【正文】 本設計中為兼容考慮能實現較遠的傳輸距離和多機通信的功能，所以設計了 RS458 接口。 串行通信電路設計 本設計中，為了提高系統的可擴展性，提供了三種不同的串行通信接口形式 ： RS23RS485 和 USB 接口。 MSP430 的片內外設極其豐富，集成了兩個串口， USARTO 和 USARTI，正好適合本設計兼容多種串行通信接口形式的設計要求。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關閉，從而實現對總體功耗的控制。當系統處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只用 6μs。 微控制器電路設計 在前面的設計中我們已經提到，本設計兼容考慮了射頻讀卡器的低功耗解決方案，因而對讀卡器的整機功耗有較高的要求。5%） 、C11（ 選取 68nF177。10%的誤差，且材料最好選取 TDKIROJ； 電容并聯后的電容量應選取 136pF， 177。 外圍匹配電路設計 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)定的時鐘頻率對與正常的工作至關重要。 圖 讀卡器供電電路原理圖 . 1 電路分析與計算 超級電容充放電時間和電流的計算。這就對射頻讀卡器的整機功耗和供電電路的設計提出了更高的要求，本設計在供電電路設計上就考慮了這一點，實現了讀卡器的低功耗解決方案。 二進制搜索算法 二進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子集 0 和 1 先查詢子集 0，若沒有沖突，則正確識別射頻卡 ； 若仍有沖突則再分裂，把子集 0 分成 00和 01 兩個子集，依次類推，直到識別出子集 0 中的所有射頻卡，再按步驟查詢子集 。但它的缺點是需要同步時鐘，且射頻卡能夠計算時隙。下面將對這兩種算法及由其發(fā)展起來的算法進行介紹。為了解決信號之間相互干擾的問題，產生了防碰撞技術。從代數的角度可將 M（ x） 看成是一個多項式，即 M（ x） 可被看做系數是 0 或 1 的多項式，一個長度為 m 的數據塊可以看成是 xm?1，到 x0的。字節(jié) 1 用字節(jié) 2 經 XOR 門選通，結果再用字節(jié) 3 經 XOR 門選通，如此等等。偶校驗常用于異步傳輸或低速傳輸。這種方法就是在每個字節(jié)中加上一個奇偶校驗位，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行的負載調制時，數據流的 邊帶將直接圍繞著工作頻率的載波信號 。 射頻識別系統的副載波調制 就射頻識別系統而言，用副載波的調制法主要用在頻率范圍 、 13. 56MHz或 27. 125MHz 的電感耦合系統中，而且是從應答器到閱讀器的數據傳輸。另外對于無源應答器來說，不允許由于信號編碼與調制方法的不適當的組合而導致能量轉化的中斷。 信號編碼系統的作用是使傳輸的信息和它的信號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)送的數據信息變換為適合于信道傳輸特性的頻譜結構。 按電子標簽的供電方式分類 射頻識別系統按電子標簽的供電方式可分為有 源標簽和無源標簽兩類。 UHF 頻段的自動識別系統主要應用在高速公路收費、集裝箱識別和鐵路車輛的識別、跟蹤等業(yè)務中。 塊 0 數據塊 0 扇區(qū) 1 塊 1 數據塊 1 塊 2 數據塊 2 塊 3 數據塊 3 塊 0 數據塊 4 塊 1 數據塊 5 扇區(qū) 2 塊 2 數據塊 6 塊 3 數據塊 7 0 數據塊 60 扇區(qū) 15 1 數據塊 61 2 數據塊 62 3 數據塊 63 圖 扇區(qū)結構圖 Mifare 1卡的讀寫控制 每個扇區(qū)的尾塊 （ 16 字節(jié) ） 包含了該扇區(qū)的兩個密碼信息以及對本扇區(qū)中各塊的讀寫權限信息，是扇區(qū)的控制塊。 天線 （ Antenna） 射頻識別系統中的天線用于產生磁通量，而磁通量用于向無源標簽提供能量并在讀卡 器和標簽之間傳送信息 。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） ，以便將所獲的數據傳輸給另外的系統作進一步的處理或存儲。 高安全性 射頻卡的序列號是唯一的，制造商在產品出廠前將此序列號固化于卡內芯片中，不可再更改，使用時射頻卡與讀寫器要進行三次相互認證，而且通訊過程中所有的數據都加密，卡內各個扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。 理工大學學士學位論文 4 第 2章 射頻識別系統分析 射頻 卡特點 操作快捷便利 由于采用非接觸無線通信，讀寫器對在感應范圍內的卡就可以進行操作，免去了插拔卡過程，所以非常方便用戶使用。 本文的 研究內容及章節(jié)安排 本文針對 PHILIPS 公司的智能射頻卡 MIFARE 1 卡及其卡片讀寫設備核心模塊的內核技術進行了細致深入的研究。適用于公交、地鐵、校園一卡通、公司一卡通等多種不同應用場合的 POS 機。我國很多企業(yè)對 RFID 的認識不夠充分，基礎設施的缺失也為 RFID 在我國的發(fā)展設置了障礙。日本雖然己經提出 UID 標準，但主要得到的是本國廠商的支持，如要成為國際標準還有很長的路要走。另外 RFID 技術是一個嶄新的技術應用領域，它不僅涵蓋了微波技術與電磁學理論，而且包括通信原理及半導體集成電路技術，是一個多學科綜合的新興學科。 關鍵字 ： 射頻識別，讀卡器，射頻卡，天線 理工大學學士學位論文 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，對射頻卡及其讀寫設備內核技術的研究是一件十分有意義的事情。由于射頻卡具有以上無可比擬的優(yōu)點，所以被廣泛地應用到公共交通收費 、物流 、考勤、安防和一卡通等領域 。從全球的理工大學學士學位論文 2 范圍看，美國已經在 RFID 標準的建立、相關軟硬件技術的開發(fā)、應用領域走在世界的前列。至今，已經擁有了許多系列的智能卡集成電路、讀卡機集成電路。研制出的SHC1507 非接觸讀寫芯片，符合 IS014443Aamp。 20xx年 2 月，我國國家標準化管理委員會宣布成立 ―電子標簽 （ RFID ） ‖國家標準工作組，負責起草、指定我國有關 ―電子標簽 ‖的國家標準。 第三章 提出讀寫器硬件模塊的設計，著重介紹了天線匹配網絡電路、供電電路微控制器電路、核心模塊電路、串行通信電路的設計。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 。 對于復雜的系統還有下列附加的功能 ： 執(zhí)行反碰撞算法 ； 對應答器與閱讀器之間要傳送的數據進行加密和解密 ； 進行應答器和讀取器之間的身份驗證。射頻識別標簽是射頻識別系統真正的數據載體，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簽和有源標簽兩種。 每個扇區(qū)的塊 3 為控制塊，包括了密碼 A、存取控制、密碼 B。其中 125kHz 系統主要應用在動物識別和商品流通等領域。這類只有接收到讀卡器特殊命令才發(fā)送數據的電子標簽被稱為 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 ID號的電子標簽被稱為 TTF（ Tag Talk First，即標簽先發(fā)言 ） 方式。這在不同的無線電規(guī)則限制情況下，可以滿足大部分實際應用系統的需要。解碼的任務也就是從基帶編碼的接收信號中恢復的原來的信息，并識別和標識出傳輸錯誤。而且調制對系統的傳輸有效性和傳輸的可靠性有很大的影響，調制的方式往往決定了一個通信系統的性能。對13. 56MHz 的系統來說，大多數使用的副載波頻率為 847kHz （ ） 、 424kHz （ 13. 56MHz/32） 或 212kHz（ ） ，已 調的副載波信號則用于切換負載電阻。 在信息碼元中加入監(jiān)督碼元被稱為差錯控制編碼或糾錯編碼，不同的編碼方法有著不同的檢錯或糾錯能力。奇校驗通常用于同步傳輸。它的缺點在于 ： 當某一數據分段中的一位或者多位被破壞時，并且在下一個數據分段中具有相反值的對應位也被破壞，那么這些列的和將不變，因此接收方不可能檢測到錯誤。 循環(huán)冗余碼校驗法 （ CRC） 循環(huán)冗余碼校驗法由分組線性碼的分支而來，主要應用于二元碼組。若兩個 CRC 校驗碼不同，則說明通信過程出現錯誤，要求發(fā)送裝置從新發(fā)送數據。 防碰撞算法 讀寫 器應該能夠順利地完成在讀寫器作用范圍內的射頻卡的識別，數據信息的讀寫操作。 多個射頻卡響應 :在此時隙內多個射頻卡發(fā)送，產生沖突。在一個時隙中只有一個射頻卡回答時，讀寫器可以分辨出射頻卡 。 理工大學學士學位論文 15 第 3章 射頻讀卡器硬件電路設計 本設計中的硬件結構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、時鐘電路和液晶屏顯示電路等幾個模塊單元。當充電電流大于 20mA 時，限流電阻（ RS）上的壓降大于 V 基準電壓，充電電路斷開，不給超級電容充電。利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。方便的并行接口可直接連接到任何 8 位微處理器，本設計中我們采用的就是并行接口方式。低通濾波器采用 LC 低通濾波器結構， 由電感 L1 和電容 C1 C20（ 采用兩個電容并聯主要是為了方便調試電路的參數 ） 組成。為了穩(wěn)定V MID 的輸出，必須在 VMID 和 GND 之間連接一個電容 C42 0 接收電路需在 RX 和VMID 之間連接一個分壓電路。 器件管腳之間的引線越短越好。 在運算速度方面， MSP430 系列單片機能在 8MHz 晶體的驅動下，實現 125ns 的指令周期。在MSP430 系列中有兩個不同的系統時鐘系統 ： 基本時鐘系統和鎖頻環(huán) （ FLL 和 FLL+）時鐘系統或 DCO 數字振蕩器時鐘系統。 適應工業(yè)級運行環(huán)境 MSP430 系列器件均為工業(yè)級的，運行環(huán)境溫度為 40～ + 85攝氏度，所設計的產品適合用于工業(yè)環(huán)境下。 P P5 端口設計成另一組并行接口，用于對 LCD 的控制。 設計中需要注意的地方是 RS232 接口轉換的輸入信號，即 TTL 電平側的收、發(fā)信號最好加上拉電阻，可有效防止電源上電瞬間單片機的 IO 口狀態(tài)不穩(wěn)定導致串口上出現了亂碼。其特性有：片內集成兩個雙向 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 400W 的瞬態(tài)脈沖電壓；可在強噪聲環(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電容即可完成從 TTL電平到 RS232 電平的轉換。 P P2 端口設計成通用并行接口，用于對 RC531 的控制。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復位 ； 模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設計出 A/D 轉換器 ； 16 位定時器 （ Timer_A 和Timer_B） 具有捕獲 /比較功能，大量的捕獲 /比較寄存器，可用于事件計數、時序發(fā)生、理工大學學士學位論文 21 PWM 等 ； 有的器件更具有可實現異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現多機通信等應用 ； 具有較多的 I/O 端口，最多達 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 轉換器有較高的轉換速率，最高可達 200kbps，能夠滿足大多數數據采集應用 ； 能直接驅動液晶多達 160 段 ； 實現兩路的 12 位 D/A 轉換 ； 硬件 I2C 串行總線接口實現存儲器串行擴展 ； 以及為了增加數據傳輸速度，而采用