【正文】 MF RC500 是應(yīng)用于 非接觸式通信中高集成讀卡 IC 系列中的一員。 MF RC500 支持 ISO14443A 所有的層。 非接觸 IC 卡讀寫器以射頻識別技術(shù)為核心，讀寫器內(nèi)主要使用了 1 片 Mifare 卡專用的讀寫處理芯片 —— MF RC500 微模塊。內(nèi)部結(jié) 構(gòu)分為射頻區(qū)和接口區(qū) :射頻區(qū)內(nèi)含調(diào)制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接 :接口區(qū)有與單片機(jī)相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收 /發(fā)器、 16 字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器、存放 64 對傳輸密鑰的 ROM、存放 3 套密鑰的只寫存儲器以及進(jìn)行三次證實(shí)和數(shù)據(jù)加密的密碼機(jī)、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。讀寫器工作時，不斷地向外發(fā)出一組固定頻率的電磁波 ()，當(dāng)有卡靠近時，卡片內(nèi)有一個串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器的發(fā)射頻率相同，這樣在電 磁波的激勵下，諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容充電有了電荷。當(dāng)電容器充電達(dá)到 2V 時，此電容就作為電源向卡片上的其他電路提供工作電流，將卡數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器發(fā)出的數(shù)據(jù)并保存。接觸式 IC 卡由于卡座與卡上芯片接觸點(diǎn)易磨損，而且不耐臟、不防水、易腐蝕，等缺點(diǎn)正逐漸被非接觸式 IC 卡所替代。提高 IC 卡讀寫機(jī)具的性價比是使其更具有市場競爭實(shí)力的一個重要環(huán)節(jié)。 MF RC500 主要應(yīng)用于 非接觸式 IC 卡的讀寫。 MF RC500 支持 ISO14443A ( 電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn) )所有的層。接收器部分提供一個可靠而有效的解調(diào)和解碼電路，用于 ISO14443A 兼容的應(yīng)答器信號。此外，它還支持快速 CRYPTO1 加密算法用于驗(yàn)證 MIFARE 系列產(chǎn)品。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 MF RC500內(nèi)部包括并行微控制器接口、雙向。 MF RC500的外部接口包括 數(shù)據(jù)總線 、 地址總線 、 控制總線 (包含讀寫信號和中斷等 )和電源等。它包含一個易用的雙向 FIFO緩沖區(qū)和一個可配置的中斷輸出 ,為連接各種 MCU提供了很大的靈活性。數(shù)據(jù)處理部分執(zhí)行數(shù)據(jù)的并行 — 串行轉(zhuǎn)換。狀態(tài)和控制部分允許對器件進(jìn)行配置以適應(yīng)環(huán)境的影響 ,并將性能調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。模擬電路包含一個具有阻抗非常低的橋驅(qū)動器輸出的發(fā)送部分。 圖 RC500 管腳 (1) 振蕩器如表 表 振蕩器 名稱 類型 功能 OSCIN 輸入 晶振輸入端 OSCOUT 輸出 晶振輸出 MF RC500的 1腳 OSCIN和 32腳 OSCOUT分別為晶振輸入端和晶振輸出端。如果器件采用外部時鐘可從 OSCIN輸入。它可蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 作為設(shè)計和測試之用。如果 RST釋放， MF RC500則執(zhí)行上電時序。這種組合可借助 MFIN和MFOUT引腳和 MF RC500內(nèi)部相關(guān)寄存器來控制實(shí)現(xiàn)。 表 串行信號開關(guān) 名稱 類型 功能 MFIN 帶施密特觸發(fā)器的輸入 MIFARE接口輸入 MFOUT 輸出 MIFARE接口輸出 (5)并行接口 下面列出的 16個管腳用于控制并行接口：如表 。 ADE7755 功能概述 ADE7755 是一種高準(zhǔn)確度電能測量電路集成電路，主要用于單相電表系統(tǒng)，其技術(shù)指標(biāo)超過了 IEC1036 規(guī)定的準(zhǔn)確度要求。 功能特點(diǎn) : 1) 精度高，在 500： 1 動態(tài)范圍內(nèi)誤差低于 %； 2) F F2 輸出頻率表示平均有功功率； 3) 高頻輸出 CF 用于校準(zhǔn)，并提供 即時有功功率； 4) 邏輯輸出引腳 REVP 能只是負(fù)功率或錯誤鏈接； 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 5) 可直接驅(qū)動機(jī)電式計數(shù)器和兩相步進(jìn)電機(jī)； 6) 在片電源監(jiān)控電路； 7) 防潛動； 8) 在片電壓源 177。 9) 單 5V電源，低功耗； 10) 采用 SSOP24 封裝。該引腳提供數(shù)字電路的電源，正常工作電 源電壓應(yīng)保持在 5V177。F 陶瓷電容進(jìn)行去耦 ? AC/DC，高通濾波器 HPF 選擇引腳。在電能計量的應(yīng)用中，應(yīng)使 HPF 選通。 該引腳提供 模擬電路的電源， 正常工作電源電壓應(yīng)保持在 5V177。F 電容并聯(lián) 100nF 陶瓷電容進(jìn)行去耦。完全差動輸入方式，正常工作最大信號電平為177。通道 1有一個 PGA。 1V。 6V的過電壓，而不造成永久性損壞。當(dāng)為低電平時， ADC 和數(shù)字電路保護(hù)復(fù)位狀態(tài)，在 RESET 的下降沿，清除內(nèi)部寄存器。片內(nèi)基準(zhǔn)電壓的正常值為 177。 外部基準(zhǔn)源可以直接連接到該引腳上。F 鉭電容和 100nF 陶瓷電容對 AGND 進(jìn)行去耦。模擬接地面是所有模擬電路的接地參考點(diǎn)，如抗混疊濾波器、電流和電壓傳感器等。星形接地方法有助于使數(shù)字電流噪聲遠(yuǎn)離模擬電路。該引腳的邏輯輸入電平確定 CF 引腳的輸出頻率。 ? G1， G0，這兩個引腳的邏輯輸入用來選擇通道 1 的增益，可用來選擇 增益是 1,2,8,和 16。作為石英晶體負(fù)載的 33pF 陶瓷電容應(yīng)和振蕩器門電路連接。當(dāng) CLKIN 上接有外時鐘時 CLKOUT引腳能驅(qū)動一個 CMOS負(fù)載。 ? REVP，當(dāng)檢測到負(fù)功率時，即電壓和電流信號的相位差大于 90176。該輸出沒有 被鎖存，當(dāng)再次檢測到正功率時，該引腳的輸出復(fù)位。 ? DGND，這是數(shù)字電路（即乘法器、濾波器和數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器）的接地參考點(diǎn)。為了有效地抑制噪聲，模擬接地面與數(shù)字接地面只應(yīng)有一點(diǎn)連接，如星形接地。其輸出頻率反映瞬時有功功率的大小，常用于儀表校驗(yàn)。這兩個邏輯輸 出可以直接驅(qū)動機(jī)電式計數(shù)器或兩相步進(jìn)電機(jī)。通道 1(電流通道 )的 ADC 前端帶一個可編程增益放大器 (PGA),其輸出通過一個相位校正電路 (用來消除高通濾波器的相位導(dǎo)前 )接一個高通濾波器 (HPF),以濾掉電流信號的直流分量 ,從而提高有功功率的計算精度。最后 ,LPF 輸出的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生輸出頻率 F1,F2 和 CF。 CF 提供即時功率 ,可接口到 MCU。 芯片內(nèi)部兩個 ADC 對來自電流和電壓傳感器的電壓信號進(jìn)行數(shù)字化。電流通道中的 PGA 進(jìn)一步簡化了傳感器接口。 有功功率是從瞬時功率信號推導(dǎo)計算出來，瞬時功率信號是用電流和電壓信號直接相乘得到的。下圖示出了瞬時有功功率如何通過對瞬時功率信號進(jìn)行低通濾波來獲取有功功率。 圖 信號處理框圖 ADE7755的低頻輸出是通過對上述有功功率信息的累計產(chǎn)生，即在兩個輸出脈沖之間經(jīng)過長時間的累加，因此輸出頻率正比于平均有功功率。 CF輸出的頻率較高，累加時間較短，因此 CF的輸出頻率正比于瞬時有功功率，這對于在穩(wěn)定負(fù)載條件下進(jìn)行系統(tǒng)校驗(yàn)是很有用的。美國微芯科技公司 Microchip Technology Inc.）生產(chǎn)的電擦寫式只讀存儲器系列 24CXX、 24LCXX、 24AAXX 和 24FCXX（ 24XX*）容量范圍為 128 位到 512 千位。低電壓設(shè)計允許工作電壓最低可至 （適用 24AAXX 器件），待機(jī)電流和工作電流分別為 1181。容量為 1 千位以及超過 1 千位的器件具有頁寫入能力。整個 24XX 系列產(chǎn)品提供標(biāo)準(zhǔn)的 8引腳 PDIP、表面貼片 SOIC、 TSSOP 和 MSOP 封裝。另外還提供 DFN 封裝（ 2x3mm 或 5x6mm）。引腳圖如圖 所示。所需的輔助電路簡單， MC14499 與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳送采用串行同步方式。因此選擇 MC14499 作為顯示模塊。電路工作原理：顯示部分采用數(shù)碼顯示，利用串行 BCD碼一十進(jìn)制譯碼驅(qū)動顯示器件 MC14499 來完成與單片機(jī)系統(tǒng)的顯示接口，以顯示讀寫器工作狀態(tài)、輸入的數(shù)據(jù)或讀出 IC 卡中所剩余以及出錯信息等。多路輸出器輸出的 BCD 碼經(jīng)段譯碼器譯碼后， 換成七段碼 (a、 b、 c、 d、 e、 f、 g)和小數(shù)點(diǎn) DP 送到段驅(qū)動器輸出。輸入時序是先發(fā)送四位小數(shù)點(diǎn)碼然后發(fā)送 16 位 BCD 碼。 MC14499 管腳分布及其說明 MC14499 的管腳如圖 。 (2)B1~B4l:字位選擇輸出 ,片內(nèi)具有短路保護(hù)裝置。 (4)CLK:同步控制脈沖輸入端 ,在下降沿數(shù)據(jù)被移入片內(nèi)寄存器。底電平允許接受串行數(shù)據(jù)，高電平禁止接受串行數(shù)據(jù)，并將片內(nèi)移位寄存器數(shù)據(jù)鎖存。 (7)VSS:為電源地。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 20 圖 MC14499 管腳 通信模塊 器件選擇 本系統(tǒng)的通信模塊采用 RS232 芯片，串口圖如圖 。 RS 是英文 “ 推薦標(biāo)準(zhǔn) ” 的縮寫， 232為標(biāo)識號， C 表示修改次數(shù)。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒 50、 7 100、 150、 300、 600、 1200、 2400、 4800、 9600、19200 波特。傳輸距離短的另一原因是 RS232 屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于 20m 以內(nèi)的通信。即：邏輯 “ 1” ， 5— 15V；邏輯 “ 0” +5— +15V 。即：要求接收器能識別低至 +3V 的信號作為邏輯 “ 0” ，高到 3V 的信號作為邏輯 “ 1” 。 表 RS232 管腳 引腳號 名稱 1 數(shù)據(jù)載波檢測 DCD 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 3 接受數(shù)據(jù) RXD 4 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 DTR 5 信號地 SG 6 數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好 DSR 7 請求發(fā)送 RTS 8 清除發(fā)送 CTS 9 振鈴提示 RI 由于 RS232 的邏輯電平與 TTL 的邏輯電平不兼容，而單片機(jī)的串行接口都是 TTL數(shù)字信號 ,因此必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，這里用到 MAX232 芯片， MAX232 芯片可完成 TTL到 EIA 的雙向轉(zhuǎn)換。 表 天線管腳 名稱 類型 功能 TX1, TX2 輸出 緩沖天線驅(qū)動器 VMID 模擬 參考電壓 RX 輸入 模擬天線輸入信號 為了驅(qū)動天線， MF RC500 通過 TX1 和 TX2 提供 的能量載波。該卡采用 RF 場的負(fù)載調(diào)制進(jìn)行響應(yīng)。 MF RC500 內(nèi)部接收器對信號進(jìn)行檢測和解調(diào)并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理。 TX I 和 TX2:為天線驅(qū)動器引腳。 RX:為天線輸入信號。 TGND:為發(fā)送器電源地。 MF RC500 對天線驅(qū)動部分使用單獨(dú)的電源供電。天線是有一定負(fù)載阻抗的諧振回路。為了獲得最佳性能，必須通過無源的匹配回路將線圈阻抗 轉(zhuǎn)換為源阻抗。由于 MF RC500 的頻率是 MHz，屬于短波段，因此可以采用小環(huán)天線。其天線部分如圖 。 MF RC500 的 NWR 為帶施密特觸發(fā)器的寫禁止 /只讀信 號，接單片機(jī)的寫信號 WR。 MF RC500 的 NCS 為帶施密特觸發(fā)器的片選禁止信號．接單片機(jī)的 I/O 口線 。 MF RC500 的 IRQ 為帶施密特觸發(fā)器的中斷請求信號，接單片機(jī)的中斷 0。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 24 圖 RC500 接口電路 電能計量模塊設(shè)計 電子式電能表計量原理 電能表是專門用來計量電能的電表 ,其計量的結(jié)果是某段時間內(nèi)通過負(fù)載電路的電能。 測量電能的基本方法是將電壓、電流相乘，然后在時間上再累加（即積分）起來。采樣份直流采樣和交流采樣兩種，與直流采樣相比，交流采樣具有計算靈活、精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。由于這些算法計算量小，因此應(yīng)用較為普遍，尤其是對實(shí)時性要求很高的場合 對于大多數(shù)電子式電能表 ,測量電能的原理基本相同 ,主要包括對電壓和電流實(shí)時采樣 ,將采樣得到的電壓和電流相乘 ,計算出有效值、有功功率、無功功率等。與直流采樣相比 ,交流采樣具有計算靈活 ,精度高 ,響應(yīng)速率快等優(yōu)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25