【正文】 、射頻卡）、閱讀器（又稱讀寫器、讀卡 器），應(yīng)答器應(yīng)置于要識別的物體上或由個人攜帶，應(yīng)答器是信息的載體；閱讀器可以具有讀或讀 /寫功能，這取決于系統(tǒng)所用應(yīng)答器的性能?；诓煌膽?yīng)用，對應(yīng)答器的體積、性能等的要求也各不相同。 應(yīng)答器的主要電氣性能參數(shù)有：工作頻率、讀寫能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、信息數(shù)據(jù)存儲量、多應(yīng)答器識讀能力、信息安全性能等。而在很多應(yīng)用中，需要從閱讀器 （讀寫器） 向應(yīng)答器寫入數(shù)據(jù)，為了存儲數(shù)據(jù)，在應(yīng)答器中主要采用三種類型的存儲器： EEPROM、鐵電隨機存儲器 FRAM 和靜電隨機存取存儲器 SRAM。 FRAM是一種新的，非瞬態(tài)存儲技術(shù)。 閱讀器 介紹 閱讀器應(yīng)能完成下述 幾項 功能：向應(yīng)答器提供射頻能量；從應(yīng)答器中讀出數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù) 至應(yīng)答器中 ；完成數(shù)據(jù)信息處理，并實現(xiàn)應(yīng)用操作；如果需要，應(yīng)能和高層處理應(yīng)用交互。 閱讀器的組成 結(jié)構(gòu) 如 圖 。接收通道 :接 收 應(yīng)答器傳送至閱讀器的響應(yīng)及數(shù)據(jù)。時鐘產(chǎn)生電路：通過分頻器形成工作所需要的各種時鐘。天線：與應(yīng)答器形成耦合交連。 根據(jù)應(yīng)答器與閱讀器作用距離的不同，射頻識別系統(tǒng)可以分為： ★ 密耦合，作用距離為 01cm； ★ 疏 耦合，作用距離為 1100cm； ★ 遠距離，作用距離為 1m以上。 ★ 半 無 源（ semipassive)，半 無 源應(yīng)答器裝有電池，但電池僅對應(yīng)答器內(nèi)要求供電維持數(shù)據(jù)的電路或應(yīng)答器芯片工作所需的電壓作 輔助 支持，應(yīng)答器電路本身耗電很少。當進入閱讀器的閱讀范 圍時，受到閱讀器發(fā)出的射頻能量的激勵，進入工作狀態(tài)時，用 于 傳輸通信的射頻能量與無源應(yīng)答器一樣源自閱讀器。 根據(jù)射頻識別系統(tǒng)的基本工作方式可以分為： ★ 雙工系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中 應(yīng)答器的應(yīng)答相應(yīng)號與閱讀器的發(fā)射信號同時存在； ★ 時序系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，閱讀器的電磁場周期性地接通，在這些間隔中應(yīng)答器向閱讀器發(fā)信號并被識別出來。射頻識別的距離可達到幾十厘米至幾米，并且可以傳輸大量的保密信息。應(yīng)答器中所存儲的電子信息代表了待識別物體的標識信息，應(yīng)答器相當于待識別物體的身份認證 [3]。 應(yīng)答器與閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳輸 是 通過數(shù)據(jù)在空氣介質(zhì)中以無線電波的形式 進行的。 2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 基于射頻識別 (RFID）汽車防盜系統(tǒng)裝置是將射頻識別技術(shù)用于汽車防盜 技術(shù)中。 當一個具有正確識別碼的鑰匙插入點火開關(guān)后，汽車才能用正確的方式進行啟動。應(yīng)答器接收到這個脈沖信號后就 使 電容器充電，從而使應(yīng)答器發(fā)射 一 個特定的代碼至 閱讀器，信號的傳輸就發(fā)生在閱讀器的天線和應(yīng)答器的天線之間。如果相同，控制模塊便啟動發(fā)動機的控制程序和點火開關(guān)；只要有一位不相同，系統(tǒng)就會發(fā)出相應(yīng)的報警信息。 基于射頻識別的汽車防盜整個裝置是由單片機 、 射頻卡讀寫電路 、 語音報警電路 、電源監(jiān)控電路 、 存儲器接口電路 、 鍵盤和應(yīng)答器組成。一方面負責(zé)應(yīng)答器和控制器的數(shù)據(jù)通信 ，另一方面向應(yīng)答器傳輸能量、交換數(shù)據(jù) 。 表 U2270B 的引腳功能 引腳 代號 功能 引腳 代號 功能 1 GND 地 9 COIL1 天線 1 2 OUTPUT 數(shù)據(jù)輸出 10 VEXT 外部電源 3 OE 數(shù)據(jù)輸出使能 11 DVS 天線驅(qū)動器電源 4 INPUT 信號輸入 12 Vbatt 電池電壓 5 MS 模式選擇 13 STANDBY 備用輸入 6 CFE 載波使能 14 VS 內(nèi)部電源 7 DGND 天線驅(qū)動器地 15 RF 載波頻率調(diào)節(jié) 8 COIL2 天線 2 16 HIPASS DC去耦 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 圖 U2270B 的組成框圖 基站芯片 U2270B 的 基本工作原理是：振蕩器在 CEF引腳 為高電平是 ,產(chǎn)生的射頻載波信號經(jīng)驅(qū)動由 Coil Coil2引腳輸出，天線線圈產(chǎn) 生一足夠強度的磁場為應(yīng)答器供電。數(shù)據(jù)輸出通過設(shè)置引腳可被允許或禁止。它主要由讀寫基站芯片 U2270B 及外圍電路和讀寫天線組成。電源引腳有以下幾個， VEXT：天線預(yù)激勵器的電源電壓，也可以用來給外部電路（如微控制器等）供電，與一個 NPN晶體管一起，它也建立天線線圈激勵器的電源電壓 DVS。 Vbatt： 電池電源輸入端。 單電源輸入 所有內(nèi)部電路均由單一 5V電源供電（ U2270B 的單電源工作方式 如圖 所示 ），在這種情況下， Vs、 VEXT和 DVs用作輸入， Vbatt不用，但也應(yīng)該連到電源正極上。 圖 U2270B 的雙電源工作方式 以上兩種 供電 方式， U2270B都不能進入低功耗方式。經(jīng) STANDBY引腳 Vs可以被斷電，使 U2270B工作在低功耗方式。 圖 U2270B 的電池供電工作方式 U2270B的以上特性，使得它能適用于多種工作環(huán)境。 外圍元件的選擇 震蕩器頻率調(diào)整電阻 ： 片上振動器的頻率受 輸 入端的電流控制。具體可用 RF和 Vs引腳之間的固定電阻來調(diào)整， 使其接近天線諧振頻率。 耦合電容 ： 由于讀寫器天線串聯(lián)諧振時線圈兩端的高電壓 （ 瞬時值可達 130V） ，整流流解調(diào)必須在外面進行， 外部解調(diào)電路 如圖 ，相應(yīng)元器件的耐壓值應(yīng)該大于 160V。二者的組合保證了有用 頻 帶的選通 (帶通 )， 其 頻率響應(yīng)高通特性的下 限 載 止 頻率 ， 取決于解調(diào)器的輸出阻抗、 LPF的輸出阻抗 Ri（后者的典型值 為 220k? ）和輸入電容 CIN的值。這意味著如果采用二相或曼徹斯特編碼，數(shù)據(jù)率有可能達到 ?asc/25。 表 數(shù)據(jù)傳輸率與輸入電容、去耦電容的關(guān)系 數(shù)據(jù)率 ?=125kHz 耦合電容 CIN 去耦電容 CHP F/32=F/64= 去耦電容 ： 差分放大器的增益 G,典型值為 30(CHP=）。對于 較低的增益， HIPASS腳用一個電阻 RGain與電容 CHP串聯(lián)接地，增益 G和下限截止頻率 ?cut可用下面的公式計算 ， Ri的值可設(shè)定為 。 射頻 電路的設(shè)計 U2270B應(yīng)用電路的形式取決于磁耦合情況。表列出了一個給定的磁耦合因子所適用的應(yīng)用 電路形式 。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 22 M a r 2 01 1 S h e e t of F il e : C : \ D oc um e n t s a nd S e t ti ng s \ L i us ha \桌面 \楊毅的先不要刪啊 \ M y D e s i g bD r a w n B y:43 K75 k10 0K824. 7K47 0K68 k36 01. 35 m HA nt e nn a22 uF4. 7n f1. 2n FI N 41 481. 5n F68 0p F10 0n F4 * I N 4 1 4 8U 22 70 BB C 6 3922 uF22 uFV C CI / OG N DG N DD G N DI N P U TC o i l 1C o i l 2H I P A S SRFVS V E X T DVs V B a t tC F EAT89S511 2 VO u t pu tS t a n d byMS++OE 圖 U2270B 的應(yīng)用 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 在本路中，加入了兩個頻率調(diào)整環(huán)節(jié) [5]。二 為 振蕩器的頻率反饋控制回路，使其等于讀寫器天線的諧振頻率， 等效電路二極管反饋的振蕩器控制回路 如 圖 所示 ： 天線線圈波形 如 圖 所示 ： 是激勵器輸出線圈 2的波形以及在 R R2 之間測得的相應(yīng) 的天線電壓。通過 DD2的反饋電流控制振蕩器的頻率，使得上述電壓間的相移達到 90度，從而使讀寫器天線被激勵在它的諧振頻率上。在 T2 期間，反饋信息可以通過 D1或 D2傳輸。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 21 M a r 2 01 1 S h e e t of F il e : C : \ D oc um e n t s a nd S e t ti ng s \ L i us ha \ 桌面 \楊毅的先不要刪啊 \ M y D e s i g bD r a w n B y:D1D4D3D2R1 75KR2 1 0 0 KR368KR443KC14 . 7 nA n t e n n aC o i l 2D r i v e r O u t p u t sC o i l 1VSRF 圖 二極管反饋的振蕩器控制回路圖 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 13 圖 天線線圈波形 進入 C1的合成電流為 T2期間的電流之和。反之亦然。 系統(tǒng)其它的電路設(shè)計 單片機的選擇 本文的閱讀器微控制器模塊采用單片機及其外圍電路組成，選擇單片機時應(yīng)考慮以下幾個問題：系統(tǒng)時鐘頻率、計算速度、處理能力、兼容性、系統(tǒng)整體設(shè)計等。 AT89S51[6]具有如下特定： 30引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM）， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個中斷優(yōu)先級 2層嵌套中斷， 2個 16 位可編程定時計數(shù)器， 2個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP和 PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。該器件有音質(zhì)自然、使用方便、單片存放、反復(fù)錄音、低功耗等許多優(yōu)點。利用該電路可以很方便地實現(xiàn)汽車防盜系統(tǒng)的安全提示和報警功能。 在進行存儲操作之前， ISD2560要分幾個階段對話筒 BM電路輸入的由語音轉(zhuǎn)換成的電信 號進行調(diào)整。這個階段由前置放大器、放大器和自動增益控制電路來實現(xiàn)。隔直電容器 C C2用來去掉交流小信號中的直流部分。 自動增益控制電路，能隨時跟蹤、監(jiān)視控制放大器輸出地音頻信號電平，并反饋增益電壓，實現(xiàn)對前置放大器的自動增益調(diào)節(jié)，以便維持進入輸入濾波器的信號是最佳的電平。自動增益電路的特性由兩個時間來描述，即響應(yīng)時間與釋放時間。釋放時間是指輸入信號降低時，使增益增加所需要的時間。 下一個階段的信號調(diào)整，是由輸入濾波器完成的。對輸入的信號調(diào)整后，再將輸入波形通過模擬收發(fā)器，寫入模擬存儲器陣列中。 錄入的模擬電壓信號在采樣時鐘的控制下，順序地從模擬存儲陣列中讀出，恢復(fù)成原樣的采樣 波形。采樣時鐘頻率會影響錄音的時間長度和錄音質(zhì)量。語言信號經(jīng)功率放大后，從兩個輸出管腳 SP+、 SP直接驅(qū)動揚聲器 BL播放所錄制的語音。 ISD2560芯片的每個 EEPROM存儲單元 [8]等效于 8個存儲器。取樣保持電路在編程周期內(nèi)保持數(shù)據(jù)，并將存儲的模 擬電壓提供給比較器的一個輸入端。在多次語音信號的寫入過程XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 16 中，電子被“泵入”存儲陣列，并使存儲電平反饋到比較器。每一次寫入時，使極少量的電荷注入存儲單元以建立系統(tǒng)的分辨率，從而保證了最低的充電量。 引腳功能及應(yīng)用電路的設(shè)計 ， ISD2560各個引腳的功能如下： MIC IN (17腳 )： 話筒前置放大器端，用于放大 120mV范圍內(nèi)的信號，本端連接至片內(nèi)前置放大器，外接話筒應(yīng)通過串聯(lián)電容耦合到本段。 MIC REF (18腳 )：話筒補償端，是話筒前置放大器的反向輸入端，它用來抵消噪聲或?qū)?ISD2560作共模的輸入端。響應(yīng)時間取決于本端的輸入阻抗外接的對地電容的時間常數(shù)，釋放時間 取決于本端外接的并聯(lián)對地電容和電阻的時間常數(shù)。 ANA OUT（ 21腳） ： 模擬輸出端，是前置放大器的輸出，前置電壓增益取決于 AGC端電平。 EOM (25腳）， EOM 標志在錄音時由芯片自動插入到該信息的結(jié)尾。芯片內(nèi)部會檢測電源電壓以維護信息的完整性，當電壓低于 ，本端變低，芯片只能放音。 SP+、 SP (1 15腳）：揚聲器輸出端。 XCLK（ 26腳）：外部時鐘端，本端內(nèi)部有下拉元件，不用時應(yīng)接地。 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 17 VSSD、 VSSA (1 13腳 )數(shù)字地和模擬地，這兩腳最好在引腳焊盤上 相連。 CE (23腳 )；本端變低后（而且 PD為低 )，允許進行錄放操作，芯片在本端的下降沿鎖存地址線和 /PR端的狀態(tài)。 /PR（ 27腳）：本端狀態(tài)在 CE 的下 降沿鎖存。錄音時，由地址端提供起始地址，錄音持續(xù)到 CE 或 PD變高，或內(nèi)存溢出；如果是前一種情況，芯片自動在錄音結(jié)束處寫入 EOM 標志。如果 CE 一直為低，或芯片工作在某些操作模式，放音會忽略EOM ，繼續(xù)進行下去。 用以控制錄音放音狀態(tài)。 AT89S51與 ISD2560 的接口電路 圖：