畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)基于RFID技術(shù)的射頻卡設(shè)計(jì)

1、南 京 工 程 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文) 作 者： 學(xué) 號(hào)： 系 部： 通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 題 目： 數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)-基于rfid技術(shù)的射頻卡設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 年 月 digital speech systemradio frequency system based on rfid technologya thesis submitted tonanjing institute of technologyfor the academic degree of bachelor of scienceby qianyu linsupervised byassociate

2、professor yongqiang baocollege of communication engineeringnanjing institute of technology june 2010摘要射頻識(shí)別技術(shù)(rfid，即radio frequency identificati on)是從八十年代起走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，射頻識(shí)別系統(tǒng)的體積大大縮小，因而才進(jìn)入實(shí)用化的階段。它利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識(shí)別目的并交換數(shù)據(jù)。它和同期或早期的接觸式識(shí)別技術(shù)不同、rfid系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可完成識(shí)別。因此它可在更廣泛的場(chǎng)合中應(yīng)用。它

3、可以在產(chǎn)品證件防偽、防盜及科學(xué)化自動(dòng)化管理方面得到應(yīng)用。本文主要介紹了一種基于em4095的射頻識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)可以對(duì)電子標(biāo)簽卡進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別并作相應(yīng)的處理，如顯示卡內(nèi)信息以及判斷此卡的權(quán)限等。系統(tǒng)的控制以單片機(jī)為核心，這里簡(jiǎn)略的介紹了它的一些特點(diǎn)和開發(fā)環(huán)境的使用。另外，著重介紹了該系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)和各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)軟硬件及功能的測(cè)試，對(duì)測(cè)試中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了解決。文章最后對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)做了一個(gè)總結(jié)，并對(duì)該系統(tǒng)今后的發(fā)展與研究做了一個(gè)展望。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；em4095;讀卡器；電子標(biāo)簽；射頻識(shí)別；檢測(cè)；處理abstractrfid(radio frequenc

4、y identification) is a kind of auto identification which came into maturity since 1980s. with the maturity of large-scale integraesd circuit technology, the volume of the radio frequency identification system was largely reduced and came to a practical stage. it develops non-contact two-way communic

5、ation with the mode of radio frequency to reach the goal of identification and the exchange of the data. it is different from the contact identification technology of the early and corresponding times. the radio frequency identity card rfic can finish the identification without contact with the prin

6、tronix. therefore, it can be used in more wide situations such as the anti-counterfeiting, theft prevention and scientific automatic management. this essay aims to introduce the design and realization of the radio frequency identification based on the em4095. this system can be used to check the ele

7、ctronic tag card, to identify and to make some corresponding treatment including the indication of the information of the card and the judgement of its power and so on. the control of the system focuses on the singlechip and this essay has a brief introduction of its characteristics and the usage of

8、 its development environment. moreover, it also introduces the function and structure of the system and concrete design of every module. the essay also solves the problem met in the process of the examination on the soft hardware and functions of the system. finally, the writer concludes the applica

9、tion and design of the system and takes a long view of its development and research.key words: single-chip;em4095;reader;tag;rfid;detection;process;目 錄第一章 緒論71.1引言71.2 課題背景與意義71.2.1 優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)81.2.2全球rfid產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀91.2.3 rfid市場(chǎng)前景展望91.3 章節(jié)安排91.4本章小結(jié)10第二章 rfid系統(tǒng)概要與理論基礎(chǔ)112.1 引言112.2 系統(tǒng)基本組成112.3 系統(tǒng)基本特征122.4 能量供應(yīng)

10、及耦合方式132.5 編碼原理142.6本章小結(jié)14第三章 相關(guān)理論基礎(chǔ)153.1引言153.2 em4095芯片153.4 em4100電子標(biāo)簽193.4.1 無(wú)源射頻芯片em4100工作原理：193.4.2 em4100內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)格式：213.4.3 em4095讀取em4100波形圖213.5 1602液晶顯示屏223.6 keil c 開發(fā)環(huán)境243.7 vb 開發(fā)環(huán)境253.8 本章小結(jié)26第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)274.1 引言274.2 前期工作274.3 方案的提出274.4 硬件設(shè)計(jì)304.4.1 射頻接口電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)314.4.2 主控模塊334.4.3 pc機(jī)通信模塊354.

11、4.4 顯示模塊364.4.5 報(bào)警模塊374.5 硬件電路的焊接與調(diào)試384.6 軟件設(shè)計(jì)394.6.1 解調(diào)輸出波特點(diǎn)394.6.2 解碼軟件設(shè)計(jì)思路404.6.3 接受卡內(nèi)信號(hào)流程圖404.6.4 軟件讀卡過(guò)程的流程圖414.6.5 pc機(jī)上的vb軟件設(shè)計(jì)思路434.7本章小結(jié)43第五章 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果445.1 引言445.2 遇到的問(wèn)題及解決方法485.3 本章小結(jié)48第六章 總結(jié)與展望49致謝50參考文獻(xiàn)51附錄53一下位機(jī)源程序代碼：53二上位機(jī)源程序代碼：71第一章 緒論1.1引言射頻識(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)，射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦

12、合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。近兩年來(lái)，由于受以沃爾瑪為代表的大型零售商的推動(dòng)，rfid技術(shù)在全球掀起陣陣熱潮，吸引了眾多廠商參與相關(guān)技術(shù)和芯片的研究、開發(fā)。目前rfid技術(shù)正處于迅速上升的時(shí)期，該技術(shù)被業(yè)界公認(rèn)為是本世紀(jì)最有前途的應(yīng)用技術(shù)之一，許多國(guó)家都將rfid作為一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)予以積極推動(dòng)。rfid（radio frequency identification）是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，即通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。一個(gè)典型的rfid系統(tǒng)一般由rfid標(biāo)簽、讀寫器以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等部分組成。其中rfid標(biāo)簽中一般保存有約

13、定格式的編碼數(shù)據(jù)，用來(lái)唯一標(biāo)明標(biāo)簽所附著的物體。與傳統(tǒng)的識(shí)別方式相比，rfid技術(shù)不用直接接觸、光學(xué)可視、人工干預(yù)即可完成信息輸入和處理，且操作方便快捷，能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、運(yùn)輸、醫(yī)療、防偽、跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理等要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域，并被認(rèn)為是條形碼標(biāo)簽的未來(lái)替代品。1.2 課題背景與意義rfid技術(shù)的發(fā)展最早可以追溯至第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，那時(shí)它被用來(lái)在空中作戰(zhàn)行動(dòng)中進(jìn)行敵我識(shí)別。從歷史上看，rfid技術(shù)的發(fā)展基本可按10年期劃分為幾個(gè)階段（參見下表）。因此rfid并不是一個(gè)嶄新的技術(shù)。從分類上看，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，1356mhz以下的rfid技術(shù)已相對(duì)成熟，目前業(yè)界最關(guān)注的

14、是位于中高頻段的rfid技術(shù)，特別是860mhz960mhz（uhf頻段）的遠(yuǎn)距離rfid技術(shù)發(fā)展最快；而245ghz和58ghz頻段由于產(chǎn)品擁擠、易受干擾、技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，其相關(guān)的研究和應(yīng)用仍處于探索的階段。1.2.1 優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)1.快速掃描條形碼一次只能有一個(gè)條形碼受到掃描;rfid辨識(shí)器可同時(shí)辨識(shí)讀取數(shù)個(gè)rfid標(biāo)簽。2.體積小型化、形狀多樣化rfid在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。此外，rfid標(biāo)簽更可往小型化與多樣形態(tài)發(fā)展，以應(yīng)用于不同產(chǎn)品。3.抗污染能力和耐久性傳統(tǒng)條形碼的載體是紙張，因此容易受到污染，但rfid對(duì)水、油和化學(xué)藥品等

15、物質(zhì)具有很強(qiáng)抵抗性。此外，由于條形碼是附于塑料袋或外包裝紙箱上，所以特別容易受到折損;rfid卷標(biāo)是將數(shù)據(jù)存在芯片中，因此可以免受污損。4.可重復(fù)使用現(xiàn)今的條形碼印刷上去之后就無(wú)法更改，rfdi標(biāo)簽則可以重復(fù)地新增、修改、刪除。rfid卷標(biāo)內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，方便信息的更新。5.穿透性和無(wú)屏障閱讀在被覆蓋的情況下，rfid能穿透紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)，并能進(jìn)行穿透性通信。而條形碼掃描機(jī)必須在近距離而且沒有物體阻擋的情況下，才可辨讀條形碼。6.數(shù)據(jù)的記憶容量大未來(lái)物品所需攜帶的資料量會(huì)越來(lái)越大，對(duì)卷標(biāo)所能擴(kuò)充容量的需求也相應(yīng)增加。7.安全性rfid承載的是電子式信息，其數(shù)據(jù)內(nèi)容可經(jīng)由密

16、碼保護(hù)，使其內(nèi)容不易被偽造及變?cè)?。近年?lái)，rfid因其所具備的遠(yuǎn)距離讀取、高儲(chǔ)存量等特性而備受矚目。它不僅可以幫助一個(gè)企業(yè)大幅提高貨物、信息管理的效率，還可以讓銷售企業(yè)和制造企業(yè)互聯(lián)，從而更加準(zhǔn)確地接收反饋信息，控制需求信息，優(yōu)化整個(gè)供應(yīng)鏈。1.2.2全球rfid產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀從全球來(lái)看，美國(guó)已經(jīng)在rfid標(biāo)準(zhǔn)的建立，相關(guān)軟硬件技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域走在世界的前列。歐洲r(nóng)fid標(biāo)準(zhǔn)追隨美國(guó)主導(dǎo)的epcglobal標(biāo)準(zhǔn)。在封閉系統(tǒng)應(yīng)用方面，歐洲與美國(guó)基本處在同一階段。日本雖然已經(jīng)提出uid標(biāo)準(zhǔn)，但主要得到的是本國(guó)廠商的支持，如要成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還有很長(zhǎng)的路要走。韓國(guó)政府對(duì)rfid給予了高度重視，但至今韓

17、國(guó)在rfid標(biāo)準(zhǔn)方面仍模糊不清。1.2.3 rfid市場(chǎng)前景展望隨著rfid技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)以及成本的降低，未來(lái)幾年內(nèi)，全球開放的市場(chǎng)將為rfid帶來(lái)巨大的商機(jī)。 據(jù)fs公司預(yù)測(cè)，到2009年，全球rfid市場(chǎng)將從2003年的20億美元猛增到100億美元。該公司將這個(gè)市場(chǎng)分為四大類應(yīng)用：門禁控制、資產(chǎn)管理、供應(yīng)鏈管理和交通運(yùn)輸，此外，還有其它類的應(yīng)用，包括運(yùn)動(dòng)和醫(yī)療衛(wèi)生。該公司的分析認(rèn)為，僅安全類的應(yīng)用將占到全球100億美元份額中的30億美元市場(chǎng)，而供應(yīng)鏈的需求量屆時(shí)會(huì)達(dá)到40億美元。1.3 章節(jié)安排第1章介紹課題的背景和意義、論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排。第2章對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)所需要的芯片的選型、

18、開發(fā)環(huán)境、開發(fā)板等進(jìn)行了介紹。第3章介紹了該系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)軟硬件的具體設(shè)計(jì)。第4章本章主要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行一些測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決。第5章總結(jié)與研究本次系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的成果，并對(duì)未來(lái)的前景進(jìn)行的簡(jiǎn)單的分析。1.4本章小結(jié)本章對(duì)本課題的主要內(nèi)容、課題背景與意義以及論文結(jié)構(gòu)作了一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，使讀者能夠?qū)Ρ鞠到y(tǒng)有一個(gè)初步的了解。第二章 rfid系統(tǒng)概要與理論基礎(chǔ)2.1 引言為了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作更好的開展，在系統(tǒng)方案的確定與設(shè)計(jì)之前先介紹一些rfid系統(tǒng)的理論知識(shí)。2.2 系統(tǒng)基本組成rfid的基本原理:射頻識(shí)別rfid系統(tǒng)一般至少由以下兩部分構(gòu)成:1) 應(yīng)答器(或稱感應(yīng)器/電子標(biāo)簽/tag/tr

19、ansponder):應(yīng)放置在要識(shí)別的物體上2)閱讀器(或稱讀寫器/reader):可以是讀或?qū)?讀裝置，取決于所使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)。圖 2-1 閱讀器與應(yīng)答器是各種識(shí)別系統(tǒng)的基本組成部分應(yīng)答器中一般保存有約定格式的編碼數(shù)據(jù)，用以唯一標(biāo)識(shí)標(biāo)簽所附著的物體。閱讀器通過(guò)天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào);當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入閱讀器工作區(qū)域時(shí)，其天線產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而應(yīng)答器獲得能量被激活并向讀寫器發(fā)送出自身編碼等數(shù)據(jù)信息;閱讀器接收到來(lái)自應(yīng)答器的載波信號(hào)，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后送至計(jì)算機(jī)主機(jī)進(jìn)行處理;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該標(biāo)簽的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào);應(yīng)答器的數(shù)據(jù)解調(diào)部

20、分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接收指令完成存儲(chǔ)、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作。一臺(tái)典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)，控合元件，此外許多閱讀器還有附加的接口(如rs232)，而應(yīng)答器往往由耦合元件以及微電子芯片組成。圖 2-2 rfid原理框圖2.3 系統(tǒng)基本特征射頻識(shí)別系統(tǒng)品種繁多，廠家眾多，要區(qū)分它可從以下幾方面著手:基本工作方式分全雙工和半雙式以及時(shí)序系統(tǒng)。在全雙工和半雙工系統(tǒng)中，在閱讀器接通高頻電/磁場(chǎng)的情況下應(yīng)答器的應(yīng)答響應(yīng)發(fā)送出去的。因?yàn)榕c閱讀器本身的信號(hào)相比，在接收天線上的應(yīng)答器的信號(hào)很弱的，只有使用合適的傳輸方法，才能有效區(qū)分應(yīng)答器的信號(hào)與閱讀器的信號(hào)

21、?，F(xiàn)實(shí)生活中，人們對(duì)應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸往往使用閱讀器發(fā)射頻率的諧波，負(fù)載調(diào)制，或者有副載波的負(fù)載調(diào)制，在市場(chǎng)上不難找到相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品。射頻識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)答器的數(shù)據(jù)量通常在幾個(gè)字節(jié)或者幾千個(gè)字節(jié)之間，但是有一個(gè)就是1比特應(yīng)答器，它有1比特的數(shù)據(jù)量就己經(jīng)足夠了，使閱讀器發(fā)出兩種信號(hào)“在電磁場(chǎng)中有應(yīng)答器”或者“在電磁場(chǎng)中無(wú)應(yīng)答器”即可。比如圖書借閱門禁系統(tǒng)就是例子。應(yīng)答器的供電也是系統(tǒng)的一個(gè)重要特征，無(wú)源的應(yīng)答器沒有電源，它的能量來(lái)自于閱讀器的電磁場(chǎng)，而有源的應(yīng)答器多包含一個(gè)電池，為微型芯片的工作提供全部的或部份(“輔助電池”)的能量。射頻識(shí)別系統(tǒng)的重要特征就是工作頻率和作用距離一般是指閱讀器的工

22、作頻率或發(fā)送頻率。2.4 能量供應(yīng)及耦合方式射頻識(shí)別系統(tǒng)根據(jù)耦合方式不同其作用原理也互異。而最為常用的有電感耦合:該類系統(tǒng)往往由單個(gè)微型芯片與用作天線用的大面積線圈，以及小量外圍電路元件所組成。電感耦合的應(yīng)答器偏無(wú)源工作，故芯片所需的全部能量必須由閱讀器提供。高頻的強(qiáng)電磁場(chǎng)由閱讀器的天線線圈產(chǎn)生。這種磁場(chǎng)穿過(guò)線圈橫截面和線圈周圍的空間。因?yàn)轭l率范圍(35hkz:2400m，13.56mh:z22.lm)波長(zhǎng)比閱讀器天線和應(yīng)答器之間的距離大好多倍，因此只需把應(yīng)答器到天線間的電磁場(chǎng)當(dāng)作簡(jiǎn)單的交變磁場(chǎng)來(lái)處理。圖 2-3 典型的電感耦合應(yīng)答器結(jié)構(gòu)閱讀器天線線圈發(fā)射磁場(chǎng)的一小部分磁力線穿過(guò)距離閱讀器天線

23、線圈一定距離的應(yīng)答器天線線圈。應(yīng)答器的天線線圈和電容器ci構(gòu)成振蕩回路，調(diào)諧到閱讀器的發(fā)射頻率。通過(guò)該回路的諧振，應(yīng)答器線圈上的電壓最大值。將其整流后作為數(shù)據(jù)載體(微型芯片)的電源。線圈上電壓的值的大小與電容與線圈有很大關(guān)系。2.5 編碼原理射頻識(shí)別系統(tǒng)從某種角度來(lái)講也是一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)，它的數(shù)據(jù)傳輸含三個(gè)主要的功能模塊，從閱讀器到應(yīng)答器的傳輸方向，依次是閱讀器中的信號(hào)編碼(信號(hào)處理)和調(diào)制器(載波電路)，傳輸介質(zhì)(通路)，以及應(yīng)答器中的解調(diào)器(載波回路)和信號(hào)譯碼(信號(hào)處理)。在本系統(tǒng)中使用曼徹斯特編碼。曼徹斯特編碼:在半個(gè)比特周期時(shí)的負(fù)邊沿表示二進(jìn)制l，半個(gè)比特周期中的正邊沿表示二進(jìn)制0。

24、曼徹斯特編碼在采用副載波的負(fù)載調(diào)制時(shí)經(jīng)常用于從應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。2.6本章小結(jié)本章著重介紹了rfdi系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)。闡述了射頻系統(tǒng)的特征并對(duì)系統(tǒng)工作時(shí)的能量來(lái)源，低頻時(shí)候的耦合方式。第三章 相關(guān)理論基礎(chǔ)3.1引言為了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作更好的開展，在系統(tǒng)方案的確定與設(shè)計(jì)之前先介紹一些與本課題相關(guān)的理論知識(shí)，如em4095芯片,em4100的特點(diǎn)、開發(fā)環(huán)境等。3.2 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(chǎng)上性價(jià)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(diǎn)，主要特

25、性有:.集成pll系統(tǒng)，對(duì)天線諧振頻率能自適應(yīng)調(diào)整載波頻率.無(wú)須外接晶振.100一150khz載波范圍.橋式驅(qū)動(dòng)，直接天線驅(qū)動(dòng).ook(100%ma)調(diào)制，使用橋式驅(qū)動(dòng).單端驅(qū)動(dòng)時(shí)外部可適應(yīng)調(diào)制.能兼容多種電子標(biāo)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(dòng)，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(jì)的要求。圖 3-1 em4095引腳圖圖 3-2 em4095的結(jié)構(gòu)框圖em4095的引腳shd和mod用來(lái)操作設(shè)備。當(dāng)shd為高電平的時(shí)候，em4095為睡眠模式，電流消耗最小。在

26、上電的時(shí)候，shd輸入必須是高電平，用來(lái)使能正確的初始化操作。當(dāng)shd為低電平的時(shí)候，回路允許發(fā)射射頻場(chǎng)，并且開始對(duì)天線上的振幅調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。引腳mod是用來(lái)對(duì)125khz射頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的。事實(shí)上，當(dāng)你1）在該引腳上施加高電平時(shí)，你將把天線驅(qū)動(dòng)阻塞，并關(guān)掉電磁場(chǎng)；2）在該引腳上施加低電平，將使片上vco進(jìn)入自由運(yùn)行模式，天線上將出現(xiàn)沒有經(jīng)過(guò)調(diào)制的125khz的載波。em4095用作只讀模式，引腳mod沒有使用，推薦將它連接至vss。鎖相環(huán)由環(huán)濾波、電壓控制振蕩器和相比較模塊組成。通過(guò)使用外部電容分壓，demod_in引腳上得到天線上的真實(shí)的高電壓。這個(gè)信號(hào)的相和驅(qū)動(dòng)天線驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)的相進(jìn)

27、行比較。所以鎖相環(huán)可以將載波頻率鎖定在天線的諧振頻率上。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)。當(dāng)諧振頻率在這一范圍內(nèi)的時(shí)候，它就會(huì)被鎖相環(huán)鎖定。接收模塊解調(diào)的輸入信號(hào)是天線上的電壓信號(hào)。demod_in引腳也同來(lái)做接收鏈路的輸入信號(hào)。demod_in輸入信號(hào)的級(jí)別應(yīng)該低于vdd-0.5v，高于vss+0.5v。通過(guò)外部電容分壓可以調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的級(jí)別。分壓器增加的電容必須通過(guò)相對(duì)較小的諧振電容來(lái)補(bǔ)償。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。接收鏈路由采樣和保持、直流偏置取消、帶通濾波和比較器組成。demod_in上的直流電壓信號(hào)通過(guò)內(nèi)部電阻設(shè)置

28、在agnd引腳上。am信號(hào)被采樣，采樣通過(guò)vco時(shí)鐘進(jìn)行同步，所有的信號(hào)直流成分被cdec電容移除。進(jìn)一步的濾波把剩下的載波信號(hào)、二階高通濾波器和cdc2帶來(lái)的高頻和低頻噪聲進(jìn)一步移除。經(jīng)過(guò)放大和濾波的接收信號(hào)傳輸?shù)疆惒奖容^器，比較器的輸出被緩存至demod_out。 rdy/clk這個(gè)信號(hào)為外部微處理器提供ant1上信號(hào)的同步時(shí)鐘以及em4095內(nèi)部狀態(tài)的信息。ant1上的同步時(shí)鐘表示pll被鎖定并且接收鏈路操作點(diǎn)被設(shè)置。當(dāng)shd為高電平時(shí)，rdy/clk引腳被強(qiáng)制為低電平。當(dāng)shd上的電平由高轉(zhuǎn)低時(shí)，pll為鎖定狀態(tài)，接收鏈路工作。經(jīng)過(guò)時(shí)間tset后，pll被鎖定，接收鏈路操作點(diǎn)已經(jīng)建立。

29、這時(shí)候，傳送到ant1上的信號(hào)同時(shí)也傳送至rdy/clk，提示微處理器可以開始觀察demod_out上的信號(hào)和于此同時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)mod為高電平時(shí)，ant驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉，但此時(shí)rdy/clk引腳上的時(shí)鐘信號(hào)仍然在繼續(xù)。當(dāng)shd引腳上的電平從高到低之后，經(jīng)過(guò)時(shí)間tset后，rdy/clk引腳上的信號(hào)被100k的下拉電阻拉低。這樣做的原因是為了標(biāo)簽的am調(diào)制低于100情況下rdy/clk的擴(kuò)展功能。在這種情況下它被用來(lái)做為輔助驅(qū)動(dòng)器。該輔助驅(qū)動(dòng)器在調(diào)制時(shí)使線圈上保持較低的振幅。 dvdd和dvss腳應(yīng)該分別和vdd以及vss連接。應(yīng)該注意到，通過(guò)管腳dvdd和dvss流過(guò)的驅(qū)動(dòng)器電流造成的電壓降不會(huì)

30、引起vdd和vss上的電壓降。在dvss和dvdd腳之間應(yīng)該加一個(gè)100nf的電容，并使其盡量靠近芯片。這將防止由于天線驅(qū)動(dòng)器引起的電源尖峰。對(duì)管腳vss和vdd進(jìn)行隔離也是有用的。隔離電容不包含在em4095的計(jì)算表中。所有和管腳dc2/agnd/dmod_in相關(guān)的電容都應(yīng)該連接到相同的vss線上。這條線應(yīng)該直接和芯片上的管腳vss相連。該線不能在連接其它元件或者成為為dvss供電的線路的一部分。因?yàn)閍nt驅(qū)動(dòng)器使用vdd和vss提供的電源的級(jí)別來(lái)為天線驅(qū)動(dòng)，所有電源的所有變化和噪聲都將毫無(wú)保留的直接影響天線諧振回路。任何將引起天線高壓以mv級(jí)波動(dòng)的電源波動(dòng)都將導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降甚至發(fā)生故障

31、。特別要注意20khz的濾波器低頻噪聲，因?yàn)轫憫?yīng)器的信號(hào)就在這個(gè)頻率水平上。agnd管腳上的電容值可以從220nf上升到1uf。電容越大將越明顯的減小接收噪聲。agnd的電壓可以通過(guò)外部電容和內(nèi)部的2k的電阻進(jìn)行濾波。 em4095不限制ant驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的電流值。這兩個(gè)輸出上的最大絕對(duì)值是300ma。對(duì)天線諧振回路的設(shè)計(jì)應(yīng)該使最大的尖峰電流不超過(guò)250ma。如果天線的品質(zhì)因數(shù)很高，這個(gè)值就可能超過(guò)，則必須通過(guò)串聯(lián)電阻加以限制。 增加cdc2電容值，將增加接收帶寬，進(jìn)而增加斜坡信號(hào)的接收增益。cdc2的推薦范圍是6.8nf到22nf。cdec為33nf到220nf。電容值越高，開始上升時(shí)間越長(zhǎng)。

32、 fcap引腳上的偏置電壓。這個(gè)偏置電壓補(bǔ)償了外部天線驅(qū)動(dòng)器引起的相位偏移。這樣的相位偏移會(huì)導(dǎo)致鎖相環(huán)在不是天線回路串聯(lián)諧振頻率的頻率上工作。為了讀頭回路的正常操作，這個(gè)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(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在使用高品質(zhì)因數(shù)天線回路并且增強(qiáng)器是必須而且重要的應(yīng)用產(chǎn)品中，會(huì)出現(xiàn)這樣的對(duì)相位偏移的補(bǔ)償。所以，這些回路比其它電路對(duì)在錯(cuò)誤的頻率上工作更加敏感。盡管使用了外部解調(diào)器，天線信號(hào)仍然要進(jìn)入em4095。因?yàn)樗鰹殒i相環(huán)的參考信號(hào)。要使用一個(gè)電容分壓來(lái)減小來(lái)自天線的高電壓。電阻分壓會(huì)加重由于輸入電容帶來(lái)的相移效應(yīng)。在em4095 booster circuit中，一個(gè)高壓

33、nmos三極管隔離了調(diào)制時(shí)候的放電路徑。所以操作點(diǎn)收到了保護(hù)。控制nmos門的信號(hào)必須與mod信號(hào)同步設(shè)為低電平，只有在天線上的振幅在調(diào)制之后恢復(fù)后該信號(hào)才可以置高電平。對(duì)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。通過(guò)使用外部檢測(cè)回路可以提高讀取靈敏性。輸入取自天線的高壓端，直接送入cdec_in引腳?？墒牵琾ll鎖定仍需要電容分壓器。3.4 em4100電子標(biāo)簽圖3-3 em4100電子標(biāo)簽實(shí)物卡3.4.1 無(wú)源射頻芯片em4100工作原理：em4100系列為微型低功耗電子標(biāo)簽芯片，工作頻率范圍為100khz150khz，主時(shí)鐘及工作電源取自識(shí)讀器發(fā)射的信

34、號(hào)。作為接受天線的線圈和微芯片已連好并封裝在一起。內(nèi)部電路分為模擬模塊和數(shù)字模塊2部分。模擬模塊包括：全波整流電路，時(shí)鐘提取電路，調(diào)制電路；數(shù)字模塊包括:序列發(fā)生器，只讀存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)編碼器。無(wú)源電子標(biāo)簽與識(shí)讀器之間的作用距離滿足關(guān)系r遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，根據(jù)天線理論，屬于天線近區(qū)場(chǎng)（即感應(yīng)場(chǎng)）。因此，電子標(biāo)簽天線與識(shí)讀終端天線之間的作用是基于電磁感應(yīng)原理，等效電路見圖1-9。其中，l1為識(shí)讀器發(fā)射天線電感，l2為電子標(biāo)簽線圈電感，r2為電子標(biāo)簽線圈的內(nèi)阻，rl為電子標(biāo)簽諧振回路的等效負(fù)載。圖3-4 em4095與em4100作用的等效電路圖互感m在l2上產(chǎn)生的電壓 ui=jwi1作為l2回路的信號(hào)

35、源。在其他因素不變時(shí)，若識(shí)讀終端發(fā)射的信號(hào)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(shí)，電壓將快速減小。諧振信號(hào)經(jīng)整流濾波后作為芯片工作電源，當(dāng)該電壓值達(dá)到em4100的要求時(shí)，芯片啟動(dòng)工作。該諧振電路的輸出電壓值取決于q值、交變磁場(chǎng)強(qiáng)度及頻率。顯然，電子標(biāo)簽與識(shí)讀終端之間的距離直接影響該電壓值。在時(shí)鐘提取電路從線圈感應(yīng)信號(hào)提取的主時(shí)鐘作用下，序列發(fā)生器發(fā)出存儲(chǔ)器尋址、數(shù)據(jù)串行輸出控制、數(shù)據(jù)編碼控制等信號(hào)。芯片內(nèi)存儲(chǔ)有唯一的64bit：9bit起始位、40bit信息委、14bit校驗(yàn)位、1bit停止位。代碼經(jīng)編碼后控制調(diào)制解調(diào)器中的電源開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)f=125khz載波進(jìn)行調(diào)幅

36、。每bit數(shù)據(jù)的時(shí)間寬度與載波周期的比率由3種選擇：64、32、16.數(shù)據(jù)信號(hào)控制應(yīng)答器天線負(fù)載的接通和斷開，識(shí)讀器天線上電壓將跟隨變化，實(shí)際是應(yīng)答器數(shù)據(jù)對(duì)識(shí)讀器天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)答器數(shù)據(jù)向識(shí)讀器的傳輸。這就是所謂的負(fù)載調(diào)制。在識(shí)讀終端有效作用范圍內(nèi)，電子標(biāo)簽循環(huán)發(fā)送64bit代碼數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向識(shí)讀終端的傳送。3.4.2 em4100內(nèi)存儲(chǔ)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(lái)的數(shù)據(jù)格式，實(shí)驗(yàn)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(biāo)識(shí)客戶id或者版本號(hào)，下排的32位屬于

37、數(shù)據(jù)位，每行的最后一位是檢驗(yàn)位。知道了卡的信息方便程序識(shí)別有效數(shù)據(jù)。圖 3-5 em4100內(nèi)部數(shù)據(jù)格式3.4.3 em4095讀取em4100波形圖em4095讀取em4100波形圖:圖3-6 em4095讀取em4100波形圖3.5 1602液晶顯示屏1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口圖 3-7 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(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10k的電位器調(diào)整對(duì)比度 第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5

38、腳：rw為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平rw為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)rs為高電平rw為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳：空腳1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（cgrom)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如圖3-8所示，它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)

39、的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平） 圖3-8 指令表指令1：清顯示，指令碼01h,光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置指令2 光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h 指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)移動(dòng)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。高電平表示有效，低電平則無(wú)效指令4：顯示開關(guān)控制。 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(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令5：光標(biāo)或顯示移位 s/c：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)指令6：功能設(shè)置命令 d

40、l：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 n：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 f: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)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(hào)和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)指令11：讀數(shù)據(jù)3.6 keil c 開發(fā)環(huán)境keil(arm子公司)嵌入式開發(fā)工具專業(yè)制造商。 keil軟件公司的產(chǎn)品包括c編譯器、宏匯編器、實(shí)時(shí)內(nèi)核、調(diào)試器、模擬器、集成開發(fā)環(huán)境以及8051、251、arm7/arm9/cortex-m3和xc16x/c16

41、x/st10系列微控制器仿真開發(fā)裝置。 keil ulink usb接口仿真器，一款多功能arm調(diào)試工具，可以通過(guò)jtag或cods接口連接到目標(biāo)系統(tǒng)仿真或下載程序，目前已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)主流的arm開發(fā)工具。 keil ulink的軟件環(huán)境為keil uvision 3。keil系列軟件具有良好的調(diào)試界面，優(yōu)秀的編譯效果，豐富的使用資料。使其深受國(guó)內(nèi)嵌入式開發(fā)工程師的喜愛。keil公司日前發(fā)布新的vision3開發(fā)環(huán)境工具和c51 第8版優(yōu)化編譯器,它們將用于典型及擴(kuò)展的8051微處理器的開發(fā)。這兩款產(chǎn)品將共同帶給開發(fā)者豐富的功能特點(diǎn),并提供一個(gè)為廣泛的8051微處理器類型而優(yōu)化的綜合開發(fā)環(huán)境。

42、新的vision3開發(fā)環(huán)境整合了最新的c51 第8版編譯器,并具有源代碼概述、功能導(dǎo)航、模版編輯和附加搜索功能。它還包括了一個(gè)配置向?qū)Чδ?加速了啟動(dòng)代碼和配置文件的生成。 嵌入式的微處理器模擬器可以模擬被支持的微處理器設(shè)備,包括指令集、片上外設(shè)、外部激發(fā)信號(hào)。應(yīng)用程序的變化可以用vision3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。3.7 vb 開發(fā)環(huán)境本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的上位機(jī)部分用vb語(yǔ)言編寫。visual basic 語(yǔ)言是windows的編程語(yǔ)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。由于vb語(yǔ)言功能強(qiáng)大，可以在microsof

43、t office 中嵌入vb程序，用vb語(yǔ)言直接編寫網(wǎng)頁(yè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用等。visual basic 6.0是microsoft公司推出的一種windows應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境。它具有使用方便、易學(xué)易用和功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，這使它迅速成為最流行的開發(fā)工具之一。visual的意思是“可視的”，即直觀的編程方法。它具體體現(xiàn)在visual basic中的控件，如按鈕、標(biāo)簽、文本框和復(fù)選框等。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。basic是指basic（beginners all-purpose symbolic instruction code）語(yǔ)言，是一種在計(jì)算

44、機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中應(yīng)用最廣泛的語(yǔ)言。visual basic 是一種面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，用戶只要建立能完成各種功能的多個(gè)對(duì)象，并把這些對(duì)象組合起來(lái)，然后建立與這些對(duì)象相關(guān)聯(lián)的事件過(guò)程，就可創(chuàng)建出具體的應(yīng)用程序。在此過(guò)程中，用戶只需考慮如何組織對(duì)象并編寫完成相應(yīng)功能的代碼，無(wú)需了解對(duì)象內(nèi)部如何完成具體功能。所以，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的上位機(jī)程序非常設(shè)和選用vb語(yǔ)言。3.8 本章小結(jié)本章對(duì)本次論文中所涉及到的芯片、開發(fā)環(huán)境等基本內(nèi)容做了一個(gè)整體上的介紹。從而系統(tǒng)的了解了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所需要的軟硬件。第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 引言通過(guò)對(duì)系統(tǒng)所涉及到的硬件和軟件基本知識(shí)的了解,本章主要對(duì)該系統(tǒng)的方案進(jìn)行分析并最終

45、確定，以及完成系統(tǒng)軟硬件的具體設(shè)計(jì)。4.2 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(lái)自于一些射頻識(shí)別領(lǐng)域的專家和學(xué)者。通過(guò)對(duì)這些論文和資料的研究與分析，使我們對(duì)這一課題有了更進(jìn)一步的了解，并在對(duì)比前人成果的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上開始構(gòu)思我們的方案。另外，也通過(guò)對(duì)各種芯片的特性進(jìn)行比較，來(lái)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定作準(zhǔn)備。4.3 方案的提出根據(jù)上述識(shí)別終端與無(wú)源電子標(biāo)簽作用過(guò)程，識(shí)別終端應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：1.發(fā)射射頻信號(hào)。信號(hào)頻率應(yīng)等于電子標(biāo)簽接受回路諧振頻率，信號(hào)有足夠的強(qiáng)度，以啟動(dòng)電子標(biāo)簽工作并滿足對(duì)距離的要求。2.接收電子標(biāo)簽發(fā)射的射頻信號(hào)，

46、并解調(diào)出其中的數(shù)據(jù)。3.數(shù)據(jù)解碼及后續(xù)處理。終端硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)前2項(xiàng)功能，第3項(xiàng)功能有識(shí)讀終端軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。由于89c52單片機(jī)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。再接上串口，可以與pc機(jī)進(jìn)行通信。顯示部分采用1602液晶屏，而報(bào)警部分則采用一個(gè)led燈，這樣能夠?qū)ǖ臋?quán)限識(shí)別簡(jiǎn)單明了。讀卡器芯片選擇em4095,電子標(biāo)簽選擇em4100，可以通過(guò)em4095來(lái)讀取em4100卡內(nèi)的信息。系統(tǒng)的整體原理框圖如圖2.3，圖2.4，圖2.5所示：圖4-1 閱讀器基本框架圖其中高頻接口主要是完成下列功能:)l產(chǎn)生高頻的發(fā)射功率，啟動(dòng)應(yīng)答器并為它提供能量;2)調(diào)制發(fā)射信號(hào)，

47、將數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)答器(對(duì)于只讀型的閱讀器這部分功能待選);3)接收并解調(diào)來(lái)自應(yīng)答器的高頻信號(hào)(只讀型閱讀器功能待選)。高頻接口與控制模塊一起作用完成對(duì)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(lái)承擔(dān)。對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，頻率不高，高頻接口處采用的是線圈。在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)中主要考慮兩個(gè)方面:一是系統(tǒng)天線線圈如何設(shè)計(jì)及連接，二是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，功耗小，成本低下。125khz的閱讀器是屬于電感式系統(tǒng)，它使用的是一般的天線線圈，用于產(chǎn)生最大的磁通量以向應(yīng)答器提供電源與傳送信息。設(shè)計(jì)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(hù)，功率得到匹配，可以最大程度利用磁通量的可用能量。由于頻

48、率小，高頻接口和天線線圈往往相鄰安裝在一起，最好能集成在同一安裝板上。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(zhǎng)小若干個(gè)數(shù)量級(jí)，因此可視信號(hào)為穩(wěn)態(tài)信號(hào)來(lái)處理，忽略波特性，在電路技術(shù)上無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊的連接處理。只需在輸出饋接線圈時(shí)與相關(guān)電容，電阻串聯(lián)在一起，組成串聯(lián)諧振電路，使得諧振頻率與閱讀器工作頻率相同即可。圖4-2 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(jī)通信模塊報(bào)警模塊主控模塊天線模塊圖4-3 系統(tǒng)模塊圖該系統(tǒng)主要模塊有：讀卡模塊、pc機(jī)通信模塊、卡內(nèi)信息處理模塊、天線模塊、報(bào)警模塊以及顯示模塊等。單片機(jī)將讀卡器讀來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后送lcd顯示，并作出判斷

49、，若數(shù)據(jù)不符合，則做報(bào)警處理。并且還可以將讀到的卡號(hào)送到計(jì)算機(jī)上，進(jìn)行相應(yīng)的處理，例如顯示等。4.4 硬件設(shè)計(jì)下圖為125kh的閱讀器的硬件功能框圖：圖4-4 125kh的閱讀器的硬件功能框圖其中em4o95作為收發(fā)芯片可以通過(guò)不同的設(shè)置與硬件連接有多種模式可以選擇(只讀或者讀/寫等)。單片機(jī)與收發(fā)芯片交互配合對(duì)數(shù)據(jù)時(shí)鐘流進(jìn)行存儲(chǔ)與解碼操作，通過(guò)對(duì)單片機(jī)不同管腳的連接與設(shè)定進(jìn)行控制管理。下面分幾個(gè)模塊來(lái)具體說(shuō)明這個(gè)系統(tǒng)。4.4.1 射頻接口電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)圖4-5 em4095原理圖資料上的典型應(yīng)用原理圖：圖 4-6 em4095典型應(yīng)用原理圖射頻接口電路實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電子標(biāo)簽和信號(hào)解調(diào)。系統(tǒng)采用rf

50、id專用基站芯片em4095設(shè)計(jì)了電子標(biāo)簽與識(shí)讀終端主控模塊之間的射頻接口電路。em4095功能原理見圖4-5。em4095兼容多種傳輸協(xié)議，利用內(nèi)部鎖相環(huán)pll就可得到與天線適合的諧振頻率，而不需外接晶振，工作頻率100khz150khz，具有睡眠模式，與微器的接口簡(jiǎn)單，采用調(diào)幅同步解調(diào)技術(shù)，工作電壓5v。芯片工作受輸入信號(hào)shd和mod控制。mod=0時(shí)，芯片工作于只讀模式。shd=1時(shí)，為睡眠模式。芯片供電之后，shd應(yīng)先為高電平，以對(duì)芯片進(jìn)行初始化，然后再接低電平，芯片即發(fā)射射頻信號(hào)；同時(shí)，解調(diào)模塊將天線上am信號(hào)中攜帶的數(shù)字信號(hào)取出，并由demod-out端輸出。rdy/clk端向微

51、控制器提供芯片內(nèi)部的狀態(tài)以及與發(fā)射信號(hào)同步的參考時(shí)鐘。shd=1時(shí)。rdy/clk端輸出低電平；shd有高電平變?yōu)榈碗娖胶?，?jīng)過(guò)約35ms，rdy/clk端輸出同步時(shí)鐘信號(hào)，該參考時(shí)鐘信號(hào)的出現(xiàn)表示發(fā)射模塊和接收模塊已經(jīng)啟動(dòng)。通過(guò)查詢r(jià)dy/clk端信號(hào)狀態(tài)，微控制器即可確定從demod-out端接收數(shù)據(jù)的時(shí)刻。鎖相環(huán)pll、天線驅(qū)動(dòng)器、調(diào)制器組成射頻信號(hào)發(fā)射模塊。其中pll由環(huán)路濾波器、相位比較器、壓控振蕩器組成。天線線圈接收的信號(hào)通過(guò)耦合電容輸入demod-out端，該信號(hào)與天線驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)由相位比較器進(jìn)行相位比較，形成與相位差對(duì)應(yīng)的電壓，作為壓控振蕩器的控制信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)天線發(fā)射信

52、號(hào)頻率的鎖定。接收模塊由采樣保持器、濾波器、比較器組成。de_mod_in端輸入的am信號(hào)在vco輸出信號(hào)的同步控制下被采樣，采樣輸出信號(hào)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(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。在射頻接口電路中，la、cres、cdv1及cdv2組成lc串聯(lián)諧振電路，諧振頻率為：，其中（4-1）天線工作電流與諧振電路q值有關(guān)，天線線圈串聯(lián)一個(gè)電阻rant可調(diào)節(jié)q值。圖4-7 em4095的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)原理圖4.4.2 主控模塊微控制器負(fù)責(zé)啟動(dòng)em4095并接受由em4095解調(diào)的編碼數(shù)據(jù)。采用at89c52作為微控制器，其內(nèi)部集成了8kb

53、的flash程序存貯器，256b的ram，具有低功耗工作模式。em4095的demod_out端接p1.0，em4095的shd接p1.1,em4095輸出的參考時(shí)鐘信號(hào)接rdy/clk端接t0,用作解碼的同步時(shí)鐘。at89c52從電子標(biāo)簽讀取來(lái)的編碼數(shù)據(jù)存貯在eeprom芯片at89c64中。可通過(guò)max232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。圖4-8 識(shí)讀終端硬件原理圖at89c52通過(guò)p1.1發(fā)出控制信號(hào)啟動(dòng)em4095工作，若有效范圍內(nèi)有電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽接收em4095發(fā)射的射頻信號(hào)能量后發(fā)送經(jīng)過(guò)調(diào)制的編碼信號(hào)，at89c52通過(guò)監(jiān)測(cè)p1.0的狀態(tài)，判斷是否收到射頻接口解調(diào)輸出的數(shù)據(jù)

54、，由軟件完成數(shù)據(jù)的接收及后續(xù)的處理任務(wù)。em4095的可配置成只讀，讀/寫型，由單片機(jī)p2.1腳控制mod來(lái)進(jìn)行選擇，接地或者軟件清零即可配置成只讀型。電路圖中最關(guān)鍵的是demod_out，rdy/clk與shd三個(gè)管腳信號(hào)，主要依靠它們與單片機(jī)協(xié)同工作，當(dāng)shd變高時(shí)表明4095處于sleep mode，一旦變低表明電路開始解調(diào)由天線或線圈端子處收到的信號(hào)，是兩芯片的重要握手信號(hào);rdy/clk是4095的時(shí)鐘信號(hào)線，速率125k;demo_out是解調(diào)后的編碼信號(hào)，與時(shí)鐘信號(hào)同步，但速率僅是時(shí)鐘信號(hào)的1/32。圖中加入了幾個(gè)跳線柱，方便后續(xù)軟件設(shè)計(jì)的方案選擇與調(diào)試。圖4-9原理圖中的單片機(jī)

55、連接圖4.4.3 pc機(jī)通信模塊at89c52與pc端進(jìn)行通訊的主要借用了rxd，txd。計(jì)算機(jī)使用的是rs232電平標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)中采用了電平轉(zhuǎn)換專用芯片max3232，3.0v至5.5v、低功耗、1mbps、真rs一232收發(fā)器，使用四只0.1uf外部電容，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。通過(guò)此芯片將單片機(jī)的串口連至pc機(jī)的串口上，即可與pc機(jī)進(jìn)行信息傳輸，例如系統(tǒng)的開啟、顯示持卡人信息、刷卡次數(shù)等。圖4-10電平轉(zhuǎn)換芯片硬件連接原理圖4.4.4 顯示模塊顯示模塊采用1602顯示屏，顯示卡號(hào)以及卡內(nèi)信息，由

56、單片機(jī)控制。1602的接口信號(hào)說(shuō)明如表1所示：表1圖 4-11 液晶與單片機(jī)連接圖4.4.5 報(bào)警模塊報(bào)警模塊主要通過(guò)單片機(jī)i/o口來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)發(fā)光二極管，通過(guò)發(fā)光二極管的閃爍，起到報(bào)警的作用。例如當(dāng)識(shí)別到有人刷卡時(shí)，二極管亮。圖 4-12 led電路圖4.4.5 天線模塊根據(jù)公式： （4-2） 可得當(dāng)正方形邊長(zhǎng)為5厘米左右時(shí)，線圈需繞30圈左右。4.5 硬件電路的焊接與調(diào)試對(duì)于硬件電路的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，即使是電路的原理設(shè)計(jì)完全正確，也不能保證電路板制作出來(lái)之后焊接上器件就可以立刻正常工作。一個(gè)未經(jīng)調(diào)試的電路板，可能有來(lái)自原理圖錯(cuò)誤，pcb版圖設(shè)計(jì)失誤，pcb制作廠商的質(zhì)量問(wèn)題，元器件焊接問(wèn)題以及元器件質(zhì)量問(wèn)題等多方面的因素導(dǎo)致無(wú)法正常工作。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(guò)觀察測(cè)量電路的某些特征表現(xiàn)來(lái)判定硬件電路是否正常工作。如果