【正文】 ＯＬＡＤＤＲｌｌＬＡＤＤＲｌ３ＬＡＤＤＲｌ４Ｄ∞Ｄ０７Ｄ０８Ｄ０９ＥＸ２ＩＯＤｏｌｌＤＯｌ２童｝Ｌ㈣ＤＡ。ＴＡ慧＇ｊＬＤＡＴＡ７ＬＡＤＤＲ８ＬＡｒ）ＤＲ９ＬＡＤＤＲＩＯ３３：７３４３５”３６‘２０２１１一＿翟ＬＤＡＴＡｇ■弭ＬＤＡＴＡ９■耳５ＬＤＡＴＡｌ０ＤＱ７ＤＱ摹Ｉ）Ｑ０ＤＱｔ０ＤＯｌｌＯＱｔ２Ｄｏｌ３ＤＯｌ４ＤＱｌ５１０鼉ｌ鼉ｊ‘，２ＬＤＡＴ．柚．１ＬＤＡＴＡ２２ＬＤＡＬ＇ｋ２３ＬＡＤＤＲｌＩＬＡＤＤＲｌ二∞＾１０＾１１＾１２Ｂ＾Ｏ８ＡＩＵ）ＯＭ啊ＬＤＡＴＡ２５鼉５、≮７ＬＤＡｉ．＇Ｙ２６ＬＤＡＴＡ２４Ｌ＾ＤＤＩ己１２二２二、７ｌＨＡＤＤＲ拼ＬＡＤＤ．－．Ｌ２５Ｌｎ飄同∞Ｌｎ礬１迂ｌＤＱｌ３Ｄ０１４ＤＱｌ５１８ｊ０了１、羔３．１９’１８ＬＤＡＴＡｌｌＬＤＡＴＭ２ＬＤＡＴＡｌ３ＬＤＡＴＡｌ４ＬＤＡＴＡｌ５ＬＡＤＤＲｌ３ＬＡＤＤＲｌ４ＬＡＤＤＲ２聿ＬＡＤＤＲ２５３５１３６７２０—２ｌ■１５．，９７ＬＤＡＴＡｌ７ＬＤＡＴＡ：ｓＬＤＡＴＡ２９‘＇８羔ｏ葛．１９—１７’１６ｌ｝ＤＡＴＤＡＴ越Ａ３｝ＬｎＧＣＳ６ＬｎＳＲＡＳ１５．３９’Ｕ）ＱＭ切）０Ｍ黼ａＳＲ．Ｊ，Ｓ碰；ＣＡＳＬ州磷６ＬａＳＲＡｓＬ口珥磁ＬｎＶ囝Ｅ３ＬＳＣＫＥＬＳＣＬＫｌ潞ｎＳＣＡＳ１１８．１７１１６１１４玎３ＬｎＳＣＡＳＬｎ疆Ｅ３７．３３二ｒ２Ｓ４１５４日）ＱⅪ蟠ＲＡＳ１．Ｓａ忑ＬＳＣＬＸｏ３７一３Ｓ：一ＳＣ，正ｎＷＥＳＣ墟ＶＳＳＯＶＳＳｔＶＳｓ２２８４ｔ５４Ｖ唧Ｖ∞ｌＶ砒ＶＤＩ）ＱＯＳ啦Ｓ皿ＶＳＳＯＶＳＳｌ砸ＬｎＳＣＡＳＬｎ驍?。帜郏觯螅樱眩铮郑樱樱眩欤郑樱樱眩玻觯螅樱眩常郑模模希郑模模欤郑模模玻保矗玻罚常梗矗常矗梗叮保保矗叮觯樱樱眩希郑樱樱眩欤郑樱樱?，ＶⅨ）ＱＩＶⅨ砼９切，Ｄ＿，Ｖ６ｉ２４６ＶＩ】ＤＱ０４３４９ｊ２ＶＳＳＱ２ⅥＤＱ３？ＷＤＱＩⅥ沁３，Ｖ５２Ｖ唧ＶＤＤＱ２？圖４－３ＳＤＲＡＭ的電路連接由于ＳＤＲＡＭ單個(gè)地址的儲(chǔ)存空間是１６ｂｉｔ，而ＡＲＭ是３２位的處理器，所以需要兩塊ＳＤＲＡＭ用來分別儲(chǔ)存一個(gè)３２ｂｉｔ數(shù)據(jù)的高１６位和低１６位，ＡＲＭ內(nèi)置的外部存儲(chǔ)器控制器完成ＳＤＲＡＭ控制和芯片選擇邏輯。ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ采用非標(biāo)準(zhǔn)總線形式的地址和數(shù)據(jù)傳輸方式，對(duì)其進(jìn)行尋址和數(shù)據(jù)讀寫都需要專門的ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ控制器來完成，電路連接如圖４—４所示：２９電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文ＶＤＤ３３ＶＵ３０＿３ＷｐＷＥＡＬＥｃＬＥ１９王ｇ１７１６Ｒ３０１餓埝ＡＬＥｃＬＥ＿一１３１２９懈ＣＥＶ醛＿一８７越：征ｎＦＲＥ瑚賊磁腳強(qiáng)馓科賜詈研捌嘞ＲＥ舡Ｂ圖４－４ＮＡＮ］）ＦＬＡＳＨ的電路連接４．２ＲＦｌＤ模擬前端模塊閱讀器最基本的功能＿ＲＦＩＤ標(biāo)簽的讀寫，本節(jié)介紹ＲＦＩＤ模擬前端模塊的設(shè)計(jì)。４．２．１在設(shè)計(jì)完成ＡＲＭ微處理器和存儲(chǔ)器構(gòu)成的核心模塊之后，首先需要實(shí)現(xiàn)ＲＦＩＤＥＭ４０９５介紹ＥＭ４０９５是ＥＭＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ公司開發(fā)的一款ＣＭＯＳ集成的應(yīng)用于１００ｋＨｚ－－－，１５０ｋＦＩｚ頻率的ＲＦＩＤ系統(tǒng)的收發(fā)前端芯片，其工作電壓為５Ｖ，主要完成的工作是：１．載波頻率的天線驅(qū)動(dòng)；２．對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行ＡＭ調(diào)制；３．解調(diào)天線上感應(yīng)到的ＡＭ調(diào)制信號(hào)。ＥＭ４０９５的基本應(yīng)用電路如圖４－５所示：第四章硬件電路設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)代碼的編寫和調(diào)試圖４－５ＥＭ４０９５基本電路圖中所示的厶即是所搭配使用的讀寫天線，它與Ｃｅ．ｅｓ、ＣＤｙ－和ＣＤｖ２三處電容共同構(gòu)成諧振回路。而ＲＤＹ／ＣＬＫ、ＳＨＤ、ＤＥＭＯＤＯＵＴ和ＭＯＤ四個(gè)信號(hào)是和微處理器連接的數(shù)據(jù)傳輸和控制信號(hào)。要利用ＥＭ４０９５實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，必須經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：根據(jù)應(yīng)用的特點(diǎn)設(shè)計(jì)合適的讀寫天線，然后按照天線的參數(shù)調(diào)整諧振電路來匹配標(biāo)簽的頻率，最后利用ＡＲＭ對(duì)ＥＭ４０９５進(jìn)行控制并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。４．２．２天線設(shè)計(jì)４．２．２．１天線和其諧振電路的參數(shù)設(shè)計(jì)由于所設(shè)計(jì)的ＲＦＩＤ系統(tǒng)為低頻系統(tǒng)，發(fā)生在讀寫器和標(biāo)簽之間的耦合方式為電感耦合，所以對(duì)其讀寫天線來說，最重要的參數(shù)是頻率、電感量、電阻值和天線Ｑ值。對(duì)于ＥＭ４０９５，我們這里設(shè)定其工作頻率在１２５ｋＨｚ。則對(duì)應(yīng)的天線的電感、電阻、Ｑ值和諧振頻率的關(guān)系由公式（４．１）、（４．２）和（４—３）給出：ｆ０＝－麗１３１（４—１）電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文月■胛＝?，２ｎ＂ｆｏＬＡ』－，偽（４－２）Ｃｏ＝Ｃｒｉｅｓ．。．Ｃ．．．．．Ｄ．．Ｖ．．．１．．’．ｇ．．Ｃ．．．．Ｄ．．．ｖ．—２．ＣＤＶＩ－｛－ＣＤｖ２（４．３）其中電感量由天線本身決定，調(diào)整其諧振電路中的電容的值可以匹配其諧振頻率在１２５ｋＨｚ。例如，本閱讀器使用天線設(shè)計(jì)的電感量為１４０１１Ｈ，頻率定在１２５ｋＨｚ，通過公式（４—１）可計(jì)算得到ｃｏ的值為１１．５８ｎＦ。Ｃｏｙｉ和ｃＤｖｚ關(guān)系到ＡＭ調(diào)制中當(dāng)線圈上ＡＭ信號(hào)峰峰值一定時(shí)，ＤＥＭＯＤＩＮ引腳上的ＡＣ信號(hào)的峰峰值。需要根據(jù)公式（４．４）調(diào)整這個(gè)值在ＶＳＳ＋０．５和ＶＤＤ．０．５之間，同時(shí)為了獲得高的靈敏度，所以在ＶＤＤ為５Ｖ的情況下，ＣＤＶＩ和ＣＤ＇ｖ２的電容值的比一般在ｌ：１０。ＶｏＭｏｏ—ＩＮｐｐ２‰矗憊（４－４）這樣，定下Ｃｏｖｌ和Ｃｏｙ２后，再調(diào)整％來滿足對(duì)ｃｏ的要求即可。我們選定ＣＤｖ，為１００ｐＦ而ＣＤｖ２為ｌｎＦ，代入到公式（４．３）中可以算得Ｃｕｓ的值為１１．５ｎＦ。電路設(shè)計(jì)上可以采用并聯(lián)的方式束獲得合適的Ｃｒｉｅｓ的值。而對(duì)于天線的電阻值，除了線圈本身的電阻外，可以通過串聯(lián)入電阻的方式來調(diào)整。４．２．２．２天線的選擇Ｓｎ￥，Ｊ作可供選擇的天線類型有兩種：直接使用銅線繞制或者印制在ＰＣＢ板上。１．外置式繞制的天線用銅線來繞制天線線圈時(shí)，其電感量由公式（４．５）計(jì)算得出：Ｌ爿：ＮａｕｏＲｌｎ（罌）ｄ（４．５）Ｎ為天線線圈的匝數(shù)；ＵＯ為磁導(dǎo)率，Ｒ為天線線圈的等效半徑；ｄ為漆包線的直徑。例如：５０ｍｍＸ４０ｍｍ的矩形線圈，繞制４２匝，即可得到電感量為１４０ｕ的天線。２．ＰＣＢ環(huán)形天線Ｈ線圈的繞制足螺旋形的方式，根據(jù)對(duì)電感量的要求和線圈的面積，來確定電第四章硬件電路設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)代碼的編寫和調(diào)試路板的層數(shù)，并在各層上以保持使每層中電流方向相同為前提來制作線圈，如圖４—６所示：圖４－６ＰＣＢ環(huán)形天線不意圖其電感計(jì)算公式為：Ｚ一＝————————１＝＝＝＝，９ｕｏＮ２ＤＩＤ２１ＩＤｌ—７√ＤＩＤ２（４．６）其中Ｄ，和Ｄｚ分別為線圈的內(nèi)徑和外徑，Ｎ為電路板各層上的線圈總匝數(shù)。本設(shè)計(jì)中，全部使用ＰＣＢ環(huán)形天線，其優(yōu)點(diǎn)在于：１．集成制作在ＰＣＢ板上，無需占用額外的空間，適合小型化的便攜設(shè)備；２．無需獨(dú)立安裝固定，方便產(chǎn)品外殼模具的設(shè)計(jì)；３．節(jié)約了銅線的成本；４．使用效果和銅線繞制的天線幾乎沒有區(qū)別。４．２．３ＥＭ４０９５的電路連接和驅(qū)動(dòng)４．２．３．１ＥＭ４０９５的電路連接本設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用的ＥＭ４０９５電路連接如圖４．７所示：３３電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖４．７ＲＦＩＤ模擬前端模塊電路連接從圖中可以看到，本設(shè)計(jì)中并存了兩塊讀寫天線，由于兩塊天線自身的電感量和電阻值很難保證完全一致，因此需要分別為其匹配諧振參數(shù)。圖中的開關(guān)Ｓ－ＡＴ的作用就是在切換兩塊天線的同時(shí)切換其對(duì)應(yīng)的諧振回路。之所以用到兩塊天線，是基于用戶對(duì)固定使用和手持使用兩種情況下的不同要求。每個(gè)諧振回路中，ＣＲＥＳ的值都通過三個(gè)并聯(lián)的電容來調(diào)整。ＥＭ４０９５與ＡＲＭ連接的信號(hào)有四個(gè)引腳，用于數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的傳輸以及系統(tǒng)對(duì)ＥＭ４０９５的驅(qū)動(dòng)和控制：１．ＤＥＭＯＤ—Ｏ：輸出信號(hào)，為ＥＭ４０９５感應(yīng)到線圈上的ＡＭ信號(hào)后經(jīng)過解調(diào)后得到的曼徹斯特編碼信號(hào)，將之接收并解碼校驗(yàn)后可得到所讀出的標(biāo)簽的值。２．ＲＤＹ／ＣＩ，Ｋ：第四章硬件電路設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)代碼的編寫和調(diào)試時(shí)鐘信號(hào)，為ＥＭ４０９５從天線線圈上提取出的經(jīng)過諧振后的時(shí)鐘頻率，范圍應(yīng)在１００ｋＨｚ－１５０ｋＨｚ，而本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)此頻率在１２５ｋＨｚ左右。３．ＳＨＤ：休眠控制信號(hào)，當(dāng)為這個(gè)腳輸入高電平時(shí)，ＥＭ４０９５將被強(qiáng)制進(jìn)入休眠狀態(tài)，天線線圈上沒有電流，目的是保護(hù)芯片和節(jié)省能源。４．ＭＯＤ：讀／寫模式控制信號(hào)，當(dāng)切換讀寫操作時(shí)要通過改變這個(gè)引腳上的電平來實(shí)現(xiàn)。另外，ＥＭ４０９５在收發(fā)天線數(shù)據(jù)時(shí)，工作電流比較大，對(duì)電源輸入的穩(wěn)定性有較高的要求，在電源輸入部分加入可靠的電源濾波網(wǎng)絡(luò)是很有必要的。４．２．３．２ＥＭ４０９５的控制和驅(qū)動(dòng)很明顯，ＥＭ４０９５與ＡＲＭ的連接方式不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的控制和通信接口，無法利用ＡＲＭ任何現(xiàn)成的控制和接口單元對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制：ＭＯＤ引腳的控制相對(duì)比較簡(jiǎn)單，利用ＡＲＭ的一條ＩＯ線輸出對(duì)其電平進(jìn)行控制就可以實(shí)現(xiàn)模式的切換。ＳＨＤ引腳的控制是同一原理，但由于其控制的內(nèi)容為ＥＭ４０９５的線圈加電，對(duì)功耗和芯片壽命有很大的影響，因此本設(shè)計(jì)中采用如下方式：為了節(jié)能和保護(hù)電路，即使是預(yù)備要讀寫操作時(shí)也不能持續(xù)的給線圈加電，而是周期性的拉低ＳＨＤ的電平，只要低電平的一個(gè)持續(xù)周期足夠一次讀寫操作的完成即可。實(shí)際中用到的加電控制信號(hào)為：以５００ｍｓ為周期，每個(gè)周期里，線圈處于加電狀態(tài)的時(shí)間為１５０ｍｓ。在微處理器中可以使用定時(shí)器配合ＩＯ口的輸出電平變化來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。ＣＬＫ引腳上的時(shí)鐘信號(hào)將會(huì)用于對(duì)ＤＥＭＯＤＯ上的Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼波形的采集和解碼，因此需要用一個(gè)ＡＲＭ的外部時(shí)鐘輸入引腳對(duì)其進(jìn)行接收。一次完整的對(duì)標(biāo)簽的操作分為以下幾個(gè)步驟：１．開啟周期性設(shè)置ＳＨＤ引腳的信號(hào)，給ＥＭ４０９５加電；２．置ＭＯＤ引腳；３．此時(shí)若有標(biāo)簽進(jìn)入讀取區(qū)域，則ＥＭ５０９５將接收來自標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息并在ＤＥＭＯＤＯ端口輸出數(shù)據(jù)的Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼。４．ＡＲＭ利用來自ＣＬＫ的時(shí)鐘，通過中斷模式接收這個(gè)Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼的波形，然后解碼校驗(yàn)，得到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息。５．置高ＳＨＤ信號(hào)，ＥＭ４０９５停止工作。下面詳細(xì)介紹Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼波形的采集接收和解碼：３５電子科技大學(xué)碩Ｉ．學(xué)位論文Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼方式如圖４－８所示凹４－８Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼方式Ｈ｛小波器接收到的ＥＭ４０９５產(chǎn)生的一段Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼的波形如圖４－９所示Ｈ４－９實(shí)際接收的Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼波形一４以明顯看到，此波形由兩種寬度的脈沖構(gòu)成，因此，要接收和融錄這些波形，就足記錄這些脈沖的極性和寬度。丈際的做法是依次記錄每一個(gè)電平跳變沿（上升和下降）發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)，將這些時(shí)間點(diǎn)逐個(gè)棚減就ｒ口以得到每個(gè)脈沖的寬度，再山此來還原波形。采集波彤的算法流碰如圖４－１０所?。旱谒恼掠布娐吩O(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)代碼的編寫和調(diào)試圖４－１０Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼波形采集流程圖圖中所示對(duì)采集個(gè)數(shù)是否足夠的判斷與完整標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息的長(zhǎng)度有關(guān)，由于本設(shè)計(jì)中閱讀器所讀取的標(biāo)簽其一段完整的包括數(shù)據(jù)頭和校驗(yàn)尾的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為６４比特，而Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼的一位數(shù)據(jù)最多為２個(gè)脈沖寬度，因此本調(diào)試程序設(shè)計(jì)為一次采集２５５個(gè)脈沖寬度的信息，足夠獲取完整的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。ＡＤＳ環(huán)境下查看所接收到的脈沖寬度的信息如圖４—１１所示：３７０］一２［電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文＾捌９２０Ｔ一■●ｔｃｈＴａｂ１２６８Ｔａｂ２ＩＴ．ｈ３ｌｔ“‘ＩＰ、２６９２７０２７工ｒＧＰＧＣＯＮ＝ｒＧＰＧＣＯＮｌ（０ｘ０３＜＜２２）；ｒＴＣＦＧＩ＝（Ｓ（（８）‘（－ＯｘＯＦＩＩＯｘ０１；ｒＴＣＦＧ０－２５０：ｒＴＣｌ諍Ｂ０－０ｘ００００ｊ可６；ｃｈ；Ｖａ工ｕｅ日Ｈｔ一【】一【ｌ】０Ｘ００３３縫ｊ．２７２２７３２７４２７５２７６２７７‘ＴＣ礬巾０一１７５００；ｒＴＣＩｆＰＢ２?０ｘ００００；ｒＴＣＮ＇ＴＢ２＝２００００；５Ｙｍ—Ｃｉｔ－ｌ；Ｏｘ００３Ｂ１２】０ｘ００４２一［３】Ｏｘ００３ＤｒＴＣＯⅡｔＣ１＜＜１３ＩＩ（工‘．ｃ１Ｉ；ｒＴＣＯＮ＝Ｃ１＜＜１Ｚ）Ｉ‘１＜＜１５ＩＩ一【４】０ｘ００２２～【５】０ｘ００１Ｄ—ｆ６】～［７】Ｏｘ００４０Ｏｘ００４０２７８２７９Ｚ８０２８１２８２Ｉ盯ｉｎｉｃＣＪ；ＣＫ‘ＯＩＩ‘１《ｃ３＇；ＩＲＯＥｎａｂｌｅＩｌ；Ｄｅｌａｙ，Ｓ（３００）；ｒＧＰＧＤＡＴ＝ｒＧＰＧＤＡＴ＆Ｉ—１０ｘ０３＜＜？｝＇ＩＩＯｘＯｌ＿。‘７，；一【８】０ｘ００２２－－［９】ＯＸＯＯＩＤｔ工冊(cè)ＩＳＲ－一Ｏｘ０００００Ｄ００；ＩＲＯＤｉｓａｂｌｅ‘Ｉ；ｒＴＣＯＷ－０：２８３２８４２８５ｒＥ工玎Ｔ姒ＳＫ?一０Ｘ００００００００；ｌｒｅｔｕｒｎ｛０Ｉ；工?ｄｅｃｏｄｅ168。ｊ一【１０】０ｘ００２１一Ｃ１ｌ】０ｘ００１Ｅ－－［１２】０ｘ００３Ｅ一【１３］－－［ｉ４］Ｏｘ００ＺｌＯｘ００１ＺＺ８６２８７２８８２８９２９０２９１量￡（ｋ－－ｚ）ｅＩｓｅｉＣＣ工－－Ｏ，ｒｅＣｕｃｎＣ０ｌ；ｅｌＢｅｄ＾ｃ＾３ｈｏｕＣｌ；一【１５】０ｘ００３Ｅ一【１６】０ｘ００４０一【１７】一ｒｌｅｌＯｘ００３Ｅ。．＿’￡（?。伲粒桑桑海睿霉ぁ?；２９２０ｘ００２１邕１２９３２９４圖禾１１ＡＤＳ環(huán)境采集的Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ編碼波形信息圖中左方顯示的數(shù)組ｂｕｆｆ即是脈沖寬度的存放位置。對(duì)于這些脈沖寬度，我們并不關(guān)心具體的寬度數(shù)值，只需要知道每一個(gè)脈沖是否為有效寬度的脈沖以及是寬脈沖還是窄脈沖即可。因此