【正文】 nchester碼型，電子標簽編碼器輸出信號、EM4095解調(diào)輸出信號的波形見圖413。在經(jīng)過調(diào)試并正確通過的硬件電路上才能進行下一步的開發(fā)，否則后續(xù)的返工對系統(tǒng)的開發(fā)將帶來困難和時間浪費。不管應(yīng)答器是否接近閱讀器，RDY/CLK始終在上電后會有時鐘輸出，否則表明它根本沒有開始工作。下面以低頻閱讀器電路板為例簡要說明關(guān)鍵部份的調(diào)試。如果觀察到有正常的波形輸出，那么一般可以肯定這個單元電路工作已經(jīng)正常了。這些都測試無誤之后，可以上電測試。焊接時也要為后面的調(diào)試做準備，一般來說應(yīng)該首先焊接電源電路，經(jīng)測試保證電源電路供電無誤之后，可以以電路中的單元電路為單位，一個個的焊接，并分別調(diào)試，這樣可以縮小調(diào)試時遇到問題的故障原因范圍。同時對照原理圖和版圖檢查電路板的連線是否有誤。基本上說，在排除原理設(shè)計錯誤的可能性之后，一塊制作完成的電路板送到手中，首先應(yīng)使用萬用表檢查電源與地是否短路，之后可檢查PCB板的做工，重點檢查一些直徑較小的過孔，間距較小的焊盤以及走線細密的地方。電路調(diào)試的工具一般有萬用表，示波器，有時還需要依賴放大鏡，顯微鏡等工具，此外對于數(shù)字電路利用調(diào)試程序也可以判定一些電路錯誤。而硬件電路的調(diào)試，就是在一定的方法指導(dǎo)下，利用一定的電路調(diào)試工具，通過觀察測量電路的某些特征表現(xiàn)來判定硬件電路是否正常工作。 硬件電路的焊接與調(diào)試對于硬件電路的設(shè)計來說，即使是電路的原理設(shè)計完全正確，也不能保證電路板制作出來之后焊接上器件就可以立刻正常工作。例如當識別到有人刷卡時，二極管亮。圖410電平轉(zhuǎn)換芯片硬件連接原理圖 顯示模塊顯示模塊采用1602顯示屏，顯示卡號以及卡內(nèi)信息，由單片機控制。計算機使用的是RS232電平標準，在設(shè)計中采用了電平轉(zhuǎn)換專用芯片MAX3232，、低功耗、1Mbps、真RS一232收發(fā)器，用于TIL/CMOS一RS一232和RS232一TIL/CMOS轉(zhuǎn)換，此處只是發(fā)送數(shù)據(jù)故只占用其中一組發(fā)送接收通訊口。圖中加入了幾個跳線柱，方便后續(xù)軟件設(shè)計的方案選擇與調(diào)試。RDY/CLK是4095的時鐘信號線，速率125K。EM4095的可配置成只讀，讀/寫型，接地或者軟件清零即可配置成只讀型?？赏ㄟ^MAX232進行電平轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)與上位機的通信。,EM4095輸出的參考時鐘信號接RDY/CLK端接T0,用作解碼的同步時鐘。圖47 EM4095的設(shè)計與實現(xiàn)原理圖 主控模塊微控制器負責啟動EM4095并接受由EM4095解調(diào)的編碼數(shù)據(jù)。DE_MOD_IN端輸入的AM信號在VCO輸出信號的同步控制下被采樣，采樣輸出信號由端腳CDEC外接的電容隔直和帶通濾波采樣（消除輸出的載頻成分，高頻和低頻噪聲）后，經(jīng)異步比較得到對應(yīng)的數(shù)字信號。天線線圈接收的信號通過耦合電容輸入DEMODOUT端，該信號與天線驅(qū)動器的輸入信號由相位比較器進行相位比較，形成與相位差對應(yīng)的電壓，作為壓控振蕩器的控制信號，最終實現(xiàn)對天線發(fā)射信號頻率的鎖定。鎖相環(huán)PLL、天線驅(qū)動器、調(diào)制器組成射頻信號發(fā)射模塊。RDY/CLK端輸出低電平；SHD有高電平變?yōu)榈碗娖胶?，?jīng)過約35ms，RDY/CLK端輸出同步時鐘信號，該參考時鐘信號的出現(xiàn)表示發(fā)射模塊和接收模塊已經(jīng)啟動。RDY/CLK端向微控制器提供芯片內(nèi)部的狀態(tài)以及與發(fā)射信號同步的參考時鐘。SHD=1時，為睡眠模式。芯片工作受輸入信號SHD和MOD控制。EM4095功能原理見圖45。 射頻接口電路設(shè)計與實現(xiàn)圖45 EM4095原理圖資料上的典型應(yīng)用原理圖：圖 46 EM4095典型應(yīng)用原理圖射頻接口電路實現(xiàn)啟動電子標簽和信號解調(diào)。單片機與收發(fā)芯片交互配合對數(shù)據(jù)時鐘流進行存儲與解碼操作，通過對單片機不同管腳的連接與設(shè)定進行控制管理。并且還可以將讀到的卡號送到計算機上，進行相應(yīng)的處理，例如顯示等。圖42 系統(tǒng)原理框圖AT89C51讀卡模塊顯示模塊卡內(nèi)信息處理模塊PC機通信模塊報警模塊主控模塊天線模塊圖43 系統(tǒng)模塊圖該系統(tǒng)主要模塊有：讀卡模塊、PC機通信模塊、卡內(nèi)信息處理模塊、天線模塊、報警模塊以及顯示模塊等。由于天線導(dǎo)線和天線的幾何尺寸比所產(chǎn)生的電流波長小若干個數(shù)量級，因此可視信號為穩(wěn)態(tài)信號來處理，忽略波特性，在電路技術(shù)上無需經(jīng)過特殊的連接處理。設(shè)計目的就是使天線線圈的電流i最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量護，功率得到匹配，可以最大程度利用磁通量的可用能量。在系統(tǒng)整體設(shè)計中主要考慮兩個方面:一是系統(tǒng)天線線圈如何設(shè)計及連接，二是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)盡量簡單，功耗小，成本低下。高頻接口與控制模塊一起作用完成對數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)與編解碼功能，這部分任務(wù)主要由模擬芯片與MCU來承擔。2)調(diào)制發(fā)射信號，將數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)答器(對于只讀型的閱讀器這部分功能待選)。讀卡器芯片選擇EM4095,電子標簽選擇EM4100，可以通過EM4095來讀取EM4100卡內(nèi)的信息。再接上串口，可以與PC機進行通信。終端硬件系統(tǒng)實現(xiàn)前2項功能，第3項功能有識讀終端軟件系統(tǒng)實現(xiàn)。信號頻率應(yīng)等于電子標簽接受回路諧振頻率，信號有足夠的強度，以啟動電子標簽工作并滿足對距離的要求。另外，也通過對各種芯片的特性進行比較，來為系統(tǒng)設(shè)計方案的確定作準備。 前期工作在方案確定之前，我們閱讀了大量有關(guān)RFID技術(shù)和EM4095芯片的論文和資料，這些著作大部分都來自于一些射頻識別領(lǐng)域的專家和學者。從而系統(tǒng)的了解了本次畢業(yè)設(shè)計所需要的軟硬件。所以，本次畢業(yè)設(shè)計的上位機程序非常設(shè)和選用VB語言。Visual Basic 是一種面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言，用戶只要建立能完成各種功能的多個對象，并把這些對象組合起來，然后建立與這些對象相關(guān)聯(lián)的事件過程，就可創(chuàng)建出具體的應(yīng)用程序。Visual Basic把這些控件封裝好了，用戶可以非常方便地用編寫程序。Visual的意思是“可視的”，即直觀的編程方法。Visual Basic 。Visual Basic 語言是Windows的編程語言之一，專業(yè)編程人員可以方便、高效地用其編寫Windows應(yīng)用程序。應(yīng)用程序的變化可以用μVision3邏輯分析器顯示,可以看到微處理器pin碼的變化狀態(tài)和外設(shè)隨著程序變化的狀況。它還包括了一個配置向?qū)Чδ?加速了啟動代碼和配置文件的生成。這兩款產(chǎn)品將共同帶給開發(fā)者豐富的功能特點,并提供一個為廣泛的8051微處理器類型而優(yōu)化的綜合開發(fā)環(huán)境。使其深受國內(nèi)嵌入式開發(fā)工程師的喜愛。 　　Keil ULINK的軟件環(huán)境為Keil uVision 3。 Keil軟件公司的產(chǎn)品包括C編譯器、宏匯編器、實時內(nèi)核、調(diào)試器、模擬器、集成開發(fā)環(huán)境以及80525ARM7/ARM9/CortexM3和XC16x/C16x/ST10系列微控制器仿真開發(fā)裝置。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置指令8：DDRAM地址設(shè)置指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。（說明：1為高電平、0為低電平） 圖38 指令表指令1：清顯示，指令碼01H,光標復(fù)位到地址00H位置指令2 光標復(fù)位，光標返回到地址00H 指令3：光標和顯示模式設(shè)置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。圖 35 EM4100內(nèi)部數(shù)據(jù)格式 EM4095讀取EM4100波形圖EM4095讀取EM4100波形圖:圖36 EM4095讀取EM4100波形圖 1602液晶顯示屏1602采用標準的16腳接口圖 37 1602外形圖其中: 第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 EM4100內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)格式：射頻卡的資料，決定了從應(yīng)答器發(fā)送出來的數(shù)據(jù)格式，實驗所用應(yīng)答器是EM4100這一款型的，根據(jù)資料顯示:射頻卡內(nèi)數(shù)據(jù)格式如下，有64位比特，前九位為高位表明起始位，最后一位為停止位，8位信息位，標識客戶ID或者版本號，下排的32位屬于數(shù)據(jù)位，每行的最后一位是檢驗位。這就是所謂的負載調(diào)制。代碼經(jīng)編碼后控制調(diào)制解調(diào)器中的電源開關(guān)，實現(xiàn)對f=125KHz載波進行調(diào)幅。在時鐘提取電路從線圈感應(yīng)信號提取的主時鐘作用下，序列發(fā)生器發(fā)出存儲器尋址、數(shù)據(jù)串行輸出控制、數(shù)據(jù)編碼控制等信號。該諧振電路的輸出電壓值取決于Q值、交變磁場強度及頻率。在其他因素不變時，若識讀終端發(fā)射的信號頻率與該諧振電路的諧振頻率相等，則輸出電壓最大；偏離諧振頻率時，電壓將快速減小。其中，L1為識讀器發(fā)射天線電感，L2為電子標簽線圈電感，R2為電子標簽線圈的內(nèi)阻，RL為電子標簽諧振回路的等效負載。無源電子標簽與識讀器之間的作用距離滿足關(guān)系r遠小于工作波長，根據(jù)天線理論，屬于天線近區(qū)場（即感應(yīng)場）。內(nèi)部電路分為模擬模塊和數(shù)字模塊2部分。 EM4100電子標簽圖33 EM4100電子標簽實物卡 無源射頻芯片EM4100工作原理：EM4100系列為微型低功耗電子標簽芯片，工作頻率范圍為100kHz—150kHz，主時鐘及工作電源取自識讀器發(fā)射的信號。輸入取自天線的高壓端，直接送入CDEC_IN引腳。對于高品質(zhì)因數(shù)的天線，天線上的電壓較高，讀取靈敏性被電容分壓器的解調(diào)靈敏性限制。所以操作點收到了保護。電阻分壓會加重由于輸入電容帶來的相移效應(yīng)。因為它要做為鎖相環(huán)的參考信號。所以，這些回路比其它電路對在錯誤的頻率上工作更加敏感。為了讀頭回路的正常操作，這個偏置電壓需要根據(jù)天線的品質(zhì)因數(shù)和輸出部分的滯后來進行調(diào)節(jié)。這個偏置電壓補償了外部天線驅(qū)動器引起的相位偏移。電容值越高，開始上升時間越長。 增加Cdc2電容值，將增加接收帶寬，進而增加斜坡信號的接收增益。對天線諧振回路的設(shè)計應(yīng)該使最大的尖峰電流不超過250mA。 EM4095不限制ANT驅(qū)動器發(fā)出的電流值。電容越大將越明顯的減小接收噪聲。特別要注意20kHz的濾波器低頻噪聲，因為響應(yīng)器的信號就在這個頻率水平上。因為ANT驅(qū)動器使用VDD和VSS提供的電源的級別來為天線驅(qū)動，所有電源的所有變化和噪聲都將毫無保留的直接影響天線諧振回路。這條線應(yīng)該直接和芯片上的管腳VSS相連。隔離電容不包含在EM4095的計算表中。這將防止由于天線驅(qū)動器引起的電源尖峰。應(yīng)該注意到，通過管腳DVDD和DVSS流過的驅(qū)動器電流造成的電壓降不會引起VDD和VSS上的電壓降。該輔助驅(qū)動器在調(diào)制時使線圈上保持較低的振幅。這樣做的原因是為了標簽的AM調(diào)制低于100％情況下RDY/CLK的擴展功能。當MOD為高電平時，ANT驅(qū)動器關(guān)閉，但此時RDY/CLK引腳上的時鐘信號仍然在繼續(xù)。經(jīng)過時間Tset后，PLL被鎖定，接收鏈路操作點已經(jīng)建立。當SHD為高電平時，RDY/CLK引腳被強制為低電平。 RDY/CLK這個信號為外部微處理器提供ANT1上信號的同步時鐘以及EM4095內(nèi)部狀態(tài)的信息。進一步的濾波把剩下的載波信號、二階高通濾波器和CDC2帶來的高頻和低頻噪聲進一步移除。DEMOD_IN上的直流電壓信號通過內(nèi)部電阻設(shè)置在AGND引腳上。振幅調(diào)制解調(diào)策略是基于“振幅調(diào)制同步解調(diào)”技術(shù)的。通過外部電容分壓可以調(diào)節(jié)輸入信號的級別。DEMOD_IN引腳也同來做接收鏈路的輸入信號。根據(jù)天線種類的不同，系統(tǒng)的諧振頻率可以在100kHz到150kHz之間的范圍內(nèi)。這個信號的相和驅(qū)動天線驅(qū)動器的信號的相進行比較。鎖相環(huán)由環(huán)濾波、電壓控制振蕩器和相比較模塊組成。事實上，當你1）在該引腳上施加高電平時，你將把天線驅(qū)動阻塞，并關(guān)掉電磁場；2）在該引腳上施加低電平，將使片上VCO進入自由運行模式，天線上將出現(xiàn)沒有經(jīng)過調(diào)制的125KHz的載波。當SHD為低電平的時候，回路允許發(fā)射射頻場，并且開始對天線上的振幅調(diào)制信號進行解調(diào)。當SHD為高電平的時候，EM4095為睡眠模式，電流消耗最小。 EM4095芯片我們選擇了EM公司的EM4095芯片作為前端的收發(fā)與調(diào)制解調(diào)芯片，EM4095是一款CMOS的集成收發(fā)芯片，專為RFID系統(tǒng)定制，是市場上性價比較高的一款芯片，具有功能完好，集成度高，功耗小，成本低的特點，主要特性有:.集成PLL系統(tǒng)，對天線諧振頻率能自適應(yīng)調(diào)整載波頻率.無須外接晶振.100一150kHz載波范圍.橋式驅(qū)動，直接天線驅(qū)動.OOK(100%MA)調(diào)制，使用橋式驅(qū)動.單端驅(qū)動時外部可適應(yīng)調(diào)制.能兼容多種電子標簽協(xié)議.睡眠模式耗電量1uA.USB兼容功率范圍.一40到85攝氏度溫度范圍.S016封裝EM4095內(nèi)含了天線驅(qū)動，可直接與天線線圈相連，集成度高，外圍器件少，能提供只讀，讀/寫等多種模式，十分切合本設(shè)計的要求。闡述了射頻系統(tǒng)的特征并對系統(tǒng)工作時的能量來源，低頻時候的耦合方式。曼徹斯特編碼在采用副載波的負載調(diào)制時經(jīng)常用于從應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。在本系統(tǒng)中使用曼徹斯特編碼。線圈上電壓的值的大小與