【正文】 的激勵(lì)，進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，用 于 傳輸通信XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 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(shí)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(hào)與閱讀器的發(fā)射信號(hào)同時(shí)存在； ★ 時(shí)序系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，閱讀器的電磁場(chǎng)周期性地接通，在這些間隔中應(yīng)答器向閱讀器發(fā)信號(hào)并被識(shí)別出來。射頻識(shí)別的距離可達(dá)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(chǔ)的電子信息代表了待識(shí)別物體的標(biāo)識(shí)信息，應(yīng)答器相當(dāng)于待識(shí)別物體的身份認(rèn)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(jìn)行的。因應(yīng)答器發(fā)出的無線信號(hào)是很弱的，信號(hào)傳輸?shù)乃俣扰c 傳輸?shù)木嚯x就很有限。在射頻識(shí)別系統(tǒng)中 ，載波一般由閱讀器發(fā)出并進(jìn)行調(diào)制，而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)制也有許多的方法，如調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等，射頻識(shí)別系統(tǒng)一般采用調(diào)幅方式。該裝置包括安裝在汽車啟動(dòng)鑰匙頂部的應(yīng)答器和汽車內(nèi)部控制著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子點(diǎn)火系統(tǒng)的 閱讀器。當(dāng) 點(diǎn)火 開關(guān)關(guān)閉時(shí)，閱讀器輸出 一 個(gè) 125kHz 的充電脈沖到 汽 車鑰匙頂部的應(yīng)答器。閱讀器的控制模塊對(duì)此信號(hào)進(jìn)行解碼并把它與存儲(chǔ)在微處理器內(nèi)存中的代碼進(jìn)行比較。應(yīng)答器中有 32個(gè)密碼位，因而其信號(hào)被其它接收機(jī)截獲也是不可能的。 射頻識(shí)別系統(tǒng)硬件 如 圖 21所示 ： 圖 21 射頻識(shí)別系統(tǒng) 硬件框圖 基站芯片 U2270B 的簡介 U2270B是非接觸識(shí)別系統(tǒng)中典型的一種低頻讀寫基站芯片，它是應(yīng)答器和微 處理 器之間的接口。 U2270B主要由電源、放大器、濾波器、振蕩器、施密特觸發(fā)器、激勵(lì)器等組成， U2270B的組成框圖 如圖 ： 各引腳功能見表 。應(yīng)答器用它的內(nèi)部數(shù)據(jù)調(diào)制磁場(chǎng)，從而在讀寫器的線圈上引起一個(gè)微小的電壓幅度調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過外部整流器解調(diào)、耦合電容高通濾波，加到 INPUT引腳，由內(nèi)部的低通濾波器濾波后，又經(jīng)帶負(fù)反饋的讀通道將放大器放大、再經(jīng)施密特觸發(fā)器抑制噪聲，最后經(jīng)集電極開路輸出級(jí)，從 OUTPUT端送到微控制器的輸入口。 射頻卡讀寫電路的設(shè)計(jì) 閱讀器電路的主要功能是：發(fā)出射頻載波，經(jīng)過天線耦合給應(yīng)答器，為應(yīng)答器提供工作電源；進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的載 波調(diào)制、解調(diào)和傳輸；與單片機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。 電源的選擇 為了使系統(tǒng)電路 能適應(yīng)各種環(huán)境 ，首先要考慮電源的輸入問題， U2270B[4]具有 多種靈活的供電方式，能夠用一個(gè)已穩(wěn)壓的 (5V)或未穩(wěn)壓的（ 716V）外部電源或兩個(gè)外部已穩(wěn)壓的（ 5V和 78V)電源供電。 Vs： 除驅(qū)動(dòng)器外的內(nèi) 部其它電路的電源電壓，利用STANDBY引腳可將 Vs 與內(nèi)部電路斷開，使 U2270B 工作在低功耗方式，此時(shí)其消耗的電流僅為 3070uA。下面是可選的三種供電方式。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 6 M a r 2 0 1 1 S h e e t o f F i l e : C : \ U s e r s \ A d m i n i s t r a t o r \ D e s k t o p \ l s p \ L S \ p \ M y D e s i g n . d d bD r a w n B y :DVs V EXT Vs Vbatt Standby+5V+ 圖 U2270B 的單電源工作方式 雙電源輸入 這種情 況下，激勵(lì)器電壓 DVs和預(yù)激勵(lì)器電壓 VEXT工作在比其余電路更高的電壓上（ 78V） ,以得到較高的激勵(lì)器輸出幅度，從而得到較強(qiáng)的磁場(chǎng)（ U2270B 的雙電源工作方式 如圖 ）， Vs連到 5V電源上，這種工作方式 大多數(shù) 用在要求增加通信距離的情況下。 電池 供電模式 使 用這種工作模式時(shí)， Vs和 VEXT由內(nèi)部電源產(chǎn)生（ U2270B的電池供電工作方式 如圖 ），不需要外部穩(wěn)壓器。 VEXT可為外部 NPN晶體管的基極和外部電路（如微控制器等）供電（即使在低功耗）。本設(shè)計(jì)的汽車防盜裝置用的電源就是汽車內(nèi)部的 12V 電平。其中的集成補(bǔ)償電路保證了寬的溫度范圍并與電源電壓無關(guān)。確定電阻值可用下面經(jīng)驗(yàn)公式： （ ） 本設(shè)計(jì)中，天線的諧振頻率 ?0 =125 kHz ,可計(jì)算出該電阻值為 110?。 圖 外部解調(diào)電路 耦合電容 CIN（ 圖中的 C2） 對(duì)解調(diào)后的信號(hào)具有高通濾波作用， U2270B 內(nèi)部的低通濾波器則用來消除解調(diào)后的剩余載波信號(hào)和高頻干擾。低通特性的上限截止頻率取決于所選的振蕩器頻率，典型值為 ?asc/ 18。 CIN的值與應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸率線性相關(guān) ,表 了對(duì)常用的數(shù)據(jù)率 CIN 所適合的值 ,即使用越高的數(shù)據(jù)率 ,其值應(yīng)越大 .這些值僅對(duì)曼徹斯特和二相碼有效。可通過引 腳 HIPASS設(shè)定。 () XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 () 如果要求較高的增益，則只需一個(gè)電容 CHP 用于直流去耦 ,下限截至頻率 ?cut就按下面的公式計(jì)算： () CHP的值與 CIN一樣，也與答應(yīng)器的數(shù)據(jù)傳輸率線性相關(guān)，如表 示 。磁耦合因子 K主要由 讀寫距離和天線 線圈決定。 表 磁耦合因子與適合的應(yīng)用電路形式 磁耦合因子 K 適合的應(yīng)用電路形式 K≥ 3% 自由調(diào)協(xié)振蕩器 K≥ 1% 二極管反饋振蕩器 K≥ % 二極管反饋 +頻率改變振蕩器 K≥ % 二極管反饋 +精確的 頻率調(diào)協(xié)振蕩器 本文設(shè)計(jì)的射頻電路如圖 ： 射頻載波允許 /禁止端 (CFE）和讀數(shù)據(jù)輸出（ OUTPUT）對(duì)外接口 分別與單片機(jī)的兩條 I/O 線相連，用來對(duì) T5557 卡進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。一為閱讀器天線諧振頻率調(diào)整電路，可用單片機(jī)的輸出口在需要時(shí)輸出高或低電平，控制一 NPN的三極管截 止 或?qū)?，從而增加或減少天線回路 的 諧振電容，使其諧振頻率等于應(yīng)答器天線的諧振頻率。其中： T1：引腳 1輸出為低的周期 T2：引腳 2輸出為低的周期 T2a： T2內(nèi)天線電壓為負(fù)的時(shí)間間隔 T2b： T2內(nèi)天線電壓為正的時(shí)間間隔 Aa：天線電壓在 T2a期間的積分 Ab：天線電壓在 T2b期間的積分 它的工作原來相當(dāng)于一個(gè)控制激勵(lì)器電壓和天線電壓之間相位的鑒相器。 而 T1期間， D D4導(dǎo)通，而 D D2被反向偏置，因此，沒有反饋 信息通過 DD2和 C1傳輸。在 T2a 期間，天線電壓為負(fù)，反饋電流從 C1出來，經(jīng) D R2；在 T2b 期間，天線電壓為正負(fù)，反饋電流則通過R D2到 C1。如果天線的諧振頻率高于振蕩器的頻率，那么相移以及 T2a和 T2b就發(fā)生了變化， T2相應(yīng)減小， T2b相應(yīng)增大，結(jié)果反饋電流 (Aa和 Ab之和）不為 0，變?yōu)檎?，這造成一個(gè)附加的控 制電流進(jìn)入引腳 RF，并產(chǎn)生一個(gè)較高的振蕩器頻率，直到 ?res =?asc。反饋電流回路是一個(gè)比例反饋電路，其增益約為 15，較高的讀寫器天線 Q因子會(huì)造成較高的反饋回來增益， R R2的阻尼作用降低了讀寫器天線的 Q因子。對(duì)于本系統(tǒng)，單片機(jī)采用 AT89S51， 它是美國 ATMEL 公司生成的低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash只讀存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 此外， AT89S51 在空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 語音報(bào)警電路 語音報(bào)警電路 [7]以美國 ISD公司生產(chǎn) 的 ISD2560 語音合成芯片為核心，該芯片采用E2PROM存儲(chǔ)方法將模擬語音信號(hào)直接寫入半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元中，不需另加 A/D或 D/A變換來存放或重放。車主開車時(shí)，如果應(yīng)答器里面的密匙正確，單片機(jī)就發(fā)出正確的信號(hào)給電子點(diǎn)火系統(tǒng)，汽車才可以啟動(dòng)，此時(shí)，語音報(bào)警電路不工作；非法者如果用配置鑰匙啟動(dòng)汽車時(shí)，單片機(jī)就發(fā)出信號(hào)給語音系統(tǒng)，語音系統(tǒng)立刻發(fā)出警報(bào)聲音。 工作原理 圖 ISD2560 內(nèi)部框圖 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 ISD2560語音合成芯片的內(nèi)部框圖如圖 ： 它包括前置放大器、放大器、內(nèi)部時(shí)鐘、定時(shí)器、采樣時(shí)鐘、濾波器、自動(dòng)增益控制，邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器、模擬存儲(chǔ)陣列、地址線等。首先將輸入的電信號(hào)放大到存儲(chǔ)電路動(dòng)態(tài)范圍的最佳電平。 前置放大器通過隔直電容器 C C2與話筒 BM連接。 信號(hào)的放大分為兩步完成：現(xiàn)將語音電信號(hào)輸入前置放大器，經(jīng)放大后再通過模擬輸出端 ANA OUT，經(jīng) C R3和模擬輸入端 ANA IN，加到放大器的輸入端，使語音電信號(hào)得以進(jìn)一步放大。這樣，使錄音信號(hào)為最佳，最高電平，又可使削減至最小。響應(yīng)時(shí)間是指輸入信號(hào)增大時(shí)，自動(dòng)增益控制 (AGC)用減小增益來響應(yīng)所需要的時(shí)間。我們可以通過選擇連接在“ AGC”管腳的電 阻 R1和電容器 C4的阻容值，來調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間與釋放時(shí)間的常量。模擬信號(hào)的存儲(chǔ)是采用取樣技術(shù)，因此需要輸入濾波器去掉取樣頻率的一半以上的輸入頻率分量。采用時(shí)鐘也用于存儲(chǔ)陣列的地址譯碼，以便輸入信號(hào)順序地寫入存儲(chǔ)陣列。在輸出的通路上，平滑濾波器去掉采樣頻率分量，恢復(fù)原始的語言波形。 平滑濾波器的輸出，是通過一個(gè)模擬多路開關(guān)連接到輸出功率放大器的輸入端。揚(yáng)聲器選用 16? 時(shí)，其驅(qū)動(dòng)容量約為 50mW100mW，能滿足一般房間內(nèi)的聽眾，較為清晰悅耳。信號(hào)寫入存儲(chǔ)單元采用XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 閉環(huán)方式。比較器的另一個(gè)輸入是存儲(chǔ)單元本身的輸出。當(dāng)比較器的信號(hào)，也就是存儲(chǔ)單元的輸出電壓等于取樣保持電平時(shí)，該存儲(chǔ)陣列的編程即停止。 一個(gè)存儲(chǔ)單元在寫入語音信號(hào)的同時(shí)，也就自動(dòng)地消除了這個(gè)存儲(chǔ)單元原有的語音信號(hào)，這就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)抹音效果。耦合電容值和本端的 10K? 輸入決定了芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。 AGC（ 19腳）：自動(dòng)增益控制端， 19腳并聯(lián)的電阻和電容接地， AGC 動(dòng)態(tài)調(diào)整前置增益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量時(shí)，失真都能保持最小。 470k? 和 的標(biāo)稱值在絕大多數(shù)場(chǎng)合下可獲得滿意的效果。 ANA IN (20腳 ):模擬輸入端，本端為芯片錄音信號(hào)輸出，對(duì)話筒輸入來說 ANA OUT端應(yīng)通過外接電容連至本端。放音遇到DOM 時(shí)，本端輸出低電平脈沖。 OVF （ 22腳）：芯片處于存儲(chǔ)空間末尾時(shí)本端輸出低電平脈沖表示溢出，之后本端狀態(tài)跟隨 CE 端的狀態(tài)，直到 PD端變高。 AUX IN（ 11腳）：輔助輸入端，當(dāng) CE 和 /PR為高，放音不進(jìn)行，或處入放音溢出狀態(tài)時(shí)，本端的輸入信號(hào)通過內(nèi)部功放驅(qū)動(dòng)喇叭輸出端。 VCCD、 VCCA (2 16腳 )：數(shù)字電源、模擬電源，盡可能在靠近供電端處相連。 A0/M0A6/M6， A7A9（ 19腳）：地址線。 PD（ 24腳）：本端拉高使芯片停止工作，進(jìn)入不耗電的節(jié)電狀態(tài)，芯片發(fā)生溢出，即 OVF 端輸出低電平后，要將本端短暫變高，復(fù)位芯片，才能使之再次工作。高電平選擇放音，低電平選擇錄音。放音時(shí)由地址端提供起始地址，放音持續(xù)到 EOM 標(biāo)志。 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，將單片機(jī) AT89S51的 P1口、 ISD2560的地址線相連，用以設(shè)置語音段的起始地址。利用該電路可以方便地實(shí)現(xiàn)防盜系統(tǒng)的安全提示和報(bào)警功能。它除了只有一般串行 E2PROM的體積小、功耗低和工作電壓容許范圍寬等特點(diǎn)外，還遵循 2IC總線協(xié)議，占用引腳少、容量擴(kuò)展配置靈活以及讀寫操作相對(duì)簡單等特點(diǎn)。由于它是非易失性存儲(chǔ)器，所以掉電后其財(cái)產(chǎn)的信息不會(huì)丟失。 24LC65是 8K字節(jié)串行的電可擦除 EEPROM,其引腳排列如圖 ： 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?jiǎng)h啊 \ M y D e s i g bD r a w n B y:A0A1A2V s sV c cNCS C LS D A234 567812 4 L C 6 5 圖 24LC65 引腳 圖中 A0、 A A2 為器件地址選擇引腳。這些代碼被送往該芯片的讀、寫命令中，用來使指針指向讀或?qū)懙哪繕?biāo)芯片。