射頻識(shí)別(RFID)節(jié)點(diǎn)技術(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用開發(fā)

射頻識(shí)別〔RFID〕節(jié)點(diǎn)技術(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用開發(fā)摘要：本文以STC11F32XE單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了一個(gè)無線射頻識(shí)別的讀卡器。本設(shè)計(jì)中，印制在PCB板上的磁場(chǎng)耦合天線通過磁場(chǎng)感應(yīng)收集到IC卡上的數(shù)據(jù)信號(hào)〔這里是模擬信號(hào)〕，然后天線將收集到的數(shù)據(jù)信號(hào)傳回給TRF7960無線射頻識(shí)別芯片，TRF7960再將此信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，即模擬信號(hào)的數(shù)字化，然后將此數(shù)字化后的信號(hào)通過串口通信的方式傳送給STC11F32XE單片機(jī)，STC11F32XE單片時(shí)機(jī)驅(qū)動(dòng)12864液晶，最終將IC卡上的數(shù)據(jù)信息顯示在12864液晶屏上。文章詳細(xì)介紹了TRF7960芯片的工作原理和讀卡器具體的硬件與軟件設(shè)計(jì)方案、思路及實(shí)現(xiàn)方法。設(shè)計(jì)中，功能實(shí)現(xiàn)的步驟包括尋卡、讀卡和中斷等，該讀卡器可實(shí)現(xiàn)對(duì)ISO14443A類型卡的識(shí)別功能。關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；非觸碰式IC卡；讀卡器；TRF7960；ISO14443ARadioFrequencyIdentification(RFID)TechnologyNodeDesignandApplicationDevelopmentAbstract:ThispaperSTC11F32XEmicrocontrollerasthecore,aradiofrequencyidentificationofthecardreaderisdesigned.Thedesign,magneticfieldcouplingantennaisprintedonPCBthroughthemagneticfieldinductiontocollectdataontheICcardsignal(analogsignalhere),thenthedatasignalwillbecollectedbytheantennabacktotheradiofrequencyidentificationchipTRF7960,thisdatasignalagainbepretreatmentedbyTRF7960,namelyoftheanalogsignaldigital,thenwillthedigitalsignalthroughserialcommunicationtransmittedtothewaySTC11F32XEmicrocontroller,12864LCDWwillbedrivedbySTC11F32XEmicrocontroller,willeventuallyICcardofdataoninformationdisplayedin12864ontheLCDpanel.

TheTRF7960chipworks,readerspecifichardwareandsoftwaredesignsolutions,ideasandimplementationaredetailedinthisarticle.Designfeaturestoachievethestepsincludeseekingcards,readersandinterruption,thereadercanachievethetypeofcardISO14443Arecognition.Keywords:Radiofrequencyidentification;Non-touch-typeICcard;Reader;TRF7960;ISO14443A目錄TOC\o"1-3"\h\u21665第1章緒論1161121.1射頻識(shí)別技術(shù)的研究和意義168421.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和開展1259641.3本論文研究內(nèi)容28346第2章無線射頻識(shí)別系統(tǒng)的根本組成及工作原理3156012.1RFID系統(tǒng)根本組成3243702.2無源射頻識(shí)別技術(shù)的根本工作原理3702.3無線射頻識(shí)別工作的物理學(xué)原理4202372.4讀寫器5205662.4.1讀寫器的作用及分類516669讀寫器的根本構(gòu)成562592.5讀寫器天線5130862.5.1讀寫器天線簡介5266302.5.2讀寫器天線設(shè)計(jì)技術(shù)6178602.5.3讀寫器天線制造技術(shù)6219142.6射頻電子標(biāo)簽73987射頻電子標(biāo)簽概述714118無源電子標(biāo)簽的構(gòu)成和工作原理8189842.6.3RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)954772.7客戶機(jī)、效勞器和通信網(wǎng)絡(luò)10660第3章系統(tǒng)方案及其根本架構(gòu)11315563.1方案選擇1124793.2元器件選擇及簡要介紹1124143.2.1TRF7960芯片1130373.2.2STC11F32XE芯片13142023.2.3PL2303芯片介紹14133363.2.4128X64LCD液晶顯示器17141543.2.5無源射頻卡1821654第4章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2074394.1設(shè)計(jì)思路20147904.2本設(shè)計(jì)工作原理20250714.3各模塊設(shè)計(jì)原理圖2031934.3.1TRF7960設(shè)計(jì)原理圖及PCB圖2025584.3.2STC11F32XE單片機(jī)設(shè)計(jì)原理圖21100964.3.3PL2303設(shè)計(jì)原理圖2294124.3.4LCD液晶設(shè)計(jì)原理圖2394054.3.5天線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)2446474.4硬件PCB設(shè)計(jì)及考前須知2516986第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)26182095.1各應(yīng)用子程序介紹26155155.1.1讀寫子程序26176485.1.2初始化TRF7960子程序26217865.1.3獲取ID號(hào)子程序26160775.1.4中斷處理子程序28128115.1.5LCD液晶顯示子程序3026855.2軟件設(shè)計(jì)總體介紹3224853第6章系統(tǒng)硬件與軟件的調(diào)試3367036.1系統(tǒng)硬件的調(diào)試33251326.1.1調(diào)試思路及用到的工具33293166.1.2調(diào)試過程中遇到的問題及解決方法335106.2系統(tǒng)軟件的調(diào)試34260466.2.1子程序編譯34186636.2.2下載調(diào)試36259496.3軟件編寫和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)3910905第7章結(jié)論411465致謝4227481參考文獻(xiàn)437877附錄各硬件效果圖44緒論1.1射頻識(shí)別技術(shù)的研究和意義RFID〔RadioFrequencyIdentification〕無線射頻識(shí)別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)[1]。射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合〔交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)〕實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息到達(dá)識(shí)別目的的技術(shù)。射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽〔射頻標(biāo)簽〕和閱讀器組成。電子標(biāo)簽內(nèi)存有一定格式的電子數(shù)據(jù)，常以此作為待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)性信息。閱讀器與電子標(biāo)簽可按約定的通信協(xié)議互傳信息，通常的情況是由閱讀器向電子標(biāo)簽發(fā)送命令，電子標(biāo)簽根據(jù)收到的閱讀器的命令，將內(nèi)存的標(biāo)識(shí)性數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。射頻識(shí)別系統(tǒng)的另一主要性能指標(biāo)是閱讀距離，也稱為作用距離。在低頻125kHz、高頻13.56MHz頻點(diǎn)上一般均采用無源標(biāo)簽，作用距離在10～30厘米左右[2.3]。在超高頻UHF頻段，無源標(biāo)簽的作用距離可到達(dá)3～10米。

RFID典型應(yīng)用包括：在物流領(lǐng)域用于倉庫管理、生產(chǎn)線自動(dòng)化、日用品銷售；在交通運(yùn)輸領(lǐng)域用于集裝箱與包裹管理、高速公路收費(fèi)與不停車收費(fèi)；在農(nóng)牧漁業(yè)用于羊群、魚類、水果等的管理以及寵物、野生動(dòng)物跟蹤；在醫(yī)療行業(yè)用于藥品生產(chǎn)、病人看護(hù)、醫(yī)療垃圾跟蹤；在制造業(yè)用于零部件與庫存的可視化管理。超高頻和微波RFID射頻識(shí)別作用距離遠(yuǎn)，無源標(biāo)簽廉價(jià)而被備受矚目

市場(chǎng)研究公司IDC指出：2005年整個(gè)RFID在中國的市場(chǎng)容量是4.7億人民幣，到2023年這個(gè)市場(chǎng)會(huì)膨脹到58.7億，其年復(fù)合增長率大約是65.6%。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和開展各國及相關(guān)國際組織都在積極推進(jìn)RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。目前，還未形成完善的關(guān)于RFID的國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前主要的RFID相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有歐美的EPC標(biāo)準(zhǔn)、日本的UID〔UbiquitousID〕標(biāo)準(zhǔn)和ISO18000系列標(biāo)準(zhǔn)[4.5]。

EPC標(biāo)準(zhǔn)由Auto-ID中心及后來成立的EPCglobal負(fù)責(zé)制定。Auto-ID中心于1999年由美國麻省理工大學(xué)〔MIT〕發(fā)起成立，其目標(biāo)是創(chuàng)立全球“實(shí)物互聯(lián)〞網(wǎng)〔internetofthings〕，該中心得到了美國政府和企業(yè)界的廣泛支持。2003年10月26日，成立了新的EPCglobal組織接替以前Auto-ID中心的工作，管理和開展EPC標(biāo)準(zhǔn)[6.7]。

UID〔UbiquitousID〕標(biāo)準(zhǔn)由日本泛在ID中心負(fù)責(zé)制定。日本泛在ID中心由T-Engine論壇發(fā)起成立，其目標(biāo)是建立和推廣物品自動(dòng)識(shí)別技術(shù)并最終構(gòu)建一個(gè)無處不在的計(jì)算環(huán)境。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)頻段沒有強(qiáng)制要求，標(biāo)簽和讀寫器都是多頻段設(shè)備，能同時(shí)支持13.56MHz或2.45GHz頻段。中國在LF〔低頻〕和HF〔高頻〕頻段RFID標(biāo)簽芯片和讀寫器設(shè)計(jì)方面的技術(shù)比擬成熟，HF頻段方面的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)接近國際先進(jìn)水平，已經(jīng)自主開發(fā)出符合ISO14443TypeA、TypeB和ISO15693標(biāo)準(zhǔn)的RFID芯片，并成功地應(yīng)用于交通一卡通和中國二代身份證等工程。國內(nèi)在UHF和微波頻段的標(biāo)簽芯片設(shè)計(jì)和閱讀器設(shè)計(jì)方面起步較晚。國內(nèi)日益重視開展RFID技術(shù)，2005年863方案第三批立項(xiàng)課題中信息技術(shù)領(lǐng)域立項(xiàng)3項(xiàng)RFID相關(guān)研究。國家科技部正在建立RFID與條碼應(yīng)用于物流的綜合示范工程。湖南省科技廳將“射頻標(biāo)識(shí)和基于IPv6的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)〞列為2006年度科技方案工程[8-11]。1.3本論文研究內(nèi)容本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為設(shè)計(jì)平臺(tái)，主要由STC11F32XE單片機(jī)、液晶顯示、電源、鍵盤和USB串口轉(zhuǎn)換、TRF7960無線射頻識(shí)別芯片及外圍電路等模塊組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)IC卡卡號(hào)數(shù)據(jù)的讀取。設(shè)計(jì)通過印制在PCB板上的磁場(chǎng)耦合天線將磁場(chǎng)感應(yīng)收集到IC卡上的數(shù)據(jù)信號(hào)〔這里是模擬信號(hào)〕傳送給TRF7960無線射頻識(shí)別芯片，TRF7960將此信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理即模擬信號(hào)的數(shù)字化，然后將此數(shù)字化后的信號(hào)通過串口通信的方式送入給STC11F32XE單片機(jī)，STC11F32XE單片時(shí)機(jī)驅(qū)動(dòng)12864液晶，最終把IC卡上的數(shù)據(jù)信息顯示在12864液晶屏上。設(shè)計(jì)的ISO14443A型卡的識(shí)別系統(tǒng)充分發(fā)揮了STC11F32XE單片機(jī)具有高速數(shù)據(jù)處理的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，大大降低了電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，該系統(tǒng)具有讀卡準(zhǔn)確，人機(jī)界面友好，穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，具有良好的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)：系統(tǒng)能將ISO14443A型卡的卡號(hào)通過磁場(chǎng)耦合天線讀取到TRF7960芯片中，并通過STC11F32XE使LCD液晶顯示此卡號(hào)。設(shè)計(jì)中采用PL2303芯片實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口的程序燒寫，硬件電路圖和PCB圖均使用AltiumDesigner軟件制作，軟件程序使用Keil51軟件編寫和調(diào)試。無線射頻識(shí)別系統(tǒng)的根本組成及工作原理2.1RFID系統(tǒng)根本組成RFID系統(tǒng)組成包括電子標(biāo)簽(Transponder)、讀寫器(Reader)、客戶機(jī)(Client),效勞器(Server)等四個(gè)局部，如圖2-1所示[6.7]。對(duì)RFID整個(gè)系統(tǒng)而言，讀寫器與標(biāo)簽通過RF電磁場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其數(shù)據(jù)鏈路包含了數(shù)據(jù)的調(diào)制/解調(diào)制、編碼/解碼、防沖突算法以及相關(guān)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等。效勞器客戶機(jī)效勞器客戶機(jī)讀寫器RF電磁場(chǎng)、防沖突算法標(biāo)簽標(biāo)簽標(biāo)簽標(biāo)簽網(wǎng)絡(luò)串口RFID系統(tǒng)由軟件和硬件兩局部組成：軟件局部一般包括應(yīng)用軟件和嵌入式軟件，它們共同支撐著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，完成信息的處理，對(duì)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化管理;硬件局部主要實(shí)現(xiàn)信息的識(shí)別和采集，由讀寫器與電子標(biāo)簽組成。2.2無源射頻識(shí)別技術(shù)的根本工作原理RFID的根本原理就是將RFID電子標(biāo)簽安裝在被識(shí)別的物體上，讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)射一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)被標(biāo)識(shí)的物體進(jìn)入讀寫器的閱讀范圍時(shí)，利用空間電感耦合或者電磁耦合進(jìn)行通訊[15.16]。標(biāo)簽獲得能量被激活，產(chǎn)生感應(yīng)電流，將自身編碼和攜帶的信息通過天線發(fā)送出去，讀寫器接收天線接收從標(biāo)簽發(fā)送過來的載波信號(hào)并通過讀寫器的射頻芯片進(jìn)行解碼，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽和讀寫器之間的非接觸式信息通訊。讀寫器接收到信息通過串口RS232、RS485或者USB接口，將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)送入客戶機(jī)的終端處理系統(tǒng)，主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，根據(jù)不同的設(shè)定進(jìn)行相關(guān)的處理，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給效勞器，從而完成信息的采集過程，以到達(dá)自動(dòng)識(shí)別被標(biāo)識(shí)物體的目的。如果需要對(duì)標(biāo)簽寫入或者修改信息，通過與以上讀取信息相反的順序?qū)⑿畔懭霕?biāo)簽〔可讀寫標(biāo)簽〕。圖2-2RFID工作原理2.3無線射頻識(shí)別工作的物理學(xué)原理⑴電感耦合電感耦合一種變壓器模型，通過空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)原理。適用于低頻和中頻。例如：125KHZ，13.56MHZ等，作用距離有限。圖2-3電感耦合⑵電磁反向散射耦合雷達(dá)原理模型，碰到目標(biāo)后反射同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。適用于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。常用的頻率有433MHZ，915MHZ，2.45GHZ，5.8GHZ等。作用距離可達(dá)3-10m[12]。圖2-4電磁反向散射耦合利用電磁反向散射耦合的反向散射調(diào)制技術(shù)是指無源RFID將數(shù)據(jù)發(fā)送給閱讀器所采用的方式。標(biāo)簽返回?cái)?shù)據(jù)的方式是控制天線的阻抗，方法有多種，都是基于一種阻抗開關(guān)的方法。實(shí)際采用的阻抗開關(guān)有變?nèi)荻O管、邏輯門與高速開關(guān)等。2.4讀寫器讀寫器的作用及分類讀寫器是讀取或擦寫標(biāo)簽數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備，也可稱為閱讀器，可外接天線，用于發(fā)送和接收射頻信號(hào)，分為手持式(便攜式)或固定式兩種。讀寫器是負(fù)責(zé)讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備，讀寫器可以是單獨(dú)的整體，也可以作為部件的形式嵌入到其他系統(tǒng)中。讀寫器可以單獨(dú)具有讀寫、顯示和數(shù)據(jù)處理等功能，也可與計(jì)算機(jī)或其它系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，完成對(duì)射頻標(biāo)簽的相關(guān)操作。由于RFID系統(tǒng)大多采用“讀寫器優(yōu)先〞的工作方式，因此成為整個(gè)RFID系統(tǒng)的通信中心，主要具有以下功能:〔1〕通過高頻載波為標(biāo)簽提供工作所需的能量；〔2〕通過發(fā)射/接收射頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)與標(biāo)簽之間的通信功能；〔3〕與客戶機(jī)之間通過標(biāo)準(zhǔn)接口如RS232/485、USB等，實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用系統(tǒng)軟件通信；〔4〕通過基帶局部實(shí)現(xiàn)相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；〔5〕對(duì)標(biāo)簽中所存儲(chǔ)的信息實(shí)現(xiàn)閱讀、寫入以及修改等功能；〔6〕具有防沖突功能，在讀寫范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽的同時(shí)識(shí)別；〔7〕對(duì)讀寫器與標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密解密等平安設(shè)置和身份驗(yàn)證。通常，讀寫器可以按照體積和用途分為小型、手持型、面板型、隧道型以及出入通道型和大型通道型等幾類[13]。讀寫器的根本構(gòu)成讀寫器(即讀寫器)是整個(gè)RFID系統(tǒng)中重要的組成局部之一，由收發(fā)射頻模塊、控制模塊、天線和接口電路組成，如圖2-5所示。應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件接口電路控制信號(hào)編碼協(xié)議射頻模塊天線標(biāo)簽接收數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)圖2-5讀寫器的簡單結(jié)構(gòu)圖2.5讀寫器天線讀寫器天線簡介天線是一種以電磁波形式把無線電收發(fā)機(jī)的射頻信號(hào)功率接收或輻射出去的裝置。天線按工作頻段可分為長波、短波、超短波以及微波天線等；按方向性可分為全向天線、定向天線等；按外形可分為線狀天線、面狀天線等。在RFID系統(tǒng)中，天線分為標(biāo)簽天線和讀寫器天線兩種情況，當(dāng)前的RFID系統(tǒng)主要集中在LF、HF(13.56MHz)、UHF和微波頻段。天線的原理和設(shè)計(jì)在LF、HF和UHF頻段有根本上的不同。實(shí)質(zhì)上，由于在LF和HF頻段系統(tǒng)近場(chǎng)區(qū)并沒有電磁波的傳播，因此天線的問題主要集中在UHF和微波頻段。讀寫器天線設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)于近距離13.56MHzRFID應(yīng)用(<10cm)，比方門禁系統(tǒng)，天線一般和讀寫器集成在一起，對(duì)于遠(yuǎn)距離13.56MHz(10cm～1m)或者UHF頻段(<3m)的RFID系統(tǒng)，天線和讀寫器采取別離式結(jié)構(gòu)，并通過阻抗匹配的同軸電纜連接到一起。由于讀寫器結(jié)構(gòu)、安裝和使用環(huán)境等變化多樣，并且讀寫器產(chǎn)品朝著小型化甚至超小型化開展，天線設(shè)計(jì)面臨新的挑戰(zhàn)[14]。讀寫器天線設(shè)計(jì)要求低剖面、小型化以及多頻段覆蓋。對(duì)于別離式讀寫器，還將涉及到天線陣的設(shè)計(jì)問題。國外已經(jīng)開始研究讀寫器應(yīng)用的智能波束掃描天線陣，讀寫器可以按照一定的處理順序,“智能〞的翻開和關(guān)閉不同的天線，使系統(tǒng)能夠感知不同天線覆蓋區(qū)域的標(biāo)簽，增大系統(tǒng)覆蓋范圍。它還涉及到小型化的問題帶來的低效率、低增益問題，這同樣是國內(nèi)國外共同關(guān)注的研究課題。讀寫器天線制造技術(shù)目前，有三種天線制造技術(shù)：蝕刻/沖壓天線〔etched/punchedantenna〕、印刷天線〔printedantenna〕和繞線式天線[8-11]。在國際上，目前一般都采用蝕刻/沖壓天線為主，其材料一般為鋁或者銅，因?yàn)槠淠芴峁┳畲罂赡艿男盘?hào)給標(biāo)簽上的芯片，并且在標(biāo)簽的方向性和天線的極化等特性上都能與讀卡機(jī)的詢問信號(hào)相匹配，同時(shí)在天線的阻抗，應(yīng)用到物品上的射頻的性能，以及在有其他的物品圍繞貼標(biāo)簽物品時(shí)的射頻性能等方面都有很好的表現(xiàn)，但是它唯一的缺點(diǎn)就是本錢太高。導(dǎo)電油墨從只用絲網(wǎng)印刷擴(kuò)展到膠印、柔性版印刷、凹印，其技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了RFID標(biāo)簽的生產(chǎn)和使用。現(xiàn)在隨著新型導(dǎo)電油墨的不斷開發(fā)，印刷天線的優(yōu)勢(shì)越來越突出。導(dǎo)電油墨是由細(xì)微導(dǎo)電粒子或其他特殊材料(如導(dǎo)電的聚合物等)組成，印刷到承印物上后，起到導(dǎo)線、天線和電阻的作用。這種油墨印刷在柔性或硬質(zhì)承印物上可制成印刷電路，用導(dǎo)電油墨印制的天線可接收RFID專用的無線電信號(hào)。其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在導(dǎo)電效果出色和本錢降低。在頻率較低的標(biāo)簽中，通常采用線圈天線形式；頻率較高的標(biāo)簽通常為印刷貼片天線形式。其印刷工藝是在紙板、聚脂、聚苯乙烯等材料上用金屬、聚合物等導(dǎo)電墨水〔主要成分為銀和鋁等金屬〕印刷出天線圖形，印刷貼片天線技術(shù)在國外已經(jīng)成功應(yīng)用，但是國內(nèi)由于設(shè)備價(jià)格昂貴很少引進(jìn)。即便在國外，印刷技術(shù)的印刷分辨率、套準(zhǔn)精度、必要的隔離層和干凈的印刷環(huán)境上還有待實(shí)質(zhì)性的改善和提高。我國具備一定的利用導(dǎo)電油墨(如導(dǎo)電銀漿)進(jìn)行天線的加工的能力，但是印刷分辨率、套準(zhǔn)精度、必要的隔離層和干凈的印刷環(huán)境上還有待實(shí)質(zhì)性的改善和提高。2.6射頻電子標(biāo)簽射頻電子標(biāo)簽概述電子標(biāo)簽也稱為射頻標(biāo)簽、射頻卡或應(yīng)答器，是射頻識(shí)別系統(tǒng)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和信息的電子裝置，由耦合元件(天線)及芯片(包括控制模塊和存儲(chǔ)單元)組成，每個(gè)標(biāo)簽由唯一的電子標(biāo)示碼確定，附著在被標(biāo)識(shí)的對(duì)象上，存儲(chǔ)被識(shí)別對(duì)象的相關(guān)信息，其外形多種多樣，有卡、鈕扣、標(biāo)簽等多種樣式。實(shí)際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在被識(shí)別物體的外表，讀寫器非接觸式的讀取存儲(chǔ)在標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，處理以后送給中央信息系統(tǒng)進(jìn)行管理。其主要作用是存儲(chǔ)相關(guān)的識(shí)別信息，并與讀寫器之間實(shí)現(xiàn)通信，在特定條件下還可以具備自毀(Kill)功能，從而保證標(biāo)簽內(nèi)的信息不會(huì)外泄，具有一定的保密能力。一般按供電方可以分為有源、無源、半有源等三類[8-11]。⑴有源標(biāo)簽:內(nèi)部裝有電池，一般具有較遠(yuǎn)的閱讀距離，其閱讀距離最遠(yuǎn)甚至可以到達(dá)24m，缺乏之處是電池的壽命有限，大多為3到10年，在實(shí)際應(yīng)用中需要不斷進(jìn)行維護(hù)并且有一定的失效率，其本錢也就相對(duì)較高，一旦電池失效標(biāo)簽即喪失功能，一般應(yīng)用在對(duì)性能要求較高、讀寫距離要求較遠(yuǎn)的場(chǎng)合。⑵無源標(biāo)簽：內(nèi)部沒有電池，主要通過接收讀寫器發(fā)出的射頻信號(hào)，將射頻電磁波能量轉(zhuǎn)化為直流電源提供給芯片工作，而標(biāo)簽通過負(fù)載切換或反向散射的方式與讀寫器實(shí)現(xiàn)通信。盡管在閱讀距離等方面會(huì)受到一定的限制，但與有源標(biāo)簽相比，無源標(biāo)簽具有較為低廉的本錢以及廣泛的適應(yīng)性，使其在物流、車輛管理、倉儲(chǔ)管理、零售業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其工作距離一般不會(huì)超過l0m.⑶半有源標(biāo)簽:與有源標(biāo)簽類似，內(nèi)部設(shè)有電池，通常情況下可以作為有源標(biāo)簽使用10年以上，在電池耗盡后可以繼續(xù)作為無源電子標(biāo)簽使用，從而進(jìn)一步降低本錢，延長了標(biāo)簽的使用壽命，并節(jié)省了資源。有源工作條件下，其工作距離大于l0m，在無源條件下，其距離為3m到5m，其可以有效替代有源標(biāo)簽，成為RFID電子標(biāo)簽的一個(gè)新研究領(lǐng)域。此外，標(biāo)簽還可以有很多其他不同的分類方法，如按工作頻率分為低頻(LF),高頻(HF)和超高頻(UHF):按照作用距離分為近耦合、疏耦合和遙耦合；按照信息存儲(chǔ)方式分為只讀型和可讀寫型；按照通信方式分為全雙工、半雙工和時(shí)序系統(tǒng)；按調(diào)制方式可分為負(fù)載調(diào)制、次載波調(diào)制、ASK和數(shù)字調(diào)制等。無源電子標(biāo)簽的構(gòu)成和工作原理絕大多數(shù)射頻識(shí)別系統(tǒng)是根據(jù)電感藕合的原理進(jìn)行工作的，讀寫器在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的控制下發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，并使用這些能量向讀寫器發(fā)送出自身的數(shù)據(jù)和信息，該信息被讀寫器接收并解碼后送至中央信息管理系統(tǒng)行相關(guān)的處理，這一信息的收集和處理過程都是以無線射頻通信方式進(jìn)行的。低頻和中頻主要適用于距離短、本錢低的應(yīng)用中，而高頻系統(tǒng)那么適用于識(shí)別距離長、讀寫數(shù)據(jù)速率快的場(chǎng)合。正常情況下，頻率越高，讀寫的速度就越快，數(shù)據(jù)的傳輸效率就越高。根據(jù)射頻識(shí)別系統(tǒng)的根本工作方式來劃分，可分為全雙工和半雙工系統(tǒng)以及時(shí)序系統(tǒng)。在全雙工和半雙工系統(tǒng)中，由于與讀寫器發(fā)送的信號(hào)相比，標(biāo)簽的應(yīng)答信號(hào)很微弱，所以必須使用適宜的傳輸方法，將標(biāo)簽的應(yīng)答信號(hào)和讀寫器的查詢信號(hào)相區(qū)別。另外，在這兩種系統(tǒng)中，從讀寫器到應(yīng)答器的能量傳輸是連續(xù)的，與數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较驘o關(guān)。采用無源電子標(biāo)簽的RFID系統(tǒng)，每個(gè)被標(biāo)記的物品都貼有一個(gè)無源標(biāo)簽。電子標(biāo)簽由射頻和模擬局部、數(shù)字基帶處理局部和存儲(chǔ)器構(gòu)成。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)著物品對(duì)應(yīng)的唯一識(shí)別代碼，其工作所需的能量及系統(tǒng)時(shí)鐘均從讀寫器電磁場(chǎng)獲取，標(biāo)簽本身不含有電源，其能量的獲取和利用效率決定其識(shí)別、讀寫距離，故低功耗設(shè)計(jì)十分必要。讀寫器到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳遞方式一般為調(diào)幅鍵控(ASK)，調(diào)頻鍵控(FSK)和調(diào)相鍵控(PSK)；標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳遞方式一般分為負(fù)載調(diào)制和反向散射調(diào)制兩種。負(fù)載調(diào)制:其電感耦合屬于一種變壓器耦合，即作為初級(jí)線圈的讀寫器和作為次級(jí)線圈的標(biāo)簽之間的耦合。只要兩者線圈之間的距離不大于0.16(波長)，并且標(biāo)簽處于發(fā)送天線的近場(chǎng)內(nèi)，變壓器耦合就是有效的。如果把諧振的標(biāo)簽(標(biāo)簽的固有諧振頻率與讀寫器的發(fā)送頻率相符合)放入讀寫器天線的交變磁場(chǎng)中，那么該標(biāo)簽就從磁場(chǎng)中獲得能量。標(biāo)簽天線上負(fù)載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離標(biāo)簽對(duì)天線電壓的振幅調(diào)制。如果人們通過數(shù)據(jù)控制負(fù)載電壓的接通和斷開，那么這些數(shù)據(jù)就能從標(biāo)簽傳輸?shù)阶x寫器，這種數(shù)據(jù)傳輸方式稱為負(fù)載調(diào)制。但是讀寫器天線與標(biāo)簽天線之間的耦合很弱，讀寫器天線輸入有用信號(hào)的電壓波動(dòng)在數(shù)量級(jí)上比讀寫器的輸出電壓小，因此很難檢測(cè)出來。此時(shí)如果標(biāo)簽的附加電阻以很高的頻率接通或者斷開，那么在讀寫器的發(fā)送頻率上會(huì)產(chǎn)生兩條譜線，很容易檢測(cè)到，這種新的根本頻率稱為副載波，這種調(diào)制稱為負(fù)載波調(diào)制[2.3]。反向散射調(diào)制:電磁反向散射耦合方式一般應(yīng)用于高頻系統(tǒng)，對(duì)高頻系統(tǒng)來說，隨著頻率的上升，信號(hào)的穿透性越來越差，而反射性卻越來越明顯。在高頻電磁耦合的RFID系統(tǒng)中，當(dāng)讀寫器發(fā)射的載頻信號(hào)輻射到標(biāo)簽時(shí)，標(biāo)簽中的調(diào)制電路通過待傳輸?shù)男盘?hào)來控制電路是否與天線相匹配，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的幅度調(diào)制。當(dāng)匹配時(shí)，讀寫器發(fā)射的信號(hào)被吸收。反之，信號(hào)被反射。在時(shí)序法中讀寫器到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)和能量傳輸與標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸在時(shí)間上是交錯(cuò)進(jìn)行的。讀寫器的發(fā)送器交替工作，其電磁場(chǎng)周期性地?cái)嚅_或連通，這些間隔被標(biāo)簽識(shí)別出來，并被應(yīng)用于標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸。在讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)的間歇時(shí)刻，標(biāo)簽的能量供給中斷，必須通過足夠大的輔助電容進(jìn)行能量的補(bǔ)償。在充電過程中，標(biāo)簽的芯片切換到省電或備用模式，從而使接收到的能量幾乎完全用于充電電容的充電。充電結(jié)束后，標(biāo)簽芯片上的振蕩器被激活，其產(chǎn)生的弱交變磁場(chǎng)能被讀寫器所接收，當(dāng)所有的數(shù)據(jù)發(fā)送完后，激活放電模式以使充電電容放電。由于標(biāo)簽和讀寫器之間的數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過無線空間傳輸信道，因此在射頻技術(shù)的使用中，容易遇上干擾，干擾帶來的直接影響是通信過程的數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。當(dāng)標(biāo)簽接收到的數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)可能導(dǎo)致下面的結(jié)果:標(biāo)簽錯(cuò)誤地響應(yīng)讀寫器的命令，造成工作狀態(tài)混亂或錯(cuò)誤地進(jìn)入休眠狀態(tài)。而當(dāng)讀寫器接收到標(biāo)簽數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)，可能導(dǎo)致讀寫器不能正常識(shí)別標(biāo)簽或?qū)⒁粋€(gè)標(biāo)簽判斷為另一個(gè)標(biāo)簽。在RFID系統(tǒng)中，可以采用的抗干擾方法有:數(shù)據(jù)校驗(yàn)和信道編碼。通過數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)方法，系統(tǒng)可以檢驗(yàn)出受到干擾出錯(cuò)的數(shù)據(jù)，最常使用的校驗(yàn)方法是奇偶校驗(yàn)法、縱向冗余校驗(yàn)法和循環(huán)冗余碼校驗(yàn)法等。奇偶校驗(yàn)法在數(shù)據(jù)傳輸前必須確定是采用偶數(shù)校驗(yàn)還是奇數(shù)校驗(yàn)，以保證發(fā)送器和接收器都采用同樣的方法進(jìn)行校驗(yàn)，其算法簡單且被廣泛使用。縱向冗余校驗(yàn)算法那么主要用于快速校驗(yàn)很小的數(shù)據(jù)塊。循環(huán)冗余碼校驗(yàn)法雖然不能校正錯(cuò)誤，但是它能夠以很高的可靠性識(shí)別傳輸錯(cuò)誤。另外可通過對(duì)數(shù)據(jù)的信道編碼來提高數(shù)據(jù)傳輸過程中的抗干擾能力和對(duì)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)和檢錯(cuò)能力。在很多場(chǎng)合下，在讀寫器范圍內(nèi)存在多個(gè)待識(shí)別的標(biāo)簽，射頻識(shí)別系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是讀寫器在很短時(shí)間內(nèi)對(duì)多個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別。從讀寫器到標(biāo)簽的通信，類似于無線電播送方式，多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)接收到同一個(gè)讀寫器發(fā)送的數(shù)據(jù)流，這種通信形式也被稱為無線電播送;在讀寫器的作用范圍內(nèi)有多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)向它發(fā)送數(shù)據(jù)，這種形式被稱為多路存取。在后一種通信方式中，為了防止由于多個(gè)標(biāo)簽數(shù)據(jù)在讀寫器的接收機(jī)中相互干擾而不能準(zhǔn)確讀出，必須采用防碰撞方法來加以解決[17]。RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)天線的目標(biāo)是傳輸最大的能量進(jìn)出標(biāo)簽芯片，這需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)天線和自由空間以及其相連的標(biāo)簽芯片的匹配，當(dāng)工作頻率增加到微波區(qū)域的時(shí)候，天線與標(biāo)簽芯片之間的匹配問題變得更加嚴(yán)峻[18]。一直以來，標(biāo)簽天線的開發(fā)基于的是50或者75歐姆輸入阻抗，而在RFID應(yīng)用中，芯片的輸入阻抗可能是任意值，并且很難在工作狀態(tài)下準(zhǔn)確測(cè)試，缺少準(zhǔn)確的參數(shù)，天線的設(shè)計(jì)難以到達(dá)最正確。相應(yīng)的小尺寸以及低本錢等要求也對(duì)天線的設(shè)計(jì)帶來挑戰(zhàn)，天線的設(shè)計(jì)面臨許多難題。標(biāo)簽天線特性受所標(biāo)識(shí)物體的形狀及物理特性影響，標(biāo)簽到貼標(biāo)簽物體的距離，貼標(biāo)簽物體的介電常數(shù)，金屬外表的反射，局部結(jié)構(gòu)對(duì)輻射模式的影響等都將影響天線的性能。2.7客戶機(jī)、效勞器和通信網(wǎng)絡(luò)在RFID系統(tǒng)中，客戶機(jī)主要用于實(shí)現(xiàn)與讀寫器之間的通信功能，讀寫器可以通過RS232/485、USB等標(biāo)準(zhǔn)接口與客戶機(jī)進(jìn)行通信，進(jìn)而通過通信網(wǎng)絡(luò)與效勞器進(jìn)行連接，通過效勞器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的管理，從而構(gòu)成一個(gè)完整的信息管理平臺(tái)。系統(tǒng)方案及其根本架構(gòu)3.1方案選擇無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)作為一項(xiàng)先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù),已經(jīng)廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)制造、物流管理、公共平安等各個(gè)領(lǐng)域,并帶動(dòng)了讀寫機(jī)具和各類應(yīng)用產(chǎn)品及系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。目前,在我國應(yīng)用于13.56MHz的無線射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域主要有2個(gè)ISO標(biāo)準(zhǔn),一個(gè)是ISO14443,另一個(gè)是ISO15693。ISO14443定義了TYPEA、TYPEB兩種類型協(xié)議,通信速率為106kb/s,它們的區(qū)別主要在于載波的調(diào)制深度及位的編碼方式。ISO15693讀寫距離較遠(yuǎn),而ISO14443讀寫距離稍近,但后者應(yīng)用較廣泛。這三種協(xié)議的卡在各個(gè)領(lǐng)域都有著比擬廣泛的應(yīng)用,而國內(nèi)現(xiàn)有的13.56MHz的射頻讀卡器,一般僅支持一種協(xié)議,且功能較為單一?；谶@種現(xiàn)狀,本文提出了基于TI公司的TRF7960射頻芯片和宏晶公司的STC11F32XE高速單片機(jī)來設(shè)計(jì)多協(xié)議射頻讀卡器的設(shè)計(jì)方案。在該讀卡器上擴(kuò)展了液晶LCD以及USB芯片PL2303等外圍設(shè)備。LCD可以顯示各種圖形和漢字,USB芯片使得該讀卡器省去了串口和電源供電端口,可以通過該USB接口和PC管理軟件通信。該讀卡器使用方便、簡單、本錢低、電路運(yùn)行穩(wěn)定,可以應(yīng)用到各種場(chǎng)合。3.2元器件選擇及簡要介紹TRF7960芯片⑴選擇理由：TRF7960是TI(德州儀器)公司推出的高頻(13.56MHz)多標(biāo)準(zhǔn)射頻識(shí)別(RFID)閱讀器IC產(chǎn)品系列之一[2.3]。TRF7960采用超小32pinQFN的高級(jí)封裝設(shè)計(jì),支持ISO/IEC14443A/B、ISO/IEC15693、ISO/IEC1800023。采用TRF7960的讀卡器為微控制器提供了內(nèi)部時(shí)鐘,只需1個(gè)13.56MHz的晶振就能工作,而不需要2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)晶體,從而有助于降低終端讀卡器產(chǎn)品的總物料單本錢。由于組件很少,讀卡器IC耗電、占用的空間也很少,因此可以解決敏感度和噪聲衰減問題。其他集成功能還包括故障檢查、數(shù)據(jù)格式化、成幀以及適合多讀卡器環(huán)境的防碰撞支持等。TRF7960與微控制器之間通信可以使用8位并行或者串行(SPI)的靈活的通信方式。該芯片還具有寬泛的操作電壓(2.7～5.5V)。TRF7960非常適用于平安訪問控制、產(chǎn)品認(rèn)證以及非接觸支付系統(tǒng)等應(yīng)用。⑵TRF7960引腳圖。圖3-1TRF7960引腳圖⑶引腳功能表3-1TRF7960引腳功能引腳名引腳編號(hào)功能VDD_A1內(nèi)部穩(wěn)壓電源，采用〔2.7V～3.4V〕的模擬電路VIN2接外部電源〔2.7V～5.5V〕VDD_RF3內(nèi)部穩(wěn)壓電源(2.7V～5V時(shí)),通常與VDD_PA連接VDD_PA4供給用于PA，通常外部連接到VDD_RF〔引腳3〕TX_OUT5射頻輸出端VSS_RF6負(fù)電源為PA，通常接地VSS_RX7負(fù)電源為RX，通常接地RX_IN18AM接收RX_IN29PM接收VSS10芯片接地端BAND_GAP11帶隙電壓，內(nèi)部模擬參考電壓，必須采用交流旁路到地ASK/OOK12低電平為ASK調(diào)制，高電平為OOK調(diào)試IRQ13中斷請(qǐng)求引腳MOD14模式選擇端VSS_A15通常接地VDD_IO16為I/O供電I/O_017并行輸入/輸出I/O_118并行輸入/輸出I/O_219并行輸入/輸出I/O_320并行輸入/輸出I/O_421并行輸入/輸出I/O_522并行輸入/輸出I/O_623并行輸入/輸出I/O_724并行輸入/輸出EN225脈沖使能和掉電模式的選擇，可以用于脈沖喚醒掉電模式DATA_CLK26為外部MCU提供時(shí)鐘信號(hào)SYS_CLK27EN=1時(shí)，單片機(jī)的時(shí)鐘輸入端(3.39/6.78/13.56MHz)。如果EN=0，EN2=1系統(tǒng)時(shí)鐘為60KHzEN28使能端，EN=0芯片不工作VSS_D29通常接地OSC_OUT30晶振輸出OSC_IN31晶振輸入VDD_X32內(nèi)部穩(wěn)壓電源〔采用2.7V～3.4V〕的外部電路〔單片機(jī)〕STC11F32XE芯片⑴選擇STC11F32XE的理由：STC11F32XE單片機(jī)是宏晶科技公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī),是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8～12倍[1]。內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路,可用在高速通信、智能控制、強(qiáng)干擾等場(chǎng)合。STC11F32XE內(nèi)部有32KB的Flash,29KB的EEPROM和1280字節(jié)的SRAM。本文采用的STC11F32XE是LQFP44引腳,除了EA、ALE、PSEN和RST引腳可以定義為通用I/O外,還多了1個(gè)P4口。編程支持ISP下載功能,使用起來比擬方便。⑵STC11F32XE單片機(jī)管腳圖如以下圖所示。圖3-2STCF1132XE單片機(jī)管腳圖3.2.3PL2303芯片介紹⑴選擇理由：PL2303是Prolific公司生產(chǎn)的USB總線轉(zhuǎn)接芯片,可以實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口,用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串行口,或者將普通的串口設(shè)備直接升級(jí)到USB總線。PL2303完全兼容USB1.1、USB2.0；3～5V調(diào)節(jié)輸出,可以滿足不同的電壓輸出接口；全雙工發(fā)送和接收(RXD、TXD)；MODEM控制線(RTS、CTS、DTR、DSR、DCD和RI)；5、6、7或8位數(shù)據(jù)格式;奇偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)；1位、1位半或2位停止位；可編程的波特率75b/s～6Mb/s等。因此,PL2303是移動(dòng)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的理想選擇,其小封裝能夠嵌入任何連接件和手持設(shè)備。PL2303在工作模式和休眠模式都具有很低的功耗,非常適合總線供電場(chǎng)合使用。USB芯片使得該讀卡器省去了串口和電源供電端口,可以通過該USB接口和PC管理軟件通信。⑵PL2303相關(guān)介紹PL2303是Prolific公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器，可提供一個(gè)RS232全雙工異步串行通信裝置與USB功能接口便利聯(lián)接的解決方案。該器件內(nèi)置USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的UART，只需外接幾只電容就可實(shí)現(xiàn)USB信號(hào)與RS232信號(hào)的轉(zhuǎn)換，能夠方便嵌入到各種設(shè)備，所以2000年左右開始Armjishu經(jīng)常推薦使用該款芯片；該器件作為USB/RS232雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機(jī)接收USB數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面從RS232外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送回主機(jī)。這些工作全部由器件自動(dòng)完成，開發(fā)者無需考慮固件設(shè)計(jì)。PL2303的高兼容驅(qū)動(dòng)可在大多操作系統(tǒng)上模擬成傳統(tǒng)COM端口,并允許基于COM端口應(yīng)用可方便地轉(zhuǎn)換成USB接口應(yīng)用，通訊波特率高達(dá)6Mb/s。在工作模式和休眠模式時(shí)都具有功耗低，是嵌入式系統(tǒng)手持設(shè)備的理想選擇。⑶PL2303特性：①完全符合USB標(biāo)準(zhǔn)2.0〔全速兼容〕；②片內(nèi)擁有12MHz的晶體振蕩器；③完全兼容USB1.1協(xié)議；④可調(diào)節(jié)的3～5V輸出電壓，滿足3V、3.3V和5V不同應(yīng)用需求；⑤為外部串行接口提供電源；⑥支持從外部MODEM信號(hào)遠(yuǎn)程喚醒；⑦支持RS232這樣的串行接口。⑷PL2303引腳圖如以下圖所示。圖3-3PL2303引腳圖⑸引腳功能描述表3-2PL2303引腳功能引腳名字類型功能描述1TXD輸出數(shù)據(jù)輸出到串口2DYR_N輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好，低電平有效3RST_N輸出發(fā)送請(qǐng)求，低電平有效4VDD_325電源RS232的電源，為串行端口的電源引腳；串口為3.3V這里為3.3V；串口為2.5V這里為2.5V5RXD輸入串口數(shù)據(jù)輸入6RI_N輸入/輸出串行端口7GND電源接地8NC無連接9DSR_N輸入/輸出串行端口〔數(shù)據(jù)集就緒〕10DCD_N輸入/輸出串行端口〔數(shù)據(jù)載波檢測(cè)〕11CTS_N輸入/輸出串行端口〔去除發(fā)送〕12SHTD_N輸出控制RS232收發(fā)器關(guān)機(jī)13EE_CLK輸入/輸出串行EEPROM時(shí)鐘14EE_DATA輸入/輸出串行EEPROM數(shù)據(jù)15DP輸入/輸出USB端口D+信號(hào)16DM輸入/輸出USB端口D-信號(hào)17VO_33常規(guī)3.3V電壓輸出18GND接地19NC無連接20VDD_5電源USB端口的5V電壓電源21GND接地22GP0輸入/輸出通用I/O引腳023GP1輸入/輸出通用I/O引腳124NC無連接25GND_A模擬地鎖相環(huán)26PLL_TEST輸入PLL鎖相環(huán)測(cè)試模式控制27OSC1輸入晶體振蕩器輸入28OSC2輸入/輸出晶體振蕩器輸出3.2.4128X64LCD液晶顯示器⑴選擇原因：帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不管硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。⑵根本特性：①低電源電壓〔VDD:+3.0～+5.5V)；②顯示分辨率:128×64點(diǎn)；③內(nèi)置漢字字庫，提供8192個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字(簡繁體可選)；④內(nèi)置128個(gè)16×8點(diǎn)陣字符；⑤2MHz時(shí)鐘頻率；⑥顯示方式：STN、半透、正顯；⑦驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY,1/5BIAS；⑧無需片選信號(hào)，無需外加負(fù)壓，工作溫度:0℃～+55℃,存儲(chǔ)溫度:-20℃～+60℃；⑨背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5～1/10；⑩通訊方式：串行、并口可選、內(nèi)置AC-DC轉(zhuǎn)換電路。⑶模塊接口說明表3-3液晶模塊接口說明管腳號(hào)管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V電源地2VCC3.0～5.0V電源正3V0-比照度〔亮度〕調(diào)整4RS(CS〕H/LRS=“H〞,表示DB7——DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=“L〞,表示DB7——DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H〞,E=“H〞,數(shù)據(jù)被讀到DB7～DB0R/W=“L〞,E=“H→L〞,DB7——DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號(hào)7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式〔見注釋1〕16NC-空腳17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效〔見注釋2〕18VOUT-LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19AVDD背光源正端〔+5V〕〔見注釋3〕20KVSS背光源負(fù)端〔見注釋3〕無源射頻卡本設(shè)計(jì)選擇ISO14443TypeA型卡作為電子標(biāo)簽。選擇原因：購置方便。對(duì)ISO14443TypeA型卡的描述根據(jù)ISO14443的國際標(biāo)準(zhǔn)可分為四個(gè)局部：物理特性、射頻接口、初始化和防碰撞、傳輸協(xié)議。這里對(duì)物理特性和射頻接口作簡要說明。物理特性這局部規(guī)定了14443TypeA型卡的機(jī)械性能：尺寸為85.72mm×54.03mm×0.76mm±容差。此外，這局部還有對(duì)彎曲和扭曲試驗(yàn)的附加說明以及用紫外線、X射線和電磁射線的輻射試驗(yàn)的附加說明。射頻接口14443TypeA型IC卡的能量是由發(fā)射頻率為13.56MHz的讀寫器的交變磁場(chǎng)提供的。IC卡中包含一個(gè)大面積的天線線圈，一般有3～6圈導(dǎo)線。由讀寫器產(chǎn)生的磁場(chǎng)不允許超過或低于極限值，即1.5A/m≤H≤7.5A/m。Hmin≤1.5A/m是因?yàn)榻詈螴C卡的動(dòng)作場(chǎng)強(qiáng)Hmin只有在以下情況才有保證：通過產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)恰好為1.5A/m的讀寫器在與發(fā)送天線的距離x=0時(shí)能夠讀出具有運(yùn)動(dòng)場(chǎng)強(qiáng)為Hmin=1.5A/m的IC卡。如果讀寫器和近耦合IC卡的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)強(qiáng)是的，那么可以估計(jì)系統(tǒng)的作用距離。當(dāng)IC卡的場(chǎng)強(qiáng)為1.5A/m時(shí)，作用距離為10cm。對(duì)于14443TypeA卡來說，規(guī)定使用改良的米勒〔Miller〕編碼的100%振幅鍵控制作作為從讀寫器到IC卡傳輸數(shù)據(jù)的調(diào)試方法。為了保證對(duì)IC卡的不間斷的能量供給，回掃間隙的長度大約只有2～3us。標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)規(guī)定了由讀寫器產(chǎn)生的高頻信號(hào)進(jìn)入起振和停振狀態(tài)時(shí)對(duì)回掃間隙的要求。為了從IC卡到讀寫器傳輸數(shù)據(jù)，使用副載波的負(fù)載調(diào)制方法。副載波頻率為fH=847kHz〔13.56MHz/16〕。副載波的調(diào)制是通過對(duì)曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)流的副載波的鍵控來完成的。在這兩個(gè)傳輸方向上，波特率fBd=106kbit/s〔13.56MHz/128〕。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)采用USB接口供電和下載，接通USB電源線之后紅色LED燈亮，說明供電正常。JP2的2腳、4腳分別連接PL2303芯片的USB_TXD、USB_RXD，JP2的1腳、3腳分別連接單片機(jī)的P3.1、P3.0〔即單片機(jī)的TXD、RXD引腳〕。下載程序時(shí)用兩根杜邦線分別連接JP2的2、4腳和1、3腳，再通過串口調(diào)試軟件向單片機(jī)寫程序，程序下載成功后可以拔掉杜邦線。因?yàn)槭状问褂肞L2303下載程序，在本設(shè)計(jì)中還使用MAX232集成了一個(gè)串口下載局部以防止USB接口不能成功下載。為了能使該讀卡器可以應(yīng)用在諸如圖書館圖書管理方面和其他需要需要漢字顯示的場(chǎng)合,采用了華邦公司生產(chǎn)的串行存儲(chǔ)器W25X80用以存儲(chǔ)字符庫，但實(shí)際調(diào)試過程中并沒有使用。為了使用STC11F32XE單片機(jī)內(nèi)部1KB的擴(kuò)展SRAM，此處采用8位并行模擬總線接口方式，用單片機(jī)的P0口和TRF7960的D0～D7相連，用P4.6、P4.1、P3.2作為控制線分別和TRF7960的DATA_CLK、EN、IRQ引腳相連。單片機(jī)和TRF7960以及液晶局部供電通過開關(guān)〔JP1〕來管理。天線使用印制板天線集成現(xiàn)在電路板上。4.2本設(shè)計(jì)工作原理接通電源后，讀寫器天線發(fā)送頻率為13.56MHz的電磁波，假設(shè)有支持14443協(xié)議的射頻卡進(jìn)入天線磁場(chǎng)范圍，讀寫器讀取射頻卡的標(biāo)簽序列號(hào)，同時(shí)TRF7960對(duì)單片機(jī)發(fā)送中斷請(qǐng)求，單片機(jī)接收TRF7960的中斷請(qǐng)求，TRF7960通過八位并行I/O口將讀取到的標(biāo)簽序列號(hào)發(fā)送給STC單片機(jī)的P0口。單片機(jī)讀取序列號(hào)后將此序列號(hào)發(fā)送給液晶顯示器顯示。4.3各模塊設(shè)計(jì)原理圖TRF7960設(shè)計(jì)原理圖及PCB圖該局部主要難度在于射頻前端電路的設(shè)計(jì)，這局部電路為天線提供阻抗匹配，對(duì)讀寫成功與否起決定性作用。TRF7960集成了最優(yōu)解決方案，在芯片外部設(shè)計(jì)了2個(gè)信號(hào)接收端口RX_AM和RX_PM，內(nèi)部接收局部使用1個(gè)信號(hào)強(qiáng)度指示器(ReceivedSignalStrengthIndicator,RSSI)，RSSI不斷檢測(cè)接收引腳RX_AM和RX_PM信號(hào)強(qiáng)度，用以控制芯片內(nèi)部接收電路選擇最優(yōu)的信號(hào)端口。在天線線圈和收發(fā)電路之間，使用一些容值較小的濾波電容，這樣可以增大射頻系統(tǒng)抗干擾的能力。TI公司在TRF7960的DATASHEET中給出了最正確的匹配電路，本設(shè)計(jì)采用TI的參考電路。在PCB制作中，考慮到TRF7960的散熱問題，在該芯片底部等間距設(shè)置了9個(gè)散熱孔。以下兩圖分別為TRF7960外圍電路設(shè)計(jì)原理圖及TRF7960封裝圖。圖4-1TRF7960設(shè)計(jì)原理圖圖4-2TRF7960PCB封裝及底部散熱孔STC11F32XE單片機(jī)設(shè)計(jì)原理圖該模塊設(shè)計(jì)主要是要注意P0口做I/0口使用要接上拉電阻限流，在接電源的引腳加一個(gè)10uF的濾波電容，防止供電時(shí)產(chǎn)生的紋波影響射頻輸出。在17、18、19、20腳接4個(gè)LED燈作為測(cè)試用。以下圖為單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)及引腳連接關(guān)系。圖4-3STC單片機(jī)設(shè)計(jì)原理圖4.3.3PL2303設(shè)計(jì)原理圖該局部設(shè)計(jì)主要注意的問題是在供電端口加上濾波電容。以下圖為PL2302外圍電路設(shè)計(jì)原理圖及與其它模塊引腳連接關(guān)系。圖4-4PL2303設(shè)計(jì)原理圖LCD液晶設(shè)計(jì)原理圖液晶局部與單片機(jī)的通信通過8位并口，R23為10K的可變電阻用以調(diào)節(jié)液晶背光。以下圖為液晶模塊與單片機(jī)引腳連接關(guān)系圖。圖4-5液晶局部與單片機(jī)連接管腳圖天線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)通過天線形成的電磁場(chǎng)范圍就是射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫區(qū)域。天線電路包括1個(gè)EMC低通濾波器、接收電路、天線匹配電路及天線。⑴EMC低通濾波電路讀卡器系統(tǒng)在13.56MHz頻率下操作。該頻率由1個(gè)石英晶振產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)TRF7960以及作為驅(qū)動(dòng)天線的13.56MHz能量載波的基頻。這樣不僅會(huì)產(chǎn)生13.56MHz的發(fā)射功率，而且會(huì)發(fā)射更高的諧波。國際EMC條例定義了在播送頻段中發(fā)射功率的幅值。要符合這一標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臑V波。⑵接收電路受調(diào)制深度和調(diào)制范圍的影響，傳送到接收電路的高頻信號(hào)不一定是符合相應(yīng)協(xié)議的最正確信號(hào)，這給接收電路的設(shè)計(jì)帶來了難度。要提高讀卡器性能以及增大讀卡距離，可以從天線驅(qū)動(dòng)電壓(TVDD)、EMC低通濾波電路(接收電路)和天線匹配電路這3個(gè)方面作為調(diào)試入口并作相關(guān)測(cè)試。該天線驅(qū)動(dòng)電壓最小值為3.0V，最大值為5.5V，本測(cè)試對(duì)TVDD取值5.0V(該參數(shù)主要針對(duì)于讀卡距離)。EMC低通濾波電路和接收電路參數(shù)采用德州儀器公司推薦參數(shù)，暫時(shí)不作調(diào)整。由于通過該電路所測(cè)得各種參數(shù)已經(jīng)非常穩(wěn)定，所以天線調(diào)試主要針對(duì)天線匹配電路。由于TRF7960的工作頻率是13.56MHz，屬于短波段，因此可以采用矩形天線。對(duì)天線線圈電感量的精確計(jì)算是不可行的，但電感量L1可以通過以下公式估算得出：(4-1)式中：D1為導(dǎo)線直徑；I1為導(dǎo)體環(huán)一圈的長度；K為天線形狀因素；N1為天線圈數(shù)。根據(jù)實(shí)際制出測(cè)試板，I1取值24cm，D1取值0.1524cm，K取值1.47，N1取值4，經(jīng)計(jì)算得出天線線圈電感量估算值為L1[nH]=1.244μH。以下圖為被設(shè)計(jì)在PCB中制作的天線。圖4-6天線PCB圖4.4硬件PCB設(shè)計(jì)及考前須知系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的地方如下:⑴讓濾波電容靠近芯片,尤其是10nF的電容,以便對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行有效的濾波；⑵盡可能減少布線回路,因此要求接地的過孔盡量靠近元器件或者IC的接地端；⑶2個(gè)電感的放置應(yīng)該成90°的方向,主要減少2個(gè)電感之間的耦合；⑷保證芯片中間的局部足夠接地,可以在電路板上打9個(gè)孔,讓芯片充分接地和散熱；⑸布線時(shí)減少輔線的長度,特別是射頻前端,讓元器件保持緊湊、射頻輸出前端保持暢通的輸出；⑹在電路中加一些測(cè)試點(diǎn),方便調(diào)節(jié)硬件電路。系統(tǒng)硬件PCB圖如附錄一中圖①-1和圖①-2所示。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1各應(yīng)用子程序介紹單片機(jī)對(duì)14443TypeA卡的控制是通過TRF7960來實(shí)現(xiàn)的，TRF7960是單片機(jī)和14443TypeA卡之間的通信載體。單片機(jī)對(duì)TRF7960的控制是以單片機(jī)發(fā)出TRF7960的指令來到達(dá)的，TRF7960收到指令之后執(zhí)行這些指令。單片機(jī)對(duì)TRF7960的某一指令操作不是簡單的一條指令所能完成的，必須有一個(gè)程序的序列來完成，其中有對(duì)TRF7960硬件內(nèi)核存放器的讀寫以及根據(jù)讀出的硬件內(nèi)核存放器的內(nèi)容進(jìn)行語言軟件上的判斷和設(shè)置。下面分別介紹各個(gè)應(yīng)用子程序。讀寫子程序編寫讀寫程序可根據(jù)TRF7960的傳輸時(shí)序圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，傳輸過程不僅分為讀和寫過程，還分為連續(xù)和非連續(xù)過程，根據(jù)圖4-3和圖4-4兩個(gè)讀寫時(shí)序圖可知，連續(xù)傳輸和非連續(xù)傳輸?shù)钠鹗紬l件相同，同為：時(shí)鐘信號(hào)為高時(shí)，I/O_[7]有一上升沿。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)時(shí)鐘信號(hào)高電平有效。數(shù)據(jù)傳輸完畢時(shí)，在非連續(xù)模式下結(jié)束條件為時(shí)鐘信號(hào)為高時(shí)，I/O_[7]有一下降沿。而連續(xù)模式下結(jié)束條件為時(shí)鐘信號(hào)為低時(shí)，I/O_[7]有一上升沿和下降沿。以讀操作為例，在進(jìn)行讀操作時(shí)先按照TRF7960格式發(fā)送需要讀或者寫的地址，然后在同一口接收該地址讀到的數(shù)據(jù)。單個(gè)讀子程序：voidReadSingle(unsignedchar*pbuf,unsignedcharlenght)其中*pbuf為地址數(shù)據(jù)，用于單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的暫存，length為數(shù)據(jù)長度[10]，單個(gè)讀時(shí)length為1，連續(xù)讀時(shí)length≥2。另外*pbuf所指向的數(shù)據(jù)必須符合TRF7960的傳輸格式，詳見節(jié)。初始化TRF7960子程序voidunitial7960(void)本子程序主要實(shí)現(xiàn)射頻場(chǎng)的開啟和關(guān)閉，以及對(duì)ISO標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定。本讀卡器需要讀ISO14443TypeA的卡，所以ISO控制存放器(ISOControl)Bit5～Bit0設(shè)置位01000:14443A，106kbps。關(guān)閉射頻場(chǎng)后，需要進(jìn)行一次IRQ中斷狀態(tài)存放器〔IRQStatus〕讀取操作，以去除該存放器狀態(tài)便于下一次尋卡操作。獲取ID號(hào)子程序voidGetUID(void)該程序功能是使射頻范圍內(nèi)的14443TypeA卡狀態(tài)從閑置態(tài)轉(zhuǎn)移到準(zhǔn)備態(tài)，并在獲得ID號(hào)后進(jìn)入激活態(tài)。ISO控制存放器中的Bit7位判斷接收的數(shù)據(jù)是否包含循環(huán)冗余校驗(yàn)〔CRC〕，在ISO14443TypeA標(biāo)準(zhǔn)下，讀卡器不需CRC校驗(yàn)，因此ISO控制存放器中Bit7位置1。一般的狀態(tài)轉(zhuǎn)移操作流程如下：發(fā)送復(fù)位命令〔reset〕代碼：0x0F〔格式化處理后為：0x8F〕；發(fā)送“發(fā)送不帶CRC〞命令〔transmittedwithoutCRC〕代碼：0x10〔格式化處理后為：0x90〕；發(fā)送連續(xù)寫到發(fā)送字節(jié)1存放器〔TXLengthByte1〕地址為0x1D〔0x3D〕；發(fā)送發(fā)送字節(jié)1存放器里的數(shù)據(jù)內(nèi)容；發(fā)送發(fā)送字節(jié)2存放器里的數(shù)據(jù)內(nèi)容；發(fā)送先進(jìn)先出存放器〔FIFO〕的數(shù)據(jù)。需要注意的是FIFO的讀寫必須為連續(xù)傳輸操作。要使14443TypeA卡從閑置態(tài)轉(zhuǎn)移到準(zhǔn)備態(tài)，需向FIFO寫‘26’命令代碼，實(shí)現(xiàn)過程為:size=1;buf[0]=0x8f; //需要首先發(fā)送復(fù)位命令0FH，傳輸數(shù)據(jù)為命令Bit7置1，Bit6、Bit5清0buf[1]=0x91; //發(fā)送帶CRC命令11H，傳輸數(shù)據(jù)為命令Bit7置1，Bit6、Bit5清0buf[2]=0x3d; //發(fā)送字節(jié)1存放器，地址為1D，設(shè)置成連續(xù)寫，所以Bit5置1buf[3]=0x00;//(char)(size>>8);//字節(jié)長度高位送到發(fā)送字節(jié)1存放器buf[4]=0x0f;//(char)(size<<4);//字節(jié)長度低位送到發(fā)送字節(jié)2存放器buf[5]=0x26;//ISO14443TypeA命令字，作用為使射頻范圍內(nèi)的可尋卡進(jìn)入Ready狀態(tài)RAWwrite(&buf[0],6);//數(shù)據(jù)直接寫入FIFO即可數(shù)據(jù)設(shè)置完畢后進(jìn)入while死循環(huán)觸發(fā)發(fā)送和接收中斷，再設(shè)置一個(gè)LED燈點(diǎn)亮滅來提示數(shù)據(jù)是否傳輸完成，假設(shè)傳輸完成那么執(zhí)行獲取ID號(hào)操作。獲取ID號(hào)流程同理：buf[0]=0x8f; //再次發(fā)送復(fù)位命令清空先進(jìn)先出存放器buf[1]=0x90; //發(fā)送帶循環(huán)冗余校驗(yàn)碼〔CRC〕buf[2]=0x3d; //發(fā)送字節(jié)1存放器buf[3]=0x00;//字節(jié)長度高位送到發(fā)送字節(jié)1存放器buf[4]=0x20;//字節(jié)長度低位送到發(fā)送字節(jié)2存放器，NVB&0xf0buf[5]=0x93;//設(shè)置位的級(jí)聯(lián)buf[6]=0x20; //NVB，有效字節(jié)數(shù)RAWwrite(&buf[0],7);通過中斷處理子程序獲得的ID號(hào)將存儲(chǔ)于buf[1]～buf[5]。其中前四字節(jié)為14443TypeA卡的ID號(hào)，第五字節(jié)僅為CRC校驗(yàn)之用，由四字節(jié)ID號(hào)異或所得。中斷處理子程序IRQ中斷處理子程序：讀卡器向卡發(fā)送清點(diǎn)命令后，進(jìn)入該子程序。該程序功能為讀IRQ中斷狀態(tài)存放器的狀態(tài)，判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送完成并執(zhí)行IRQ中斷處理子程序。該子程序在判斷IRQ中斷狀態(tài)存放器狀態(tài)下進(jìn)行，根據(jù)不同的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的中斷操作。中斷處理子程序流程圖如圖5-1所示。圖5-1中斷處理流程圖接收數(shù)據(jù)時(shí)，如果接收的數(shù)據(jù)大于12字節(jié)，會(huì)使FIFO溢出，所以當(dāng)接收的數(shù)據(jù)大于9字節(jié)時(shí)，TRF7960會(huì)通過IRQ中斷狀態(tài)存放器Bit5置1，通知單片機(jī)來取數(shù)據(jù)。IRQ中斷存放器Bit7和Bit6位分別是發(fā)送狀態(tài)標(biāo)志位和接收狀態(tài)標(biāo)志位，傳輸過程中TRF7960會(huì)先置位，發(fā)送或接收完成后才會(huì)產(chǎn)生中斷。每次無錯(cuò)誤接收完成后都需要通過發(fā)送字節(jié)2存放器的Bit0位檢查是否有損壞位，有那么讀取發(fā)送字節(jié)2存放器Bit1～Bit3位來判斷損壞位數(shù)，并作相應(yīng)的屏蔽處理。接收完成后使用RESET復(fù)位命令去除FIFO，便于下一個(gè)時(shí)隙尋卡操作。i_reg=00表示發(fā)送完成，i_reg=01表示正在接收，i_reg=02表示傳輸有錯(cuò)誤，而i_reg=FF表示無錯(cuò)誤接收完成。LCD液晶顯示子程序LCD主要功能是現(xiàn)實(shí)顯示讀到的ID卡號(hào)。傳輸方式為并行傳輸，LCD在傳輸數(shù)據(jù)前先判斷數(shù)據(jù)傳輸口是否忙，閑時(shí)方進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。另外寫操作〔RW位置0〕分為寫命令和寫數(shù)據(jù)兩種，寫命令那么RS位置0，寫數(shù)據(jù)那么RS置0。每讀寫一次數(shù)據(jù)前翻開使能端〔EN位置1〕，讀寫完成后關(guān)閉使能端〔EN位置0〕。顯示字符前需設(shè)置相應(yīng)的顯示坐標(biāo)，并通過寫命令方式發(fā)送到LCD。由于讀卡器內(nèi)部數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制表示，而LCD顯示那么ASCII碼進(jìn)行顯示，為觀察方便，所以需對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理調(diào)整，再以ASCII碼顯示到LCD中。LCD流程圖如圖5-2所示。圖5-2LCD顯示子程序流程圖數(shù)據(jù)調(diào)整時(shí)需要將16進(jìn)制轉(zhuǎn)換成ASCII碼。0～9的ASCII碼為30H～39H，A～F的ASCII碼為41H～46H。轉(zhuǎn)換時(shí)，只要判斷十六進(jìn)制數(shù)是在0～9之間還是在A～F之間，假設(shè)是0～9之間那么加30H，在A～F之間那么加37H，流程圖如圖5-3所示。開始開始取數(shù)據(jù)高四位字符為字符為‘A’到‘F’？加0x37高四位數(shù)據(jù)輸出取數(shù)據(jù)低四位字符為字符為‘A’到‘F’？加0x37低四位數(shù)據(jù)輸出結(jié)束加0x30加0x30YYNN圖5-3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖5.2軟件設(shè)計(jì)總體介紹軟件設(shè)計(jì)之初根據(jù)流程圖逐步編寫各個(gè)子程序，在各功能一步一步實(shí)現(xiàn)并調(diào)試成功后，最終才整合到一起成為一個(gè)完整的軟件程序，整合到一起的軟件還需要最后的調(diào)試驗(yàn)證才能最終確保軟件的正確性與完整性?？傮w程序流程圖如圖5-4所示。圖5-4總體程序流程圖系統(tǒng)硬件與軟件的調(diào)試6.1系統(tǒng)硬件的調(diào)試調(diào)試思路及用到的工具在最初的工作中，認(rèn)為將所有元器件焊接正確即完成硬件調(diào)試工作，也意味著完成了整個(gè)硬件設(shè)計(jì)。將硬件交給本課題負(fù)責(zé)軟件的同學(xué)后發(fā)現(xiàn)硬件存在很大問題。經(jīng)老師指導(dǎo)，明白了硬件設(shè)計(jì)在元器件焊接好后，要檢查各個(gè)模塊是否能正常工作，并且要用簡單的測(cè)試程序和硬件測(cè)試工具測(cè)試，在確保電路連接正確和各個(gè)模塊工作正常，測(cè)試程序運(yùn)行正常后才算完成整個(gè)硬件設(shè)計(jì)。在硬件調(diào)試過程中使用的工具主要是萬用表、數(shù)字示波器和STC的串口下載軟件。調(diào)試過程中遇到的問題及解決方法芯片焊接：本設(shè)計(jì)主要選用芯片及電阻電容都是貼片元件，TRF7960芯片封裝尺寸為5mm×5mm的QFN封裝，是焊接過程中最難的局部。⑴TRF7960用熱風(fēng)槍的焊接方法:①首先在焊盤上上錫(錫量應(yīng)均勻,上下一致.不均勻一致時(shí),使用吸錫帶修整)；②將TRF7960各引腳與焊盤對(duì)齊并固定放正；③熱風(fēng)槍吹熱(溫度設(shè)定在300度,時(shí)間15S左右)；④由于外表張力，芯片會(huì)自動(dòng)對(duì)齊到焊盤上；⑤用蹄口、刀口烙鐵在四邊上錫,拖焊一遍,保證強(qiáng)度和美觀。⑵供電：用萬用表檢測(cè)PL2303、單片機(jī)、TRF7960供電端電壓顯示為4.1V，以上3塊芯片皆到達(dá)工作電壓，能通過PL2303下載程序，單片機(jī)能與TRF7960進(jìn)行通信。但是，液晶模塊連接后，液晶中間表示液晶工作正常的黑線不顯示，對(duì)單片機(jī)下載液晶顯示測(cè)試程序并運(yùn)行，液晶顯示內(nèi)容模糊。在排除虛焊，漏焊等情況后通過屢次閱讀LCD液晶使用手冊(cè)，確定問題為對(duì)液晶供電電壓不夠，液晶正常顯示工作電壓要到達(dá)4.8V，而此時(shí)對(duì)液晶供電只有4.1V。重新焊接供電局部，此問題依然得不到解決。通過咨詢實(shí)驗(yàn)室其他同學(xué)，發(fā)現(xiàn)問題在于USB供電線，更換質(zhì)量較好的供電線后，各個(gè)模塊供電電壓到達(dá)5.0V，液晶顯示正常。⑶元器件焊接；由于經(jīng)驗(yàn)缺乏，元器件的焊接有虛焊，漏焊等情況導(dǎo)致射頻輸出端輸出信號(hào)不是預(yù)期的信號(hào)，液晶不能顯示或者顯示時(shí)為亂碼。用萬用表檢測(cè)各個(gè)焊接點(diǎn)后找出接觸不良的點(diǎn)重新焊接后解決該問題。用萬用表檢查各個(gè)元器件焊接正確與否：①將萬用表調(diào)至短路蜂鳴檔；②兩表筆分別接在要檢查的焊接點(diǎn)兩端；③蜂鳴器鳴叫那么說明兩點(diǎn)之間短路，焊接正常；④可以用萬用表接觸焊點(diǎn)不同方位，確保焊接完全正常。⑷電腦不能連接單片機(jī)：用USB連接線連接電腦和電路板后，電腦不能識(shí)別該硬件設(shè)備，在電腦中安裝PL2303驅(qū)動(dòng)程序后電腦能識(shí)別但是不能通過串口調(diào)試程序。在老師指導(dǎo)下對(duì)電腦連接端口進(jìn)行確認(rèn)，連接好電腦與電路板后，翻開我的電腦，右鍵單擊選擇下拉菜單中的“屬性〞，在選項(xiàng)卡中選擇硬件，再選擇設(shè)備管理器即可確認(rèn)電路板USB接口與電腦連接端口。以下圖COM3即表示選擇的是端口3。圖6-1在電腦中確認(rèn)串行口⑸握手失?。捍谡{(diào)試軟件不能對(duì)單片機(jī)寫程序。解決方法：設(shè)置串口調(diào)試軟件中波特率，由高到低依次遞減直到與單片機(jī)握手成功為止。在下載過程中發(fā)現(xiàn)不同的電腦需要設(shè)置的波特率不一樣。6.2系統(tǒng)軟件的調(diào)試軟件調(diào)試過程中系統(tǒng)環(huán)境為windowsXP，應(yīng)用軟件包括編譯軟件KeiluVision4和程序燒寫軟件STC_ISP_V488。子程序編譯翻開KeiluVision4后，點(diǎn)擊Project->NewProject菜單，輸入工程名稱“STC12-TRF7960.uv4〞，在彈出的對(duì)話框中選擇目標(biāo)CPU，由于Keil不支持STC的單片機(jī)，考慮同樣是使用的8051內(nèi)核，所以選用了Atmel公司的AT89C52芯片,見圖5-1,確定后可以發(fā)現(xiàn)工程窗口出現(xiàn)“Target1〞和下一層“Sourcegroup1〞的文件層次，在Sourcegroup下添加編寫的程序。在編好程序后就要進(jìn)行編譯調(diào)試。首先在Projiect->OptionFortarget‘target1’的對(duì)話框中完成工程的詳細(xì)設(shè)置。在設(shè)置好工程后即可編譯鏈接。測(cè)試結(jié)果：單片機(jī)編程局部用Keil軟件編譯通過，能順利生產(chǎn)HEX文件，見圖6-2，圖6-3。圖6-2選擇芯片圖6-3編譯生成HEX文件下載調(diào)試調(diào)試之初先運(yùn)行一個(gè)點(diǎn)燈小程序和串口測(cè)試程序檢查硬件是否完好。點(diǎn)燈程序的具體操作是按P40口的按鍵，點(diǎn)亮P34口的發(fā)光二極管。而串口測(cè)試程序的具體操作是按下P40口開關(guān)，串口返回A，串口輸入A，那么返回B。如圖6-4和圖6-5。點(diǎn)燈程序編譯通過：圖6-4點(diǎn)燈程序串口測(cè)試程序編譯通過：圖6-5串口測(cè)試程序然后連接讀卡器到電腦并使用STC_ISP_V488軟件進(jìn)行燒寫。操作為：點(diǎn)擊MCUtype下拉菜單項(xiàng)選擇擇STC11F32XE芯片，然后點(diǎn)擊“翻開程序文件〞找到測(cè)試程序，文件名為“xxx.hex〞的類型文件。選擇串口端，這里是“COM5〞，最高和最低波特率調(diào)為9600，最后點(diǎn)擊“download/下載〞進(jìn)行燒寫。當(dāng)左下方狀態(tài)欄顯示“仍在連接中，請(qǐng)給MCU上電〞的提示時(shí)給讀卡器上電，上電以后提示正在“擦寫應(yīng)用程序〞->“下載成功〞，那么說明程序燒寫成功。此時(shí)點(diǎn)擊右上方的串口助手，端口選擇“COM5〞，然后點(diǎn)翻開串口按鍵。串口測(cè)試程序下，按下讀卡器P40對(duì)應(yīng)按鍵，那么“接收/鍵盤發(fā)送緩沖區(qū)〞顯示字符“A〞，在“單字符串發(fā)送區(qū)〞發(fā)送字符“A〞，那么“接收/鍵盤發(fā)送緩沖區(qū)〞顯示字符“B〞，說明測(cè)試成功。如圖6-6。圖6-6程序燒寫界面然后上初始化TRF7960的子程序，檢測(cè)單片機(jī)與TRF7960的通訊是否正常。子程序?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)對(duì)TRF7960內(nèi)部ISO存放器的寫操作，寫入開啟ISO14443A所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，寫入數(shù)據(jù)為88H，寫入后對(duì)該存放器進(jìn)行單個(gè)讀，并送到串口顯示驗(yàn)證。如圖6-7所示。圖6-7初始化TRF7960“接收/鍵盤發(fā)送緩沖區(qū)〞顯示“88〞字符，表示對(duì)TRF7960的ISO存放器寫入成功，同時(shí)驗(yàn)證了單片機(jī)與TRF7960的通信正常。最后上尋卡程序，檢驗(yàn)尋卡是否正常。程序燒錄完成后給讀卡器上電，液晶上第一行顯示：“14443TypeA卡ID號(hào)〞，二三四行均無顯示信息。此時(shí)將卡1靠近讀卡器上方的天線，此時(shí)LED1和LED3點(diǎn)亮，LED1點(diǎn)亮說明讀卡器在射頻范圍內(nèi)尋到卡，LED3點(diǎn)亮表示卡1的ID號(hào)接收成功。與此同時(shí)，液晶第二行顯示“2E008264C8〞字符串〔如圖6-8所示〕，為十六進(jìn)制，五字節(jié)。前四字節(jié)為卡1的ID號(hào)，最后一字節(jié)為循環(huán)冗余校驗(yàn)碼〔CRC〕，第五字節(jié)為前四字節(jié)異或所得。圖6-8卡1的ID號(hào)圖6-9卡2的ID號(hào)然后讀卡2的ID號(hào)，先復(fù)位讀卡器，再把卡2置于天線前端LED1、LED3均再次點(diǎn)亮，液晶顯示“3E008264D8〞，卡2的ID號(hào)為“3E008264〞，循環(huán)冗余校驗(yàn)碼為“D8〞，讀卡成功。如圖6-9所示。其他效果圖如附錄一所示。6.3軟件編寫和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)使用KEIL軟件時(shí)，程序代碼和程序中添加的頭文件必須在本工程文件下，否那么編譯時(shí)將提示字符未定義等錯(cuò)誤現(xiàn)象。軟件逐步調(diào)試過程中，程序代碼盡量不要?jiǎng)h除，而是使用屏蔽代碼的方法，這樣做方便程序的下一步調(diào)試。軟件編譯提示錯(cuò)誤時(shí)，有時(shí)候并非其所指的錯(cuò)誤，而只是逗號(hào)分號(hào)等符號(hào)的缺寫或者是其他編程格式錯(cuò)誤，所以編寫程序完成后要先仔細(xì)檢查格式，確認(rèn)準(zhǔn)確無誤前方可開始進(jìn)行編譯。程序編寫時(shí)多使用宏定義，定義成通俗易懂的名稱，能有效提高編程速度，閱讀時(shí)也有助于理解。每個(gè)子程序，甚至每個(gè)語句要多做說明，有助于對(duì)編程思路的整理。程序燒寫接口采用PL2303芯片，使讀卡器有串口轉(zhuǎn)USB功能，方便在不同場(chǎng)合燒寫程序，燒寫前需安裝相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序。使用STC_ISP_V488燒寫程序前需要查看端口序號(hào)〔COM?〕，可在計(jì)算機(jī)右鍵屬性的設(shè)備管理器里查看得到。燒寫程序時(shí)，假設(shè)“提示串口未翻開〞可重新拔插USB線，或者換一個(gè)USB接口。假設(shè)MCU上電后提示“握手失敗〞等字樣，可嘗試調(diào)高最低波特率或者調(diào)低最高波特率。結(jié)論本文基于國際標(biāo)準(zhǔn)ISO14443TypeA，對(duì)13.56MHz的射頻讀卡器的軟件進(jìn)行了分析和研究。在了解RFID行業(yè)的開展概況之后，對(duì)ISO14443TypeA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了深入的學(xué)習(xí)，并且查閱了大量的國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，在其他作者的設(shè)計(jì)思想和研究成果的根底上，為到達(dá)了讀卡器的尋卡和讀卡功能，提出了自己對(duì)射頻讀卡器的軟件設(shè)計(jì)思路，并到達(dá)了預(yù)期的效果。在學(xué)習(xí)的過程中遇到了不少的困難，主要的困難在于對(duì)TRF7960芯片的學(xué)習(xí)和中斷方式的處理上。TRF7960芯片的資料大局部屬于外文資料，學(xué)習(xí)起來要比學(xué)習(xí)中文資料多花不少時(shí)間。另外中斷方式處理參照了IT公司所給的中斷處理方案，并有所簡化，所以中斷功能未能全面實(shí)現(xiàn)。其次在串口讀TRF7960存放器的過程中，有無法讀出的情況，本文作者水平有限，未能深究其原因。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的時(shí)間限制加之水平有限，本論文還有一些缺乏之處，可在今后加以改良。比方未能實(shí)現(xiàn)尋卡的防碰撞功能和寫卡功能。希望能在以后的時(shí)間里能一一完成。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很多啟發(fā)，同時(shí)讓我正視到不少自身的缺憾。設(shè)計(jì)初期C語言的編寫未能熟練運(yùn)用，單片機(jī)的根底不扎實(shí)等的一系列知識(shí)缺憾讓我走了不少彎路，讓我因?yàn)閺那皼]有認(rèn)真學(xué)習(xí)而深感遺憾。要感謝指導(dǎo)老師以及一幫同學(xué)對(duì)我的勉勵(lì)，讓我有鼓起勇氣從低學(xué)習(xí)的勁頭。在這兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)研究里，我不斷地對(duì)知識(shí)的查漏補(bǔ)缺，同時(shí)很大程度上克服了做事沒恒心的性格弱點(diǎn)。此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然還有待完善，但是我從中獲得了一定的自信心，同時(shí)認(rèn)識(shí)了一幫熱情友好的伙伴。我相信今后的日子里我會(huì)不斷地學(xué)習(xí)，從學(xué)習(xí)中獲取自信，從自信中不斷成長。致謝本次能完成該題目的設(shè)計(jì)內(nèi)容，首先要感謝羅正華老師和胡慶老師，從選題到最后的辯論過程中羅老師和胡老師都給予了我悉心的指導(dǎo)和幫助。從這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我不僅學(xué)會(huì)了如何在單片機(jī)和TRF7960芯片之間建立正確的通信，還學(xué)到了應(yīng)該以什么樣的態(tài)度來做人和做事。其次還要深深感謝大學(xué)四年中教過我的所有老師，是你們給予了我知識(shí)和勇氣來面對(duì)未來的挑戰(zhàn)；是你們的關(guān)心和教導(dǎo)讓我今天有能力完成這個(gè)題目的設(shè)計(jì)內(nèi)容，在此向您們道一聲：您們辛苦了！最后還要特別感謝李洋同學(xué)，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中最大難題在于如何在單片機(jī)和TRF7960芯片之間建立正確的通信，編輯串口程序，本次設(shè)計(jì)引用了他的串口通訊程序。感謝大學(xué)四年的同窗，感謝你們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活中給予我的支持和幫助，感謝你們陪伴我走過了美好的大學(xué)生活。參考文獻(xiàn)[1]宏晶公司.STC8911F32XE說明書,2023.[2]TI公司.Multi2StandardFullyIntegrated13.56MHzRadioFrequencyIdentification(RFID)AnalogFrontEndandFram2ingReaderSystem,2006.[3]TI公司.ImplementationoftheISO156