濾波器和接收電路。因此，穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率對(duì)與正常的工作至關(guān)重要。 圖 讀卡器供電電路原理圖 . 1 電路分析與計(jì)算 超級(jí)電容充放電時(shí)間和電流的計(jì)算。這就對(duì)射頻讀卡器的整機(jī)功耗和供電電路的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，本設(shè)計(jì)在供電電路設(shè)計(jì)上就考慮了這一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了讀卡器的低功耗解決方案。 二進(jìn)制搜索算法 二進(jìn)制搜索算法的基本思想是 ： 將處于沖突的射頻卡分成左右兩個(gè)子集 0 和 1 先查詢子集 0，若沒有沖突，則正確識(shí)別射頻卡 ； 若仍有沖突則再分裂，把子集 0 分成 00和 01 兩個(gè)子集，依次類推，直到識(shí)別出子集 0 中的所有射頻卡，再按步驟查詢子集 。但它的缺點(diǎn)是需要同步時(shí)鐘，且射頻卡能夠計(jì)算時(shí)隙。下面將對(duì)這兩種算法及由其發(fā)展起來(lái)的算法進(jìn)行介紹。為了解決信號(hào)之間相互干擾的問題，產(chǎn)生了防碰撞技術(shù)。從代數(shù)的角度可將 M（ x） 看成是一個(gè)多項(xiàng)式，即 M（ x） 可被看做系數(shù)是 0 或 1 的多項(xiàng)式，一個(gè)長(zhǎng)度為 m 的數(shù)據(jù)塊可以看成是 xm?1，到 x0的。字節(jié) 1 用字節(jié) 2 經(jīng) XOR 門選通，結(jié)果再用字節(jié) 3 經(jīng) XOR 門選通，如此等等。偶校驗(yàn)常用于異步傳輸或低速傳輸。這種方法就是在每個(gè)字節(jié)中加上一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，并被傳輸，即每字節(jié)發(fā)送九位。另一方面，如果采用的是在基帶中進(jìn)行的負(fù)載調(diào)制時(shí)，數(shù)據(jù)流的 邊帶將直接圍繞著工作頻率的載波信號(hào) 。 射頻識(shí)別系統(tǒng)的副載波調(diào)制 就射頻識(shí)別系統(tǒng)而言，用副載波的調(diào)制法主要用在頻率范圍 、 13. 56MHz或 27. 125MHz 的電感耦合系統(tǒng)中，而且是從應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。另外對(duì)于無(wú)源應(yīng)答器來(lái)說(shuō)，不允許由于信號(hào)編碼與調(diào)制方法的不適當(dāng)?shù)慕M合而導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)化的中斷。 信號(hào)編碼系統(tǒng)的作用是使傳輸?shù)男畔⒑退男盘?hào)表示盡可能最佳的與傳輸通道的性能相匹配，也就是將發(fā)送的數(shù)據(jù)信息變換為適合于信道傳輸特性的頻譜結(jié)構(gòu)。 按電子標(biāo)簽的供電方式分類 射頻識(shí)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(wú)源標(biāo)簽兩類。 UHF 頻段的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要應(yīng)用在高速公路收費(fèi)、集裝箱識(shí)別和鐵路車輛的識(shí)別、跟蹤等業(yè)務(wù)中。 塊 0 數(shù)據(jù)塊 0 扇區(qū) 1 塊 1 數(shù)據(jù)塊 1 塊 2 數(shù)據(jù)塊 2 塊 3 數(shù)據(jù)塊 3 塊 0 數(shù)據(jù)塊 4 塊 1 數(shù)據(jù)塊 5 扇區(qū) 2 塊 2 數(shù)據(jù)塊 6 塊 3 數(shù)據(jù)塊 7 0 數(shù)據(jù)塊 60 扇區(qū) 15 1 數(shù)據(jù)塊 61 2 數(shù)據(jù)塊 62 3 數(shù)據(jù)塊 63 圖 扇區(qū)結(jié)構(gòu)圖 Mifare 1卡的讀寫控制 每個(gè)扇區(qū)的尾塊 （ 16 字節(jié) ） 包含了該扇區(qū)的兩個(gè)密碼信息以及對(duì)本扇區(qū)中各塊的讀寫權(quán)限信息，是扇區(qū)的控制塊。 天線 （ Antenna） 射頻識(shí)別系統(tǒng)中的天線用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向無(wú)源標(biāo)簽提供能量并在讀卡 器和標(biāo)簽之間傳送信息 。出于性能上的原因，對(duì) ASIC的訪問是通過(guò)微處理器總線 （ 面向寄存器的 ） 實(shí)現(xiàn)的。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(jìn)一步的處理或存儲(chǔ)。 高安全性 射頻卡的序列號(hào)是唯一的，制造商在產(chǎn)品出廠前將此序列號(hào)固化于卡內(nèi)芯片中，不可再更改，使用時(shí)射頻卡與讀寫器要進(jìn)行三次相互認(rèn)證，而且通訊過(guò)程中所有的數(shù)據(jù)都加密，卡內(nèi)各個(gè)扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2章 射頻識(shí)別系統(tǒng)分析 射頻 卡特點(diǎn) 操作快捷便利 由于采用非接觸無(wú)線通信，讀寫器對(duì)在感應(yīng)范圍內(nèi)的卡就可以進(jìn)行操作，免去了插拔卡過(guò)程，所以非常方便用戶使用。 本文的 研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排 本文針對(duì) PHILIPS 公司的智能射頻卡 MIFARE 1 卡及其卡片讀寫設(shè)備核心模塊的內(nèi)核技術(shù)進(jìn)行了細(xì)致深入的研究。適用于公交、地鐵、校園一卡通、公司一卡通等多種不同應(yīng)用場(chǎng)合的 POS 機(jī)。我國(guó)很多企業(yè)對(duì) RFID 的認(rèn)識(shí)不夠充分，基礎(chǔ)設(shè)施的缺失也為 RFID 在我國(guó)的發(fā)展設(shè)置了障礙。日本雖然己經(jīng)提出 UID 標(biāo)準(zhǔn)，但主要得到的是本國(guó)廠商的支持，如要成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還有很長(zhǎng)的路要走。另外 RFID 技術(shù)是一個(gè)嶄新的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，它不僅涵蓋了微波技術(shù)與電磁學(xué)理論，而且包括通信原理及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，是一個(gè)多學(xué)科綜合的新興學(xué)科。 關(guān)鍵字 ： 射頻識(shí)別，讀卡器，射頻卡，天線 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract RF identification technology is a kind of technology of using RF signal through space coupling in order to noncontact information transmission， and through thetransmission of information to identify. After the rapid development of the 1990s， RF identification technology now has involved many aspects of people39。因此，對(duì)射頻卡及其讀寫設(shè)備內(nèi)核技術(shù)的研究是一件十分有意義的事情。由于射頻卡具有以上無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛地應(yīng)用到公共交通收費(fèi) 、物流 、考勤、安防和一卡通等領(lǐng)域 。從全球的理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 范圍看，美國(guó)已經(jīng)在 RFID 標(biāo)準(zhǔn)的建立、相關(guān)軟硬件技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域走在世界的前列。至今，已經(jīng)擁有了許多系列的智能卡集成電路、讀卡機(jī)集成電路。研制出的SHC1507 非接觸讀寫芯片，符合 IS014443Aamp。 20xx年 2 月，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)宣布成立 ―電子標(biāo)簽 （ RFID ） ‖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)工作組，負(fù)責(zé)起草、指定我國(guó)有關(guān) ―電子標(biāo)簽 ‖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 第三章 提出讀寫器硬件模塊的設(shè)計(jì)，著重介紹了天線匹配網(wǎng)絡(luò)電路、供電電路微控制器電路、核心模塊電路、串行通信電路的設(shè)計(jì)。這些都將大大提高了卡和讀寫器的可靠性與使用壽命。 電磁反向散射耦合 。 對(duì)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(duì)應(yīng)答器與閱讀器之間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密 ； 進(jìn)行應(yīng)答器和讀取器之間的身份驗(yàn)證。射頻識(shí)別標(biāo)簽是射頻識(shí)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(wú)源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽兩種。 每個(gè)扇區(qū)的塊 3 為控制塊，包括了密碼 A、存取控制、密碼 B。其中 125kHz 系統(tǒng)主要應(yīng)用在動(dòng)物識(shí)別和商品流通等領(lǐng)域。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(jìn)入讀卡器的能量場(chǎng)即主動(dòng)發(fā)送自身 ID號(hào)的電子標(biāo)簽被稱為 TTF（ Tag Talk First，即標(biāo)簽先發(fā)言 ） 方式。這在不同的無(wú)線電規(guī)則限制情況下，可以滿足大部分實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的需要。解碼的任務(wù)也就是從基帶編碼的接收信號(hào)中恢復(fù)的原來(lái)的信息，并識(shí)別和標(biāo)識(shí)出傳輸錯(cuò)誤。而且調(diào)制對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂泻艽蟮挠绊?，調(diào)制的方式往往決定了一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。對(duì)13. 56MHz 的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)使用的副載波頻率為 847kHz （ ） 、 424kHz （ 13. 56MHz/32） 或 212kHz（ ） ，已 調(diào)的副載波信號(hào)則用于切換負(fù)載電阻。 在信息碼元中加入監(jiān)督碼元被稱為差錯(cuò)控制編碼或糾錯(cuò)編碼，不同的編碼方法有著不同的檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力。奇校驗(yàn)通常用于同步傳輸。它的缺點(diǎn)在于 ： 當(dāng)某一數(shù)據(jù)分段中的一位或者多位被破壞時(shí)，并且在下一個(gè)數(shù)據(jù)分段中具有相反值的對(duì)應(yīng)位也被破壞，那么這些列的和將不變，因此接收方不可能檢測(cè)到錯(cuò)誤。 循環(huán)冗余碼校驗(yàn)法 （ CRC） 循環(huán)冗余碼校驗(yàn)法由分組線性碼的分支而來(lái)，主要應(yīng)用于二元碼組。若兩個(gè) CRC 校驗(yàn)碼不同，則說(shuō)明通信過(guò)程出現(xiàn)錯(cuò)誤，要求發(fā)送裝置從新發(fā)送數(shù)據(jù)。 防碰撞算法 讀寫 器應(yīng)該能夠順利地完成在讀寫器作用范圍內(nèi)的射頻卡的識(shí)別，數(shù)據(jù)信息的讀寫操作。 多個(gè)射頻卡響應(yīng) :在此時(shí)隙內(nèi)多個(gè)射頻卡發(fā)送，產(chǎn)生沖突。在一個(gè)時(shí)隙中只有一個(gè)射頻卡回答時(shí)，讀寫器可以分辨出射頻卡 。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 第 3章 射頻讀卡器硬件電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中的硬件結(jié)構(gòu)主要可以分為供電電 路、微控制器電路、串行通信電路、RC531 核心模塊電路、天線、時(shí)鐘電路和液晶屏顯示電路等幾個(gè)模塊單元。當(dāng)充電電流大于 20mA 時(shí)，限流電阻（ RS）上的壓降大于 V 基準(zhǔn)電壓，充電電路斷開，不給超級(jí)電容充電。利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在 下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。方便的并行接口可直接連接到任何 8 位微處理器，本設(shè)計(jì)中我們采用的就是并行接口方式。低通濾波器采用 LC 低通濾波器結(jié)構(gòu)， 由電感 L1 和電容 C1 C20（ 采用兩個(gè)電容并聯(lián)主要是為了方便調(diào)試電路的參數(shù) ） 組成。為了穩(wěn)定V MID 的輸出，必須在 VMID 和 GND 之間連接一個(gè)電容 C42 0 接收電路需在 RX 和VMID 之間連接一個(gè)分壓電路。 器件管腳之間的引線越短越好。 在運(yùn)算速度方面， MSP430 系列單片機(jī)能在 8MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 125ns 的指令周期。在MSP430 系列中有兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng) ： 基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán) （ FLL 和 FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)或 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。 適應(yīng)工業(yè)級(jí)運(yùn)行環(huán)境 MSP430 系列器件均為工業(yè)級(jí)的，運(yùn)行環(huán)境溫度為 40～ + 85攝氏度，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合用于工業(yè)環(huán)境下。 P P5 端口設(shè)計(jì)成另一組并行接口，用于對(duì) LCD 的控制。 設(shè)計(jì)中需要注意的地方是 RS232 接口轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)，即 TTL 電平側(cè)的收、發(fā)信號(hào)最好加上拉電阻，可有效防止電源上電瞬間單片機(jī)的 IO 口狀態(tài)不穩(wěn)定導(dǎo)致串口上出現(xiàn)了亂碼。其特性有：片內(nèi)集成兩個(gè)雙向 TVS 管，具有瞬變電壓抑制功能，能防雷電和抗靜電放電沖擊；半雙工；可承受功率高達(dá) 400W 的瞬態(tài)脈沖電壓；可在強(qiáng)噪聲環(huán)境中以 25。該芯片采用單電源供電，外圍電路也僅需接幾個(gè)電容即可完成從 TTL電平到 RS232 電平的轉(zhuǎn)換。 P P2 端口設(shè)計(jì)成通用并行接口，用于對(duì) RC531 的控制。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位 ； 模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器 ； 16 位定時(shí)器 （ Timer_A 和Timer_B） 具有捕獲 /比較功能，大量的捕獲 /比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 PWM 等 ； 有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用 ； 具有較多的 I/O 端口，最多達(dá) 6*8 條 I/O 口線 ； P0、 P P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入 ； 12/14 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用 ； 能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段 ； 實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換 ； 硬件 I2C 串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展 ； 以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用