任務(wù)讀寫器硬件設(shè)計(jì)與制作

1、任務(wù)讀寫器硬件設(shè)計(jì)與制作第1頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日教學(xué)內(nèi)容 2.1 案例呈現(xiàn)與任務(wù)描述 2.2 任務(wù)解讀與實(shí)施 2.3 任務(wù)小結(jié)與作業(yè)第2頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日教學(xué)目標(biāo)通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，希望能完成下述任務(wù)： （1）分析通用型13.56MHz標(biāo)簽讀寫器的硬件需求，以確定硬件設(shè)計(jì)所需實(shí)現(xiàn)的功能；（2）制定讀寫器的設(shè)計(jì)方案，并完成元器件選型、電路原理圖及PCB圖的設(shè)計(jì)，以及硬件的裝配與調(diào)試。第3頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日2.1 案例呈現(xiàn)與任務(wù)描述 2.1.1 案例呈現(xiàn) 圖4.14 JT500系列RFID

2、讀寫器第4頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日?qǐng)D4.15 JSMJD10雙頻讀寫器 第5頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日2.1 案例呈現(xiàn)與任務(wù)描述 2.1.2 任務(wù)描述 閱讀上述案例，并深入查閱有關(guān)資料，思考解決如下問題：1. 根據(jù)13.56MHz RFID系統(tǒng)識(shí)讀原理，分析13.56MHz標(biāo)簽讀寫器在硬件上應(yīng)由哪些部分組成？各自的功能是什么？2. 諸如JSMJD10雙頻讀寫器的雙頻如何實(shí)現(xiàn)？請(qǐng)帶著上述問題，查閱有關(guān)資料，并借鑒任務(wù)1中的13.56MHz RFID實(shí)驗(yàn)板，完成如下任務(wù)：1. 分析通用型13.56MHz標(biāo)簽讀寫器的硬件需求，以確定硬件設(shè)

3、計(jì)所需實(shí)現(xiàn)的功能；2. 制定讀寫器的設(shè)計(jì)方案，并完成元器件選型、電路原理圖及PCB圖的設(shè)計(jì)，以及硬件的裝配與調(diào)試。第6頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日2.2 任務(wù)解讀與實(shí)現(xiàn) 所需完成的主要任務(wù) 13.56MHz RFID讀寫器硬件需求分析 13.56MHz RFID讀寫器硬件原理圖設(shè)計(jì) 13.56MHz RFID讀寫器硬件PCB設(shè)計(jì) 13.56MHz RFID讀寫器硬件裝配與調(diào)試第7頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日工作頻率協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)接口方式讀標(biāo)簽距離狀態(tài)指示工作供電2.2.1 硬件需求分析 需求分析著眼點(diǎn)實(shí)物效果圖第8頁，共28頁，2022年，5月

4、20日，21點(diǎn)1分，星期日商用的13.56MHz標(biāo)簽讀寫器也有發(fā)卡器和讀卡器之分，前者用于寫入廠商數(shù)據(jù)、更改密碼、擦寫數(shù)據(jù)、恢復(fù)錯(cuò)誤等，后者用于具體使用場合。本節(jié)以滿足13.56MHz標(biāo)簽發(fā)卡操作為目標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)合兩個(gè)案例的分析，可制定如下硬件需求：1. 工作頻率：13.56MHz。2. 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：支持國際標(biāo)準(zhǔn)ISO14443系列M1（S50）高頻標(biāo)簽的讀寫操作。3. 接口方式：讀寫器應(yīng)能通過USB接口，以USB轉(zhuǎn)串口的形式，與PC等其它設(shè)備進(jìn)行通訊，以便實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。4. 讀寫距離：2cm。5. 狀態(tài)指示：聲、光指示。6. 工作供電：支持USB取電，工作電壓為直流5V。第

5、9頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日1. 硬件組成分析2.2.2 硬件設(shè)計(jì)與制作 硬件方案設(shè)計(jì)圖4.16 Mifare 1標(biāo)簽讀寫器的組成框圖第10頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日2.讀寫器外殼的選擇圖4.17 讀寫器外殼及內(nèi)部結(jié)構(gòu)第11頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日2.2.2 硬件設(shè)計(jì)與制作 Mifare 1專用讀寫基站芯片選型圖4.18 MFRC500實(shí)物及引腳排列Mifare讀寫接口電路的核心是讀寫基站芯片，目前常用的基站芯片有NXP的MF RC系列（如RC500、RC522、RC532、RC632）、國內(nèi)復(fù)旦微電子

6、的FM系列（如FM1722、FM1725）等，本項(xiàng)目選用常用的NXP公司的MF RC500讀卡基站芯片，其實(shí)物及引腳排列如圖4.18所示。第12頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日MF RC500的邏輯結(jié)構(gòu)圖4.19 MFRC500的邏輯結(jié)構(gòu)第13頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日1. STC89C52單片機(jī) 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)時(shí)鐘電路復(fù)位電路2.2.2 硬件設(shè)計(jì)與制作 硬件電路原理圖設(shè)計(jì)圖4.20 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖第14頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日2. 讀卡器的接口電路設(shè)計(jì)圖4.21 基于MFRC500的讀寫接

7、口電路原理圖第15頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日3.天線匹配電路設(shè)計(jì)（1）讀寫器與標(biāo)簽的通信過程圖4.22 基于變壓器原理的能量傳遞和數(shù)據(jù)傳輸示意圖第16頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日（2）讀寫器天線匹配電路設(shè)計(jì)MF RC500可以選擇50匹配的天線或者使用直接匹配的天線配置兩種不同的方法將天線連接到讀寫器IC，這兩種方法構(gòu)成的系統(tǒng)所需器件很相似，都需要3個(gè)部分： 接收電路：接收電子標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)。 濾波和電阻轉(zhuǎn)換電路：抑制高次諧波并優(yōu)化到讀卡器天線的功率 傳輸（power transmission）。 設(shè)計(jì)天線線圈的匹配電路和天線線圈使它們

8、獲得最優(yōu)的性能。第17頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日?qǐng)D4.22 MFRC500天線匹配電路原理圖第18頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日4. 聲光提示電路設(shè)計(jì)蜂鳴器如何選擇有源蜂鳴器無源蜂鳴器圖4.23 聲光提示電路原理圖第19頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日5. USB轉(zhuǎn)串口通信接口電路及電源電路設(shè)計(jì)圖4.24 USB轉(zhuǎn)串口通信接口電路及電源電路原理圖第20頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日整機(jī)電路原理圖第21頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日2.2.2 硬件設(shè)計(jì)與制作 PCB

9、設(shè)計(jì)圖4.25 13.56MHz Mifare1標(biāo)簽讀寫器PCB圖第22頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日1. 電路裝配原則及工序 遵循“先里后外，先小后大，先輕后重，先低后高”等基本原則，按下表所示工序逐一裝配各器件。2.2.2 硬件設(shè)計(jì)與制作硬件電路裝配與調(diào)試圖4.26 讀寫器電路板及裝配效果圖第23頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日表4.13 13.56MHz標(biāo)簽讀寫器（手工）裝配工序第24頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日2. 電路測試表4.14 讀寫器電路測試項(xiàng)目及方法第25頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)

10、1分，星期日2.3 任務(wù)小結(jié)與作業(yè) 任務(wù)小結(jié) 在本任務(wù)中，通過兩個(gè)案例，我們熟悉了13.56MHz RFID讀寫器在功能和性能上的主要特點(diǎn)及需求；接下來通過對(duì)硬件需求的分析，明確了設(shè)計(jì)和制作讀寫器的方向。設(shè)計(jì)13.56MHz標(biāo)簽讀寫器硬件的關(guān)鍵點(diǎn)是：1.合理選擇讀標(biāo)簽的基站芯片，是簡化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；2.天線匹配電路及天線設(shè)計(jì)盡量參考原廠設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)成功的重要保障。3.要熟練使用原理圖及PCB圖設(shè)計(jì)工具，并熟悉電子產(chǎn)品的制造工藝，以便順利完成電路設(shè)計(jì)、制作、裝配、調(diào)試。完成本任務(wù)后，請(qǐng)大家深入總結(jié)，并完成下述作業(yè)：1.為所設(shè)計(jì)的讀寫器編寫硬件技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告。2.參考MF RC500原廠技術(shù)手冊(cè)，對(duì)天線匹配電路及天線進(jìn)行改進(jìn)，以提高讀寫標(biāo)簽的距離。第26頁，共28頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)1分，星期日設(shè)計(jì)與制作報(bào)告參考目錄：1