射頻識(shí)別RFID實(shí)驗(yàn)教程III

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 第3章 通信原理實(shí)驗(yàn)部分3.1 RFID系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)3.1.1 RFID系統(tǒng)的調(diào)制方式RFID系統(tǒng)通常采用數(shù)字調(diào)制方式傳送信息，用數(shù)字調(diào)制信號(hào)（包括數(shù)字基帶信號(hào)和已調(diào)脈沖）對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)制。已調(diào)脈沖包括NRZ碼的FSK、PSK 調(diào)制波和副載波調(diào)制信號(hào)，數(shù)字基帶信號(hào)包括曼徹斯特碼、密勒碼、修正密勒碼信號(hào)等，這些信號(hào)包含了要傳送的信息。 數(shù)字調(diào)制方式有幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。RFID系統(tǒng)中采用較多的是ASK調(diào)制方式。ASK調(diào)制的時(shí)域波形參見(jiàn)圖31，但不同的是，圖中的包絡(luò)是周期脈沖波，而ASK調(diào)制的包絡(luò)波形是數(shù)字基帶信號(hào)和已調(diào)脈沖

2、。 圖31 ASK調(diào)制波波形3.1.2 ASK調(diào)制方式的實(shí)現(xiàn)（1）副載波負(fù)載調(diào)制： 首先用基帶編碼的數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制低頻率的副載波，可以選擇振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、或相移鍵控（PSK）調(diào)制作為副載波調(diào)制的方法。副載波的頻率是通過(guò)對(duì)高頻載波頻率進(jìn)行二進(jìn)制分頻產(chǎn)生的。然后用經(jīng)過(guò)編碼調(diào)制的副載波信號(hào)控制應(yīng)答器線圈并接負(fù)載電阻的接通和斷開(kāi)，即采用經(jīng)過(guò)編碼調(diào)制的副載波進(jìn)行負(fù)載調(diào)制，以雙重調(diào)制方式傳送編碼信息。使用這種傳輸方式可以降低誤碼率，減小干擾，但是硬件電路較負(fù)載調(diào)制系統(tǒng)復(fù)雜。在采用副載波進(jìn)行負(fù)載調(diào)制時(shí)，需要經(jīng)過(guò)多重調(diào)制，在閱讀器中，同樣需要進(jìn)行逐步多重解調(diào)，這樣系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)模塊過(guò)于繁

3、瑣，并且用于分頻的數(shù)字芯片對(duì)接收到的信號(hào)的電壓幅度和和頻率范圍要求苛刻，不易實(shí)現(xiàn)。（2）負(fù)載調(diào)制：電感耦合系統(tǒng)，本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是一種互感耦合，即作為初級(jí)線圈的閱讀器和作為次級(jí)線圈的應(yīng)答器之間的耦合。如果應(yīng)答器的固有諧振頻率與閱讀器的發(fā)送頻率相符合，則處于閱讀器天線的交變磁場(chǎng)中的應(yīng)答器就能從磁場(chǎng)獲得最大能量。同時(shí)，與應(yīng)答器線圈并接的阻抗變化能通過(guò)互感作用對(duì)閱讀器線圈造成反作用，從而引起閱讀器線圈回路變換阻抗ZT的變化，即接通或關(guān)斷應(yīng)答器天線線圈處的負(fù)載電阻會(huì)引起阻抗ZT的變化，從而造成閱讀器天線的電壓變化。如圖3-2所示：圖 3-2 負(fù)載調(diào)制原理示意圖根據(jù)這一原理，我們?cè)趹?yīng)答器中以二進(jìn)制編碼信號(hào)控制

4、開(kāi)關(guān)S,即通過(guò)編碼數(shù)據(jù)控制應(yīng)答器線圈并接負(fù)載電阻的接通和斷開(kāi),使這些數(shù)據(jù)以調(diào)幅的方式從應(yīng)答器傳輸?shù)介喿x器，這就是負(fù)載調(diào)制。在閱讀器端，對(duì)閱讀器天線上的電壓信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波，并放大整形得到所需的邏輯電平，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的解調(diào)回收。電感耦合式射頻識(shí)別系統(tǒng)的負(fù)載調(diào)制有著與閱讀器天線高頻電壓的振幅鍵控（ASK）調(diào)制相似的效果（見(jiàn)圖33）。 圖33 負(fù)載調(diào)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程 圖32中的負(fù)載調(diào)制方式稱為電阻負(fù)載調(diào)制，其實(shí)質(zhì)是一種振幅調(diào)制，調(diào)節(jié)接入電阻R2的大小可改變調(diào)制度的大小。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中由開(kāi)關(guān)管T4完成負(fù)載調(diào)制（見(jiàn)圖213所示）。T4的基極通過(guò)R15電阻與單片機(jī)U5的編碼信號(hào)輸出端口P3.1相連。在單片機(jī)

5、輸出的編碼信號(hào)的控制下，T4在高電平到來(lái)時(shí)導(dǎo)通，在低電平時(shí)截止，造成應(yīng)答器線圈并接的負(fù)載電路的阻抗發(fā)生變化，應(yīng)答器線圈負(fù)載阻抗的變化通過(guò)互感作用對(duì)閱讀器線圈造成反作用，從而引起閱讀器線圈回路變換阻抗ZT的變化，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化與閱讀器線圈回路變換阻抗ZT變化的同步，從而造成閱讀器天線的電壓變化。因此數(shù)據(jù)便以ASK的方式由應(yīng)答器傳到了閱讀器。需要注意的是：由于此處是高電平導(dǎo)通，低電平截止，所以載波電壓的高低與數(shù)據(jù)是相反的，閱讀器檢波出來(lái)的信號(hào)并不是應(yīng)答器發(fā)送的碼字，而是其反碼。3.1.3 ASK調(diào)制信號(hào)的解調(diào)（1）包絡(luò)檢波：大信號(hào)的檢波過(guò)程，主要是利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RC的充放電

6、過(guò)程。利用電容兩端電壓不能突變只能充放電的特性來(lái)達(dá)到平滑脈沖電壓的目的，如圖34所示。 圖34 包絡(luò)檢波原理實(shí)驗(yàn)電路如圖35所示,在高頻信號(hào)正半周D1導(dǎo)通時(shí)，檢波電流分三個(gè)流向：一是流向負(fù)載R7（4.7K），產(chǎn)生的直流電壓是二極管的反相偏壓，對(duì)二極管相當(dāng)于負(fù)反饋電壓，可以改變檢波特性的非線性；二是流向負(fù)載電容C14(103)充電；三是流向負(fù)載R8（10K）作為輸出信號(hào)。如忽略D1的壓降則在電容上的電壓等于D1輸入端電壓U2,當(dāng)U2達(dá)到最大的峰值后開(kāi)始下降,此時(shí)電容C14上的電壓Uc也將由于放電而逐漸下降,當(dāng)U2<UC時(shí),二極管被反偏而截止,于是UC向負(fù)載供電且電壓繼續(xù)下降,直到下一個(gè)正半

7、周U2>Uc時(shí)二極管再導(dǎo)通,再次循環(huán)下去。 C11R61K0.01F1N60L3200HC140.01FR74.7K13.56MHzD1檢波輸出圖3-5 包絡(luò)檢波電路因?yàn)榘j(luò)檢波電路會(huì)改變耦合線圈L2的Q值，使諧振回路諧振狀態(tài)發(fā)生變化，為了減小檢波電路對(duì)諧振狀態(tài)的影響，采用松耦合方式，即在耦合線圈和檢波電路之間串聯(lián)一個(gè)小電容C11和一個(gè)電阻R6，使檢波電路的阻抗遠(yuǎn)大于諧振線圈L2的阻抗，從而使檢波電路對(duì)諧振狀態(tài)的影響減小。 檢波電路是連續(xù)波串聯(lián)式二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波器。圖中R7為負(fù)載電阻，其阻值較大；C14為負(fù)載電容，它的取值應(yīng)選取得在高頻時(shí)，其阻抗遠(yuǎn)小于R7的阻值，可視為短路，而在調(diào)制

8、頻率比較低時(shí)，其阻抗遠(yuǎn)大于R6，可視為開(kāi)路。線圈L3有存儲(chǔ)電能的作用，能有效提高檢波電路的輸出信號(hào)電壓。（2）比較電路：經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波以及放大后的的信號(hào)存在少量的雜波干擾，而且電壓太小，如果直接將檢波后的信號(hào)送給單片機(jī)2051進(jìn)行解碼，單片機(jī)會(huì)因?yàn)闊o(wú)法識(shí)別而不能解碼或解碼錯(cuò)誤。比較器主要是用來(lái)對(duì)輸入波形進(jìn)行整形，可以將正弦波或任意不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出。比較電路由LM358組成，如圖36所示。R5 10KR5 10KR4 1KC1210FC130.01FRP120K+5V832756U2 LM358R8 10KR910MR10 10K+12V檢波信號(hào)比較輸出4R4 1K1圖3-6 比較電

9、路LM358類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器，其電路結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。OUT1 1IN1(-) 2IN1(+) 3GND 48 VCC7 OUT2 6 IN2(-)5 IN2(+)+-+-圖37 LM358電路結(jié)構(gòu)和引腳功能圖每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門(mén)限電平，它可選擇LM358輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸

10、出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM358用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM358的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。信號(hào)送到LM358后先由電壓跟隨器進(jìn)行阻抗匹配，電壓跟隨器的特點(diǎn)是輸入阻抗小輸出阻抗大，經(jīng)過(guò)變換后使電壓比較器輸入阻抗匹配，完成包絡(luò)的整形輸出。然后進(jìn)行電壓比較，通過(guò)調(diào)整

11、比較電平的電壓值來(lái)得到二進(jìn)制信號(hào)，比比較電平值大的電壓判為高電平，用1表示；比比較電平的值小的電壓判為低電平，用0表示。R5（10K）和20K可變電阻RP1給LM358的2腳比較端設(shè)定一個(gè)偏置電壓，通過(guò)調(diào)整20K的可變電阻來(lái)控制比較電平的高低，使2腳的比較電平比3腳的電平值低0.5V左右即可。經(jīng)過(guò)比較后的信號(hào)由1腳輸出到解碼單片機(jī)U3。3.2 RFID系統(tǒng)的編碼與解碼在RFID系統(tǒng)中，為使閱讀器在讀取數(shù)據(jù)時(shí)能很好地解決同步的問(wèn)題，往往不直接使用數(shù)據(jù)的NRZ碼對(duì)射頻進(jìn)行調(diào)制，而是將數(shù)據(jù)的NRZ碼進(jìn)行編碼變換后再對(duì)射頻進(jìn)行調(diào)制。所采用的變換編碼主要有曼徹斯特碼、密勒碼和修正密勒碼等。RFID系統(tǒng)的

12、編碼與解碼可以采用編碼器、解碼器或軟件實(shí)現(xiàn)方法完成。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用軟件編程方法實(shí)現(xiàn)應(yīng)答器端的編碼和閱讀器端的解碼。3.2.1 曼徹斯特碼（1） 曼徹斯特（Manchester）碼編碼與解碼方式:在曼徹斯特碼中，1碼是前半（50）位為高電平，后半（50）位為低電平；0碼是前半（50）位為低電平，后半（50）位為高電平。NRZ碼和數(shù)據(jù)時(shí)鐘進(jìn)行異或便可得到曼徹斯特碼，曼徹斯特碼和數(shù)據(jù)時(shí)鐘進(jìn)行異或也可得到NRZ碼。前者即是曼徹斯特碼的編碼方式，后者是曼徹斯特碼的解碼方式（如圖38所示）。 圖38 NRZ碼與曼徹斯特碼 （2） 編碼器與解碼器：如上所述，可以采用NRZ碼和數(shù)據(jù)時(shí)鐘進(jìn)行異或的方法來(lái)獲得曼徹

13、斯特碼，但是這種簡(jiǎn)單的異或方法具有缺陷。如圖3-8所示，由于上升沿和下降沿不理想，在輸出中會(huì)產(chǎn)生尖峰脈沖P，因此需要改進(jìn)。改進(jìn)后的編碼器電路如圖3-9所示。該電路在異或之后加接了一個(gè)D觸發(fā)器74HC74,從而消除了尖峰脈沖的影響。 圖3-8 簡(jiǎn)單異或的缺陷 圖3-9 改進(jìn)的編碼器電路在圖3-9所示的電路中，需要一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)鐘的2倍頻信號(hào)2CLK,在RFID系統(tǒng)中，2CLK信號(hào)可以從載波分頻獲得。74HC74的PR端接編碼器控制信號(hào)，該信號(hào)為高電平時(shí)編碼器工作，該信號(hào)為低電平時(shí)編碼器輸出為低電平（相當(dāng)于無(wú)信息傳輸）。曼徹斯特碼編碼器通常用于應(yīng)答器芯片，若應(yīng)答器上有微控制器（MCU），則PR端電平可

14、由MCU控制；若應(yīng)答器芯片為存儲(chǔ)卡，則PR端電平可由存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)信號(hào)控制。起始位為1，數(shù)據(jù)為00的曼徹斯特碼的時(shí)序波形如圖3-10所示。 圖3-10 曼徹斯特編碼器時(shí)序波形圖示例D觸發(fā)器采用上升沿觸發(fā)。74HC74功能如表3-1所示。由圖可見(jiàn)，由于2CLK信號(hào)被倒相，是其下降沿對(duì)D端（異或輸出）采樣，避開(kāi)了可能遇到的尖峰P，消除了尖峰脈沖P的影響。曼徹斯特碼和數(shù)據(jù)時(shí)鐘進(jìn)行異或便可恢復(fù)出NRZ碼數(shù)據(jù)信號(hào)，因此，采樣異或電路可以組成曼徹斯特碼解碼器。實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，曼徹斯特碼解碼可由閱讀器MCU的軟件程序?qū)崿F(xiàn)。（3）軟件編碼與解碼：采樣曼徹斯特碼傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)，信息塊格式如圖3-11所示，起

15、始位采樣1碼，結(jié)束位采用無(wú)跳變低電平。起始位信息位流結(jié)束位 圖3-11 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔K格式當(dāng)MCU的時(shí)鐘頻率較高時(shí)，可將曼徹斯特碼和2倍數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率的NRZ碼相對(duì)應(yīng)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3-1所示。 表3-1 曼徹斯特碼與2倍數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率的NRZ碼曼徹斯特碼 1 0 結(jié)束位 NRZ碼 10 0100當(dāng)輸出數(shù)據(jù)1的曼徹斯特碼時(shí)，可輸出對(duì)應(yīng)的NRZ碼10；當(dāng)輸出數(shù)據(jù)0的曼徹斯特碼時(shí)，可輸出對(duì)應(yīng)的NRZ碼01；結(jié)束位的對(duì)應(yīng)NRZ碼為00。在使用曼徹斯特碼時(shí)，只要編好1，0和結(jié)束位的子程序，就可方便地由軟件實(shí)現(xiàn)曼徹斯特碼的編碼。在解碼時(shí)，MCU可以采用2倍數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率對(duì)輸入數(shù)據(jù)的曼徹斯特碼進(jìn)行讀入。首先判

16、斷起始位，其碼序?yàn)?0；然后將讀入的10，01組合轉(zhuǎn)換成為NRZ碼的1和0；若讀到00組合，則表示收到了結(jié)束位。例如，若曼徹斯特碼的讀入串為10 1001 0110 0100，根據(jù)表3-1，則解碼得到的NRZ碼數(shù)據(jù)為10010。如圖3-12所示。10 10 01 01 10 01 00 起始位1 0 0 1 0 NRZ碼數(shù)據(jù)結(jié)束位 圖3-12 曼徹斯特碼解碼方法示意圖3.2.2 密勒（Miller）碼（1）編碼方式：密勒碼的密勒碼編碼規(guī)則如表32所示。密勒碼的邏輯0的電平和前位有關(guān)，邏輯1雖然在位中間有跳變，但是上跳還是下跳取決于前位結(jié)束時(shí)的電平。表32 密勒碼的編碼規(guī)則bit(i-1) bi

17、ti 編碼規(guī)則 X 1bit i的起始位置不變化，中間位置跳變 0 0bit i的起始位置跳變，中間位置不跳變 1 0bit i的起始位置不跳變，中間位置不跳變密勒碼的波形如圖313所示。 圖313 密勒碼波形及其與NRZ碼、曼徹斯特碼的波形關(guān)系（2）編碼器：密勒碼的傳輸格式如圖314所示，起始位為1，結(jié)束（停止）位為0，數(shù)據(jù)位流包括傳送數(shù)據(jù)及其檢驗(yàn)碼。起始位 數(shù)據(jù)位流 結(jié)束位 圖314 密勒碼的傳輸格式密勒碼的編碼電路如圖315所示。從圖313可見(jiàn)，倒相的曼徹斯特碼的上跳沿正好是密勒碼波形中的跳變沿，因此由曼徹斯特碼來(lái)產(chǎn)生密勒碼，編碼器電路非常簡(jiǎn)單。在圖315中，倒相的曼徹斯特碼作為D觸發(fā)器

18、74HC74的CLK信號(hào)，用上跳沿觸發(fā)，觸發(fā)器的Q輸出端輸出的是密勒碼。 圖315 用曼徹斯特碼產(chǎn)生密勒碼的電路（3）軟件編碼：從密勒碼的編碼規(guī)則可以看出，NRZ碼可以轉(zhuǎn)換為用兩位NRZ碼表示的密勒碼值，其轉(zhuǎn)換關(guān)系如表33所示。 表33 密勒碼的兩位表示法 密勒碼二位表示法的二進(jìn)制數(shù) 1 10或01 0 11或00 開(kāi)始送起始位（1，0） 取下位數(shù) 為0？ 送位值（0，0）送位值（0，1）NY 取下位數(shù) 為0？前位數(shù)為0？送位值（前末位值反，前末位值反）送位值（前末位值，前末位值）送位值（前末位值，前末位值反）是停止位？結(jié)束NYYNNY 圖316 密勒碼軟件解碼流程圖密勒碼的軟件編碼流程如圖3

19、16所示，圖313中的碼串1011 0010轉(zhuǎn)換后為1000 0110 0011 1000。在存儲(chǔ)式應(yīng)答器中，可將數(shù)據(jù)的NRZ碼轉(zhuǎn)換為兩位NRZ碼表示的密勒碼，存放于存儲(chǔ)器中，但存儲(chǔ)器的容量需要增加一倍，數(shù)據(jù)時(shí)鐘也需要提高一倍。（4）解碼：解碼功能由閱讀器完成，閱讀器中都有MCU，因此采用軟件解碼最為方便。軟件解碼時(shí)，首先應(yīng)判斷起始位，在讀出電平由高到低的跳變沿時(shí)，便獲得了起始位。然后對(duì)以2倍數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率讀入的位值進(jìn)行每?jī)晌灰淮无D(zhuǎn)換：01和10都轉(zhuǎn)換為1，00和11都轉(zhuǎn)換為0。這樣便獲得了數(shù)據(jù)的NRZ碼，如圖317所示。10 00 01 10 00 11 10 00起始位數(shù)據(jù)信息位停止位 圖3

20、17 密勒碼解碼3.2.3 修正密勒（Miller）碼在RFID的ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)（近耦合非接觸式IC卡標(biāo)準(zhǔn)）中規(guī)定：載波頻率為13.56MHz；數(shù)據(jù)傳輸速率為106Kbps；在從閱讀器向應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸中，ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)的TYPE中采用修正密勒碼方式對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。（1）TYPE中定義如下三種時(shí)序： 時(shí)序X：在64/fc處，產(chǎn)生一個(gè)Pause（凹槽）。 時(shí)序Y：在整個(gè)位期間（128/fc）不發(fā)生調(diào)制。 時(shí)序Z：在位期間的開(kāi)始產(chǎn)生一個(gè)Pause。在上述時(shí)序說(shuō)明中，fc為載波頻率13.56MHz，Pause脈沖的底寬為0.53.0s, 900/0幅度寬度不大于4.5s。

21、這三種時(shí)序用于對(duì)幀編碼，即修正的密勒碼。（2）修正密勒碼的編碼規(guī)則： 邏輯1為時(shí)序X。 邏輯0為時(shí)序Y。但下述兩種情況除外：若相鄰有兩個(gè)或更多0，則從第二個(gè)0開(kāi)始采用時(shí)序Z；直接與起始位相連的所有0，用時(shí)序Z表示。 通信開(kāi)始用時(shí)序Z表示。 通信結(jié)束用時(shí)序Y表示。 無(wú)信息用至少兩個(gè)時(shí)序Y表示。3.2.4 RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的編碼和解碼RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的編碼由應(yīng)答器單片機(jī)U5通過(guò)軟件編碼方式完成，解碼由閱讀器單片機(jī)U4通過(guò)軟件解碼方式完成。U4和U5均采用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS8位單片機(jī)AT89C2051芯片，片內(nèi)含2K bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PERROM

22、）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用的8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。AT89C2051的主要性能參數(shù)如下：（1） 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；（2） 2K字節(jié)可擦寫(xiě)閃速存取器，1000次擦寫(xiě)周期；（3） 2.7-6V的工作電壓范圍，全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz；（4） 兩級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；（5） 128×8字節(jié)內(nèi)部RAM，15個(gè)可編程I/O口，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（6） 可編程串行UART通道，可直接驅(qū)動(dòng)LED的輸出端口；（7） 內(nèi)置一個(gè)模擬比較器，低功耗空

23、閑和掉電模式。 圖318 AT89C2051引腳排列圖 AT89C2051芯片的引腳排列方式如圖318所示，現(xiàn)對(duì)部分引腳功能簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：P1口：P1口是一組8位雙向I/O口，P1.2P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1內(nèi)部無(wú)上拉電阻，主要是考慮它們分別是內(nèi)部精密比較器的同相輸入端（AINO）和反相輸入端（AINI），如果需要應(yīng)在外部接上上拉電阻。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并可直接驅(qū)動(dòng)LED。當(dāng)P1口引腳寫(xiě)入“1”時(shí)可作輸入端，當(dāng)引腳P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而輸出電流。P1口還在Flash閃速編程及程序校驗(yàn)時(shí)接收代碼數(shù)據(jù)。P3口：P3口的P

24、3.0P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的7個(gè)雙向I/O口。P3.6沒(méi)有引出，它作為一個(gè)通用I/O口但不可訪問(wèn)，但可作為固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)，P3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。RST引腳一旦編程兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，所有的I/O口都將復(fù)位到“1”（高電平）狀態(tài)，當(dāng)振蕩器正在工作時(shí)，持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平便可以完成復(fù)位，每個(gè)機(jī)器周期為12個(gè)振蕩時(shí)鐘周期。XTAL1：振蕩器反相放大器的及

25、內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的基本原理是：首先通過(guò)單片機(jī)控制應(yīng)答器，發(fā)送數(shù)字基帶信號(hào)，經(jīng)過(guò)ASK調(diào)制后，再由天線發(fā)射出去。閱讀器經(jīng)天線耦合收到調(diào)制信號(hào)后，進(jìn)行ASK解調(diào)，解調(diào)后的信號(hào)通過(guò)串行口送到單片機(jī)。單片機(jī)驗(yàn)證信號(hào)后，再經(jīng)過(guò)解碼芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼放大處理，最后由單片機(jī)控制顯示模塊LED管顯示出來(lái)。當(dāng)應(yīng)答器靠近閱讀器，應(yīng)答器上89C2051芯片擁有正常的5V工作電壓后開(kāi)始工作，會(huì)每隔0.1秒就通過(guò)串口P3.1向外發(fā)送一個(gè)碼字“”，當(dāng)閱讀器通過(guò)電路解調(diào)和單片機(jī)控制解碼后應(yīng)該還是原碼，二進(jìn)制編碼是“”。閱讀器上2051初始化后P1口清零，所以數(shù)碼管

26、上顯示為“00”。當(dāng)閱讀器上的2051接收到應(yīng)答器發(fā)送的“”后就通過(guò)P1口置“62H”，數(shù)碼管便顯示一卡通余額“62”。3.2.5 應(yīng)答器程序設(shè)計(jì)(1) 應(yīng)答器程序設(shè)計(jì)流程圖： 開(kāi)始設(shè)置工作狀態(tài)讀取發(fā)送數(shù)據(jù)將所得數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位進(jìn)行編碼按位傳輸該編碼判斷數(shù)據(jù)傳完否？延時(shí)NY圖3-19 應(yīng)答器程序設(shè)計(jì)流程圖（2） 應(yīng)答器發(fā)碼程序：MOV SCON ,#80H ;設(shè)置工作方式2 MOV PCON ,#00H ;SMOD=0 波特率不加倍 MOV R0,#86HLOOP: MOV A,R0;取發(fā)送數(shù)據(jù) MOV C,P;奇偶位送TB8 MOV TB8,C MOV SBUF,A;讀取數(shù)據(jù)WAIT:

27、JBC TI,NEXT;判斷發(fā)送是否結(jié)束，TI=1時(shí)跳轉(zhuǎn) SJMP WAIT ; TI=0時(shí),在次此循環(huán)NEXT: ACALL DELAY;延時(shí) SJMP LOOPDELAY: MOV R7,#0AH;延時(shí) DEL: MOV R6,#0FFH DJNZ R6,$ DJNZ R7,DEL RET END3.2.6 閱讀器程序設(shè)計(jì)（1）閱讀器程序設(shè)計(jì)流程圖：開(kāi)始初始化串口中斷入口開(kāi)啟串口中斷讀數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)為P判斷數(shù)據(jù)接收位RB8中斷返回判斷數(shù)據(jù)接收位RB8LED顯示返回為1為0為0為1為0為1圖3-20 閱讀器程序設(shè)計(jì)流程圖（2）閱讀器解碼程序：ORG 0000H LJMP MAIN OR

28、G 0023H LJMP INTERUPUTMAIN: MOV P1,#00H;系統(tǒng)初始化 MOV R0 ,#86H MOV SCON ,#90H;串口工作方式2，并允許接收 MOV PCON, #00H;置SMOD0，波特率不加倍 CLR RI SETB EA;開(kāi)串口中斷LOOP: SJMP DISPLAY SJMP LOOP INTERUPUT:CLR RI;接收中斷標(biāo)志清零 MOV A,SBUF;讀取接收數(shù)據(jù) MOV C,P JNC LP0 ;進(jìn)位為0則判斷接收未結(jié)束將數(shù)據(jù) ;送入86H，接收結(jié)束則中斷返回JNB RB8,TEMP;進(jìn)位為1判斷接收未結(jié)束中斷返回 MOV R0 ,A ;接

29、收結(jié)束則將數(shù)據(jù)送入86H RETI;中斷返回LP0:JB RB8,TEMP MOV R0 ,ATEMP:RETI DISPLAY:MOV A ,R0;顯示部分 CLR P1.4;片選 SETB P1.3 LCALL DISP LCALL DELAY CLR P1.3 SETB P1.4 LCALL DISP LCALL DELAY CLR C RETDISP: RRC A MOV P1.0,C RRC A MOV P1.6,C RRC A MOV P1.5,C RRC A MOV P1.1,C RET DELAY: MOV R7,#0AH ;延時(shí) DEL: MOV R6,#0FFH DJNZ

30、R6,$ DJNZ R7,DEL RET END3.2.7 解碼顯示模塊在解碼顯示部分，選擇用2051的P1口作為譯碼的動(dòng)態(tài)顯示輸出，動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺(jué)暫留作用，使人的感覺(jué)好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。解碼顯示部分電路如圖3-21所示。 45 18171216891910181011121315162012比較信號(hào)R11 1KC16 22PG24MHzC17 22PC15 22FU3 AT89C2051T29014R121KR131KT39014+5VU4 CD4511LED LG5621AH 圖3-21 解碼顯示模塊當(dāng)2051接收到應(yīng)答器發(fā)送的編碼信息后，2051中存儲(chǔ)有該應(yīng)答器所對(duì)應(yīng)的一卡通余額，并將其譯碼和顯示輸出。P1.3、P1.4分別作為2