畢業(yè)設(shè)計(jì)----基于射頻識(shí)別技術(shù)(rfid)的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言2</b></p><p>　　1 射頻識(shí)別技術(shù)2</p><p>　　1.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成2</p><p>　　1.1.1 應(yīng)答器介紹3</p><p>　　1.1.

2、2 閱讀器介紹3</p><p>　　1.2 射頻識(shí)別系統(tǒng)的分類4</p><p>　　1.3 射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理5</p><p>　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 基站芯片U2270B的簡介6</p><p>　　2.2 射頻卡讀寫電路的設(shè)計(jì)7</p>

3、<p>　　2.2.1 電源的選擇7</p><p>　　2.2.1.1 單電源輸入8</p><p>　　2.2.1.2 雙電源輸入8</p><p>　　2.2.1.3 電池供電模式9</p><p>　　2.2.2 外圍元件的選擇9</p><p>　　2.2.3 射頻電路的設(shè)計(jì)1

4、1</p><p>　　2.3 系統(tǒng)其它的電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　2.3.1 單片機(jī)的選擇13</p><p>　　2.3.2 語音報(bào)警電路14</p><p>　　2.3.3 存儲(chǔ)接口電路18</p><p>　　2.3.4 電源監(jiān)控器19</p><p>　　2

5、.3.5 鍵盤輸入19</p><p>　　2.3.6 串行通信電路19</p><p>　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.1 射頻卡T5557簡介21</p><p>　　3.2 T5557的工作原理23</p><p>　　3.2.1 初始化23</p>&l

6、t;p>　　3.2.2 卡與閱讀器的通訊23</p><p>　　3.2.3 配置寄存器的設(shè)置24</p><p>　　3.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)27</p><p>　　3.3.1 軟件設(shè)計(jì)27</p><p>　　3.3.2 寫卡軟件設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.3.3 系統(tǒng)其它電路的軟

7、件設(shè)計(jì)33</p><p>　　3.4 串行通信程序設(shè)計(jì)35</p><p>　　4 設(shè)計(jì)總結(jié)35</p><p>　　基于RFID汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RF

8、ID）技術(shù)是從20世紀(jì)80年代開始走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù),是當(dāng)前最受人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一，該項(xiàng)技術(shù)既傳統(tǒng)也充滿新意和活力。射頻識(shí)別是無線電識(shí)別的簡稱，即通過無線電波進(jìn)行識(shí)別。它源于無線電通信技術(shù)，綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)智能控制、智能識(shí)別、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)，順應(yīng)了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，電子商務(wù)等熱點(diǎn)應(yīng)用的發(fā)展需要。射頻識(shí)別應(yīng)用電磁場(chǎng)，以非接觸、無視覺、高可靠的方式傳遞特定識(shí)別信息，由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的日益成熟，使得射頻識(shí)別系統(tǒng)的體積大大

9、減少，從而進(jìn)入了實(shí)用化階段。 射頻識(shí)別技術(shù)具有工作距離大、信息收集處理快捷及較好的環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)， 極大地加速了有關(guān)信息的采集和處理，在近年來獲得了極為迅速的發(fā)展。基于RFID的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)是將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到汽車防盜系統(tǒng)中的一次成功嘗試。這一系統(tǒng)克服了市場(chǎng)上使用的電池遙控裝置的弱點(diǎn)，能夠有效地達(dá)到汽車防盜的目的。</p><p><b>　　1 射頻識(shí)別技術(shù)</b></p&

10、gt;<p>　　1.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成</p><p>　　一個(gè)典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成，應(yīng)答器（又稱電子標(biāo)簽、射頻卡）、閱讀器（又稱讀寫器、讀卡器），應(yīng)答器應(yīng)置于要識(shí)別的物體上或由個(gè)人攜帶，應(yīng)答器是信息的載體；閱讀器可以具有讀或讀/寫功能，這取決于系統(tǒng)所用應(yīng)答器的性能。射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成如圖1.1-1所示：</p><p>　　圖1.1-1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的組

11、成 </p><p>　　1.1.1 應(yīng)答器介紹</p><p>　　應(yīng)答器[2]是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，由線圈（天線）和用于存儲(chǔ)有關(guān)應(yīng)用標(biāo)識(shí)信息的存儲(chǔ)器及微電子芯片組成。基于不同的應(yīng)用，對(duì)應(yīng)答器的體積、性能等的要求也各不相同。</p><p>　　一般來說應(yīng)答器的主要功能特點(diǎn)有：具有信息存儲(chǔ)、處理能力，可接收、發(fā)送無線信號(hào)，外圍部件少,功耗低，能在低電壓下工

12、作；依據(jù)不同需要，具有無線、射頻微波探測(cè)器、調(diào)制器，解調(diào)器、控制邏輯及存儲(chǔ)器等部件。</p><p>　　應(yīng)答器的主要電氣性能參數(shù)有：工作頻率、讀寫能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、多應(yīng)答器識(shí)讀能力、信息安全性能等。</p><p>　　簡單系統(tǒng)的應(yīng)答器的數(shù)據(jù)不多，大多是序列號(hào)碼，在加工芯片時(shí)寫入，以后就不能改變。而在很多應(yīng)用中，需要從閱讀器（讀寫器）向應(yīng)答器寫入數(shù)據(jù)，為了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，在應(yīng)

13、答器中主要采用三種類型的存儲(chǔ)器：EEPROM、鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器FRAM和靜電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SRAM。EEPROM是電感耦合方式中應(yīng)答器主要采用的存儲(chǔ)器，其寫入過程中的功耗大，擦寫壽命約為10萬次。FRAM是一種新的，非瞬態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)。FRAM存儲(chǔ)單元的基本原理是鐵電效應(yīng)，即一種材料在不存在的電場(chǎng)情況下，保持其電報(bào)化的能力。</p><p>　　1.1.2 閱讀器介紹</p><p>　　閱讀

14、器應(yīng)能完成下述幾項(xiàng)功能：向應(yīng)答器提供射頻能量；從應(yīng)答器中讀出數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)至應(yīng)答器中；完成數(shù)據(jù)信息處理，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用操作；如果需要，應(yīng)能和高層處理應(yīng)用交互。</p><p>　　雖然因頻率范圍、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸方法的不同，各種閱讀器會(huì)有很大的區(qū)別和差異，但是所有的閱讀器在上述功能上是很相似的。</p><p>　　閱讀器的組成結(jié)構(gòu)如圖1.1.2-1所示。圖中各部分的功能簡述如下：發(fā)送通道，

15、對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行功率放大，向應(yīng)答器傳送操作命令及寫數(shù)據(jù)。接收通道:接收應(yīng)答器傳送至閱讀器的響應(yīng)及數(shù)據(jù)。載波產(chǎn)生器：采用晶體振蕩器，產(chǎn)生所需頻率的載波信號(hào)，并保證載波信號(hào)的頻率穩(wěn)定度。時(shí)鐘產(chǎn)生電路：通過分頻器形成工作所需要的各種時(shí)鐘。MCU：微控制器是讀寫器工作的核心，完成收發(fā)控制、向應(yīng)答器發(fā)命令及寫數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)讀取與處理、與高層處理應(yīng)用系統(tǒng)的通信等工作。天線：與應(yīng)答器形成耦合交連。</p><p>　　圖1.1.2-

16、1 閱讀器的組成結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　1.2 射頻識(shí)別系統(tǒng)的分類</p><p>　　射頻識(shí)別系統(tǒng)根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法，主要有以下幾種分類：</p><p>　　根據(jù)射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率（通常把閱讀器發(fā)送信號(hào)時(shí)使用的頻率稱為射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率）可以分為：</p><p>　　★ 低頻（LF），工作頻率低于135kH

17、z,最常用的是125kHz；</p><p>　　★ 高頻（HF），工作頻率為6.56MHz-20.56kHz；</p><p>　　★ 超高頻（UHF），工作頻率為433MHz、860MHz-960MHz；</p><p>　　★ 微波，工作頻段為2.45GHz和5.8GHz。</p><p>　　根據(jù)應(yīng)答器與閱讀器作用距離的不同，射頻識(shí)別

18、系統(tǒng)可以分為：</p><p>　　★ 密耦合，作用距離為0-1cm；</p><p>　　★ 疏耦合，作用距離為1-100cm；</p><p>　　★ 遠(yuǎn)距離，作用距離為1m以上。</p><p>　　根據(jù)應(yīng)答器的供電方式可以分為：</p><p>　　★ 無源（passive)，無源應(yīng)答器有內(nèi)裝電池，在閱讀器的范

19、圍之外時(shí)，應(yīng)答器處于無源狀態(tài)，在閱讀器的范圍之內(nèi)時(shí)，應(yīng)答器從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電能。</p><p>　　★ 半無源（semi-passive)，半無源應(yīng)答器裝有電池，但電池僅對(duì)應(yīng)答器內(nèi)要求供電維持?jǐn)?shù)據(jù)的電路或應(yīng)答器芯片工作所需的電壓作輔助支持，應(yīng)答器電路本身耗電很少。應(yīng)答器未進(jìn)入工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，相當(dāng)于無源應(yīng)答器。當(dāng)進(jìn)入閱讀器的閱讀范圍時(shí)，受到閱讀器發(fā)出的射頻能量的激勵(lì)，進(jìn)入工作

20、狀態(tài)時(shí)，用于傳輸通信的射頻能量與無源應(yīng)答器一樣源自閱讀器。</p><p>　　★ 有源(active)，有源應(yīng)答器的工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時(shí)應(yīng)答器電池的能量供應(yīng)也部分地轉(zhuǎn)換為應(yīng)答器與閱讀器通信所需的射頻能量。</p><p>　　根據(jù)射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本工作方式可以分為：</p><p>　　★ 雙工系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中應(yīng)答器的應(yīng)答相應(yīng)號(hào)與閱讀器的發(fā)射信號(hào)同時(shí)存

21、在；</p><p>　　★ 時(shí)序系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，閱讀器的電磁場(chǎng)周期性地接通，在這些間隔中應(yīng)答器向閱讀器發(fā)信號(hào)并被識(shí)別出來。</p><p>　　1.3 射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　射頻識(shí)別系統(tǒng)[1]是利用無線電波對(duì)記錄物體進(jìn)行讀寫。射頻識(shí)別的距離可達(dá)到幾十厘米至幾米，并且可以傳輸大量的保密信息。</p><p>　　射頻

22、識(shí)別系統(tǒng)的基本工作原理是閱讀器加電工作后發(fā)出定向查詢的射頻信號(hào)，當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入讀寫器的有效查詢范圍內(nèi)，將自身存儲(chǔ)的電子信息發(fā)送給閱讀器，由應(yīng)答器發(fā)送的應(yīng)答信號(hào)經(jīng)閱讀器接收處理后獲得應(yīng)答器所存儲(chǔ)的電子信息。應(yīng)答器中所存儲(chǔ)的電子信息代表了待識(shí)別物體的標(biāo)識(shí)信息，應(yīng)答器相當(dāng)于待識(shí)別物體的身份認(rèn)證[3]。從而射頻識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了非接觸物體的識(shí)別目的。</p><p>　　應(yīng)答器與閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過數(shù)據(jù)在空氣介質(zhì)中以無線

23、電波的形式進(jìn)行的。一般地，我們可以用兩個(gè)參數(shù)衡量數(shù)據(jù)在空氣介質(zhì)中的傳播，即數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣扰c數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。</p><p>　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　基于射頻識(shí)別(RFID）汽車防盜系統(tǒng)裝置是將射頻識(shí)別技術(shù)用于汽車防盜技術(shù)中。該裝置包括安裝在汽車啟動(dòng)鑰匙頂部的應(yīng)答器和汽車內(nèi)部控制著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子點(diǎn)火系統(tǒng)的閱讀器。</p><p>　　當(dāng)一個(gè)具有

24、正確識(shí)別碼的鑰匙插入點(diǎn)火開關(guān)后，汽車才能用正確的方式進(jìn)行啟動(dòng)。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉時(shí)，閱讀器輸出一個(gè)125kHz的充電脈沖到汽車鑰匙頂部的應(yīng)答器。應(yīng)答器接收到這個(gè)脈沖信號(hào)后就使電容器充電，從而使應(yīng)答器發(fā)射一個(gè)特定的代碼至閱讀器，信號(hào)的傳輸就發(fā)生在閱讀器的天線和應(yīng)答器的天線之間。閱讀器的控制模塊對(duì)此信號(hào)進(jìn)行解碼并把它與存儲(chǔ)在微處理器內(nèi)存中的代碼進(jìn)行比較。如果相同，控制模塊便啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制程序和點(diǎn)火開關(guān)；只要有一位不相同，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警

25、信息。應(yīng)答器中有32個(gè)密碼位，因而其信號(hào)被其它接收機(jī)截獲也是不可能的。</p><p>　　基于射頻識(shí)別的汽車防盜整個(gè)裝置是由單片機(jī)、射頻卡讀寫電路、語音報(bào)警電路、電源監(jiān)控電路、存儲(chǔ)器接口電路、鍵盤和應(yīng)答器組成。射頻識(shí)別系統(tǒng)硬件如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 射頻識(shí)別系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　2.1 基站芯片U2270B的簡介</

26、p><p>　　U2270B是非接觸識(shí)別系統(tǒng)中典型的一種低頻讀寫基站芯片，它是應(yīng)答器和微處理器之間的接口。一方面負(fù)責(zé)應(yīng)答器和控制器的數(shù)據(jù)通信，另一方面向應(yīng)答器傳輸能量、交換數(shù)據(jù)。</p><p>　　U2270B主要由電源、放大器、濾波器、振蕩器、施密特觸發(fā)器、激勵(lì)器等組成，U2270B的組成框圖如圖2.2-1所示：各引腳功能見表2.1-1。</p><p>　　表2.

27、1-1 U2270B的引腳功能</p><p>　　圖2.1-1 U2270B的組成框圖</p><p>　　基站芯片U2270B的基本工作原理是：振蕩器在CEF引腳為高電平是,產(chǎn)生的射頻載波信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)由Coil1、Coil2引腳輸出，天線線圈產(chǎn)生一足夠強(qiáng)度的磁場(chǎng)為應(yīng)答器供電。應(yīng)答器用它的內(nèi)部數(shù)據(jù)調(diào)制磁場(chǎng)，從而在讀寫器的線圈上引起一個(gè)微小的電壓幅度調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過外部整流器解調(diào)、耦合電容

28、高通濾波，加到INPUT引腳，由內(nèi)部的低通濾波器濾波后，又經(jīng)帶負(fù)反饋的讀通道將放大器放大、再經(jīng)施密特觸發(fā)器抑制噪聲，最后經(jīng)集電極開路輸出級(jí)，從OUTPUT端送到微控制器的輸入口。數(shù)據(jù)輸出通過設(shè)置引腳可被允許或禁止。</p><p>　　2.2 射頻卡讀寫電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　閱讀器電路的主要功能是：發(fā)出射頻載波，經(jīng)過天線耦合給應(yīng)答器，為應(yīng)答器提供工作電源；進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的載波調(diào)制

29、、解調(diào)和傳輸；與單片機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。它主要由讀寫基站芯片U2270B及外圍電路和讀寫天線組成。</p><p>　　2.2.1 電源的選擇</p><p>　　為了使系統(tǒng)電路能適應(yīng)各種環(huán)境，首先要考慮電源的輸入問題，U2270B[4]具有多種靈活的供電方式，能夠用一個(gè)已穩(wěn)壓的(5V)或未穩(wěn)壓的（7-16V）外部電源或兩個(gè)外部已穩(wěn)壓的（5V和7-8V)電源供電。電源引腳有以下幾個(gè)，VEX

30、T：天線預(yù)激勵(lì)器的電源電壓，也可以用來給外部電路（如微控制器等）供電，與一個(gè)NPN晶體管一起，它也建立天線線圈激勵(lì)器的電源電壓DVS。Vs：除驅(qū)動(dòng)器外的內(nèi)部其它電路的電源電壓，利用STANDBY引腳可將Vs與內(nèi)部電路斷開，使U2270B工作在低功耗方式，此時(shí)其消耗的電流僅為30-70uA。Vbatt：電池電源輸入端。下面是可選的三種供電方式。</p><p>　　2.2.1.1 單電源輸入 </p>

31、<p>　　所有內(nèi)部電路均由單一5V電源供電（U2270B 的單電源工作方式如圖 2.2.1.1-1所示），在這種情況下，Vs、VEXT和DVs用作輸入，Vbatt不用，但也應(yīng)該連到電源正極上。</p><p>　　圖2.2.1.1-1 U2270B 的單電源工作方式</p><p>　　2.2.1.2 雙電源輸入</p><p>　　這種情況下，

32、激勵(lì)器電壓DVs和預(yù)激勵(lì)器電壓VEXT工作在比其余電路更高的電壓上（7-8V）,以得到較高的激勵(lì)器輸出幅度，從而得到較強(qiáng)的磁場(chǎng)（U2270B的雙電源工作方式如圖2.2.1.2-1所示），Vs連到5V電源上，這種工作方式大多數(shù)用在要求增加通信距離的情況下。</p><p>　　圖2.2.1.2-1 U2270B的雙電源工作方式</p><p>　　以上兩種供電方式，U2270B都不能進(jìn)入低

33、功耗方式。</p><p>　　2.2.1.3 電池供電模式</p><p>　　使用這種工作模式時(shí)，Vs和VEXT由內(nèi)部電源產(chǎn)生（U2270B的電池供電工作方式如圖2.2.1.3-1所示），不需要外部穩(wěn)壓器。經(jīng)STANDBY引腳Vs可以被斷電，使U2270B工作在低功耗方式。VEXT可為外部NPN晶體管的基極和外部電路（如微控制器等）供電（即使在低功耗）。</p><

34、;p>　　圖2.2.1.3-1 U2270B的電池供電工作方式</p><p>　　U2270B的以上特性，使得它能適用于多種工作環(huán)境。本設(shè)計(jì)的汽車防盜裝置用的電源就是汽車內(nèi)部的12V電平。</p><p>　　2.2.2 外圍元件的選擇</p><p>　　震蕩器頻率調(diào)整電阻：片上振動(dòng)器的頻率受輸入端的電流控制。其中的集成補(bǔ)償電路保證了寬的溫度范圍并與電

35、源電壓無關(guān)。具體可用RF和Vs引腳之間的固定電阻來調(diào)整，使其接近天線諧振頻率。確定電阻值可用下面經(jīng)驗(yàn)公式：</p><p><b>　?。?.2.2-1）</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中，天線的諧振頻率 ?0 =125 kHz ,可計(jì)算出該電阻值為110?。 </p><p>　　耦合電容：由于讀寫器天線串聯(lián)諧振時(shí)線圈兩端的高電壓（瞬時(shí)值

36、可達(dá)130V），整流流解調(diào)必須在外面進(jìn)行，外部解調(diào)電路如圖2.2.2-1所示，相應(yīng)元器件的耐壓值應(yīng)該大于160V。</p><p>　　圖2.2.2-1 外部解調(diào)電路</p><p>　　耦合電容CIN（圖中的C2）對(duì)解調(diào)后的信號(hào)具有高通濾波作用，U2270B內(nèi)部的低通濾波器則用來消除解調(diào)后的剩余載波信號(hào)和高頻干擾。二者的組合保證了有用頻帶的選通(帶通)，其頻率響應(yīng)高通特性的下限載止頻率

37、，取決于解調(diào)器的輸出阻抗、LPF的輸出阻抗Ri（后者的典型值為220k? ）和輸入電容CIN的值。低通特性的上限截止頻率取決于所選的振蕩器頻率，典型值為?asc/ 18。這意味著如果采用二相或曼徹斯特編碼，數(shù)據(jù)率有可能達(dá)到?asc/25。CIN的值與應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸率線性相關(guān),表2.2.2-1給出了對(duì)常用的數(shù)據(jù)率CIN所適合的值,即使用越高的數(shù)據(jù)率,其值應(yīng)越大.這些值僅對(duì)曼徹斯特和二相碼有效。</p><p>　

38、　表2.2.2-1 數(shù)據(jù)傳輸率與輸入電容、去耦電容的關(guān)系</p><p>　　去耦電容：差分放大器的增益G,典型值為30(CHP=0.1µF時(shí)）。可通過引腳HIPASS設(shè)定。對(duì)于較低的增益，HIPASS腳用一個(gè)電阻RGain與電容CHP串聯(lián)接地，增益G和下限截止頻率?cut可用下面的公式計(jì)算，Ri的值可設(shè)定為2.5k?。</p><p><b>　　(2.2.2-1)

39、</b></p><p><b>　　(2.2.2-2)</b></p><p>　　如果要求較高的增益，則只需一個(gè)電容CHP用于直流去耦,下限截至頻率?cut就按下面的公式計(jì)算：</p><p><b>　　(2.2.2-3)</b></p><p>　　CHP的值與CIN一樣，也與答

40、應(yīng)器的數(shù)據(jù)傳輸率線性相關(guān)，如表2.2.2-1所示。</p><p>　　2.2.3 射頻電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　U2270B應(yīng)用電路的形式取決于磁耦合情況。磁耦合因子K主要由讀寫距離和天線線圈決定。表列出了一個(gè)給定的磁耦合因子所適用的應(yīng)用電路形式。</p><p>　　表2.2.3-1 磁耦合因子與適合的應(yīng)用電路形式</p><p>

41、;　　本文設(shè)計(jì)的射頻電路如圖2.2.3-1所示：射頻載波允許/禁止端(CFE）和讀數(shù)據(jù)輸出（OUTPUT）對(duì)外接口分別與單片機(jī)的兩條I/O線相連，用來對(duì)T5557卡進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。</p><p>　　圖2.2.3-1 U2270B 的應(yīng)用</p><p>　　在本路中，加入了兩個(gè)頻率調(diào)整環(huán)節(jié)[5]。一為閱讀器天線諧振頻率調(diào)整電路，可用單片機(jī)的輸出口在需要時(shí)輸出高或低電平，控制一NPN的三

42、極管截止或?qū)?，從而增加或減少天線回路的諧振電容，使其諧振頻率等于應(yīng)答器天線的諧振頻率。二為振蕩器的頻率反饋控制回路，使其等于讀寫器天線的諧振頻率，等效電路二極管反饋的振蕩器控制回路如圖2.2.3-2所示：天線線圈波形如圖2.2.3-3所示：是激勵(lì)器輸出線圈1、2的波形以及在R1、R2之間測(cè)得的相應(yīng)的天線電壓。其中：</p><p>　　T1：引腳1輸出為低的周期</p><p>　　T2

43、：引腳2輸出為低的周期</p><p>　　T2a：T2內(nèi)天線電壓為負(fù)的時(shí)間間隔</p><p>　　T2b：T2內(nèi)天線電壓為正的時(shí)間間隔</p><p>　　Aa：天線電壓在T2a期間的積分</p><p>　　Ab：天線電壓在T2b期間的積分</p><p>　　它的工作原來相當(dāng)于一個(gè)控制激勵(lì)器電壓和天線電壓之間相

44、位的鑒相器。通過D1、D2的反饋電流控制振蕩器的頻率，使得上述電壓間的相移達(dá)到90度，從而使讀寫器天線被激勵(lì)在它的諧振頻率上。</p><p>　　而T1期間，D3、D4導(dǎo)通，而D1、D2被反向偏置，因此，沒有反饋信息通過D1、D2和C1傳輸。在T2期間，反饋信息可以通過D1或D2傳輸。在T2a期間，天線電壓為負(fù)，反饋電流從C1出來，經(jīng)D1、R2；在T2b期間，天線電壓為正負(fù)，反饋電流則通過R1、D2到C1。&l

45、t;/p><p>　　圖2.2.3-2 二極管反饋的振蕩器控制回路圖</p><p>　　圖2.2.3-3 天線線圈波形</p><p>　　進(jìn)入C1的合成電流為T2期間的電流之和。如果天線的諧振頻率高于振蕩器的頻率，那么相移以及T2a和T2b就發(fā)生了變化，T2相應(yīng)減小，T2b相應(yīng)增大，結(jié)果反饋電流(Aa和Ab之和）不為0，變?yōu)檎?，這造成一個(gè)附加的控制電流進(jìn)入引腳

46、RF，并產(chǎn)生一個(gè)較高的振蕩器頻率，直到?res =?asc。反之亦然。反饋電流回路是一個(gè)比例反饋電路，其增益約為15，較高的讀寫器天線Q因子會(huì)造成較高的反饋回來增益，R1、R2的阻尼作用降低了讀寫器天線的Q因子。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)其它的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 單片機(jī)的選擇</p><p>　　本文的閱讀器微控制器模塊采用單片機(jī)

47、及其外圍電路組成，選擇單片機(jī)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題：系統(tǒng)時(shí)鐘頻率、計(jì)算速度、處理能力、兼容性、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)等。對(duì)于本系統(tǒng)，單片機(jī)采用AT89S51，它是美國ATMEL公司生成的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯

48、片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。</p><p>　　AT89S51[6]具有如下特定：30引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信

49、口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。</p><p>　　此外，AT89S51在空閑模式下，CPU 暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。</p><p>　　2.3.2 語音報(bào)警電路 </p&

50、gt;<p>　　語音報(bào)警電路[7]以美國ISD公司生產(chǎn)的ISD2560語音合成芯片為核心，該芯片采用E2PROM存儲(chǔ)方法將模擬語音信號(hào)直接寫入半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元中，不需另加A/D或D/A變換來存放或重放。該器件有音質(zhì)自然、使用方便、單片存放、反復(fù)錄音、低功耗等許多優(yōu)點(diǎn)。車主開車時(shí)，如果應(yīng)答器里面的密匙正確，單片機(jī)就發(fā)出正確的信號(hào)給電子點(diǎn)火系統(tǒng)，汽車才可以啟動(dòng)，此時(shí)，語音報(bào)警電路不工作；非法者如果用配置鑰匙啟動(dòng)汽車時(shí)，單片機(jī)就

51、發(fā)出信號(hào)給語音系統(tǒng)，語音系統(tǒng)立刻發(fā)出警報(bào)聲音。利用該電路可以很方便地實(shí)現(xiàn)汽車防盜系統(tǒng)的安全提示和報(bào)警功能。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　圖2.3.2-1 ISD2560內(nèi)部框圖</p><p>　　ISD2560語音合成芯片的內(nèi)部框圖如圖2.3.2-1所示：它包括前置放大器、放大器、內(nèi)部時(shí)鐘、定時(shí)器、采樣

52、時(shí)鐘、濾波器、自動(dòng)增益控制，邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器、模擬存儲(chǔ)陣列、地址線等。</p><p>　　在進(jìn)行存儲(chǔ)操作之前，ISD2560要分幾個(gè)階段對(duì)話筒BM電路輸入的由語音轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。首先將輸入的電信號(hào)放大到存儲(chǔ)電路動(dòng)態(tài)范圍的最佳電平。這個(gè)階段由前置放大器、放大器和自動(dòng)增益控制電路來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　前置放大器通過隔直電容器C1、C2與話筒BM連接。隔直電容器C1

53、、C2用來去掉交流小信號(hào)中的直流部分。</p><p>　　信號(hào)的放大分為兩步完成：現(xiàn)將語音電信號(hào)輸入前置放大器，經(jīng)放大后再通過模擬輸出端ANA OUT，經(jīng)C3、R3和模擬輸入端ANA IN，加到放大器的輸入端，使語音電信號(hào)得以進(jìn)一步放大。</p><p>　　自動(dòng)增益控制電路，能隨時(shí)跟蹤、監(jiān)視控制放大器輸出地音頻信號(hào)電平，并反饋增益電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)前置放大器的自動(dòng)增益調(diào)節(jié)，以便維持進(jìn)入輸入濾

54、波器的信號(hào)是最佳的電平。這樣，使錄音信號(hào)為最佳，最高電平，又可使削減至最小。自動(dòng)增益電路的特性由兩個(gè)時(shí)間來描述，即響應(yīng)時(shí)間與釋放時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間是指輸入信號(hào)增大時(shí)，自動(dòng)增益控制(AGC)用減小增益來響應(yīng)所需要的時(shí)間。釋放時(shí)間是指輸入信號(hào)降低時(shí)，使增益增加所需要的時(shí)間。我們可以通過選擇連接在“AGC”管腳的電阻R1和電容器C4的阻容值，來調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間與釋放時(shí)間的常量。</p><p>　　下一個(gè)階段的信號(hào)調(diào)整，是由輸

55、入濾波器完成的。模擬信號(hào)的存儲(chǔ)是采用取樣技術(shù)，因此需要輸入濾波器去掉取樣頻率的一半以上的輸入頻率分量。對(duì)輸入的信號(hào)調(diào)整后，再將輸入波形通過模擬收發(fā)器，寫入模擬存儲(chǔ)器陣列中。采用時(shí)鐘也用于存儲(chǔ)陣列的地址譯碼，以便輸入信號(hào)順序地寫入存儲(chǔ)陣列。</p><p>　　錄入的模擬電壓信號(hào)在采樣時(shí)鐘的控制下，順序地從模擬存儲(chǔ)陣列中讀出，恢復(fù)成原樣的采樣波形。在輸出的通路上，平滑濾波器去掉采樣頻率分量，恢復(fù)原始的語言波形。采樣

56、時(shí)鐘頻率會(huì)影響錄音的時(shí)間長度和錄音質(zhì)量。</p><p>　　平滑濾波器的輸出，是通過一個(gè)模擬多路開關(guān)連接到輸出功率放大器的輸入端。語言信號(hào)經(jīng)功率放大后，從兩個(gè)輸出管腳SP+、SP-直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器BL播放所錄制的語音。揚(yáng)聲器選用16?時(shí)，其驅(qū)動(dòng)容量約為50mW-100mW，能滿足一般房間內(nèi)的聽眾，較為清晰悅耳。</p><p>　　ISD2560芯片的每個(gè)EEPROM存儲(chǔ)單元[8]等效于8

57、個(gè)存儲(chǔ)器。信號(hào)寫入存儲(chǔ)單元采用閉環(huán)方式。取樣保持電路在編程周期內(nèi)保持?jǐn)?shù)據(jù)，并將存儲(chǔ)的模擬電壓提供給比較器的一個(gè)輸入端。比較器的另一個(gè)輸入是存儲(chǔ)單元本身的輸出。在多次語音信號(hào)的寫入過程中，電子被“泵入”存儲(chǔ)陣列，并使存儲(chǔ)電平反饋到比較器。當(dāng)比較器的信號(hào)，也就是存儲(chǔ)單元的輸出電壓等于取樣保持電平時(shí)，該存儲(chǔ)陣列的編程即停止。每一次寫入時(shí)，使極少量的電荷注入存儲(chǔ)單元以建立系統(tǒng)的分辨率，從而保證了最低的充電量。</p><p&

58、gt;　　一個(gè)存儲(chǔ)單元在寫入語音信號(hào)的同時(shí)，也就自動(dòng)地消除了這個(gè)存儲(chǔ)單元原有的語音信號(hào)，這就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)抹音效果。</p><p>　　引腳功能及應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)，ISD2560各個(gè)引腳的功能如下：</p><p>　　MIC IN (17腳)：話筒前置放大器端，用于放大1-20mV范圍內(nèi)的信號(hào)，本端連接至片內(nèi)前置放大器，外接話筒應(yīng)通過串聯(lián)電容耦合到本段。耦合電容值和本端的10K?輸入決定了芯

59、片頻帶的低頻截止點(diǎn)。</p><p>　　MIC REF (18腳)：話筒補(bǔ)償端，是話筒前置放大器的反向輸入端，它用來抵消噪聲或?qū)SD2560作共模的輸入端。</p><p>　　AGC（19腳）：自動(dòng)增益控制端，19腳并聯(lián)的電阻和電容接地，AGC動(dòng)態(tài)調(diào)整前置增益以補(bǔ)償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量時(shí)，失真都能保持最小。響應(yīng)時(shí)間取決于本端的輸入阻抗外接的對(duì)地電容的時(shí)間常數(shù)

60、，釋放時(shí)間取決于本端外接的并聯(lián)對(duì)地電容和電阻的時(shí)間常數(shù)。470k?和4.7μF的標(biāo)稱值在絕大多數(shù)場(chǎng)合下可獲得滿意的效果。</p><p>　　ANA OUT（21腳）：模擬輸出端，是前置放大器的輸出，前置電壓增益取決于AGC端電平。</p><p>　　ANA IN (20腳):模擬輸入端，本端為芯片錄音信號(hào)輸出，對(duì)話筒輸入來說ANA OUT端應(yīng)通過外接電容連至本端。</p>

61、<p>　　(25腳），標(biāo)志在錄音時(shí)由芯片自動(dòng)插入到該信息的結(jié)尾。放音遇到時(shí)，本端輸出低電平脈沖。芯片內(nèi)部會(huì)檢測(cè)電源電壓以維護(hù)信息的完整性，當(dāng)電壓低于3.5V時(shí)，本端變低，芯片只能放音。</p><p>　?。?2腳）：芯片處于存儲(chǔ)空間末尾時(shí)本端輸出低電平脈沖表示溢出，之后本端狀態(tài)跟隨端的狀態(tài)，直到PD端變高。</p><p>　　SP+、SP- (14、15腳）：揚(yáng)聲器輸出端

62、。</p><p>　　AUX IN（11腳）：輔助輸入端，當(dāng)和為高，放音不進(jìn)行，或處入放音溢出狀態(tài)時(shí)，本端的輸入信號(hào)通過內(nèi)部功放驅(qū)動(dòng)喇叭輸出端。</p><p>　　XCLK（26腳）：外部時(shí)鐘端，本端內(nèi)部有下拉元件，不用時(shí)應(yīng)接地。</p><p>　　VCCD、VCCA (28、16腳)：數(shù)字電源、模擬電源，盡可能在靠近供電端處相連。</p>&

63、lt;p>　　VSSD、VSSA (12、13腳)數(shù)字地和模擬地，這兩腳最好在引腳焊盤上相連。</p><p>　　A0/M0-A6/M6，A7-A9（1-9腳）：地址線。</p><p>　　(23腳)；本端變低后（而且PD為低)，允許進(jìn)行錄放操作，芯片在本端的下降沿鎖存地址線和端的狀態(tài)。</p><p>　　PD（24腳）：本端拉高使芯片停止工作，進(jìn)入不

64、耗電的節(jié)電狀態(tài)，芯片發(fā)生溢出，即端輸出低電平后，要將本端短暫變高，復(fù)位芯片，才能使之再次工作。</p><p>　　（27腳）：本端狀態(tài)在的下降沿鎖存。高電平選擇放音，低電平選擇錄音。錄音時(shí)，由地址端提供起始地址，錄音持續(xù)到或PD變高，或內(nèi)存溢出；如果是前一種情況，芯片自動(dòng)在錄音結(jié)束處寫入標(biāo)志。放音時(shí)由地址端提供起始地址，放音持續(xù)到標(biāo)志。如果一直為低，或芯片工作在某些操作模式，放音會(huì)忽略，繼續(xù)進(jìn)行下去。</

65、p><p>　　在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，將單片機(jī)AT89S51的P1口、P3.4和P3.5與ISD2560的地址線相連，用以設(shè)置語音段的起始地址。P3.0-P3.3用以控制錄音放音狀態(tài)。利用該電路可以方便地實(shí)現(xiàn)防盜系統(tǒng)的安全提示和報(bào)警功能。AT89S51與ISD2560的接口電路圖2.3.2-2所示：</p><p>　　圖2.3.2-2 AT89S51與ISD2560的接口電路 </p&g

66、t;<p>　　2.3.3 存儲(chǔ)接口電路</p><p>　　讀寫器中的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)采用24LC系列的電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)其(EEPROM）[11]。它除了只有一般串行E2PROM的體積小、功耗低和工作電壓容許范圍寬等特點(diǎn)外，還遵循總線協(xié)議，占用引腳少、容量擴(kuò)展配置靈活以及讀寫操作相對(duì)簡單等特點(diǎn)。24LC04B可以來存儲(chǔ)車主的ID和突然掉電前單片機(jī)的標(biāo)志信息。由于它是非易失性存儲(chǔ)器，所以掉電后其財(cái)

67、產(chǎn)的信息不會(huì)丟失。重新上電后，系統(tǒng)又會(huì)回到掉電的狀態(tài)，這樣可以有效地防止人為對(duì)汽車電源的破壞，提高安全性。</p><p>　　24LC65是8K字節(jié)串行的電可擦除EEPROM,其引腳排列如圖2.3.3-1所示：</p><p>　　圖2.3.3-1 24LC65引腳</p><p>　　圖中A0、A1、A2為器件地址選擇引腳。他們通過Vcc、Vss的組合連接構(gòu)成

68、8種代碼，代表8個(gè)芯片。這些代碼被送往該芯片的讀、寫命令中，用來使指針指向讀或?qū)懙哪繕?biāo)芯片。NC為空腳。</p><p>　　SLC為串行移位時(shí)鐘輸入引腳，寫入時(shí)，上升沿作用；讀出時(shí)，下降沿作用。 </p><p>　　SDA為串行數(shù)據(jù)輸入輸出引腳，這是一個(gè)雙向的漏極開路結(jié)構(gòu)引腳。在擴(kuò)展容量時(shí)，可以將多個(gè)系列的SDA引腳直接相連。實(shí)際使用時(shí)應(yīng)該在該引腳上接一個(gè)5.1K?左右的上拉電阻

69、。</p><p>　　24LC65與AT89S51的硬件連接如圖2.3.3-2所示：描述了一個(gè)8片24LC65與AT89C51單片機(jī)相連的通信系統(tǒng)，其存儲(chǔ)總?cè)萘繛?K×8字節(jié)，8片24LC65并聯(lián)地接到單片機(jī)I/O口引腳上。AT89S51對(duì)24KLC65有讀寫有兩種操作），讀寫時(shí)數(shù)據(jù)輸入輸出的都是高位在前，低位在后。</p><p>　　圖 2.3.3-2 24LC65與AT

70、89S51的硬件連接</p><p>　　2.3.4 電源監(jiān)控器</p><p>　　監(jiān)控電路采用MAX706芯片，該芯片兼有電源管理與看門狗的功能。其中電源管理與單片機(jī)軟件結(jié)合主要可用來對(duì)突然掉電進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)，使單片機(jī)掉電前瞬間的狀態(tài)信息保存到EEPROM中只，以備重新上電時(shí)讀取。而看門狗電路則可有效地進(jìn)行單片機(jī)監(jiān)控，防止汽車上的各種干擾使單片機(jī)陷入死循環(huán)，從而提高整個(gè)裝置的穩(wěn)定性和可

71、靠性。</p><p>　　2.3.5 鍵盤輸入</p><p>　　普通汽車防盜器主要采用鍵盤輸入方式對(duì)司機(jī)身份進(jìn)行認(rèn)證的，這種方式給駕駛員帶來很多不便，而且其密碼也容易被竊取和破譯。而采用射頻識(shí)別技術(shù)來進(jìn)行身份證能有效的解決這一問題。駕駛員用鑰匙開車時(shí)，鑰匙里的應(yīng)答器就已經(jīng)靠近閱讀器的電感線圈，即可在瞬間完成身份認(rèn)證，并且其密碼不易破譯，因而大大提高了防盜效果。如果原有的應(yīng)答器丟失，

72、那么駕駛員只需按下指定的鍵，然后再用備用鑰匙開車，閱讀器就會(huì)將密碼信息寫入備用鑰匙里的應(yīng)答器，同時(shí)原先丟失的鑰匙就失效了，備用鑰匙生效。</p><p>　　2.3.6 串行通信電路</p><p>　　在硬件電路的調(diào)試過程中，系統(tǒng)硬件電路是通過串行通信方式與上位機(jī)之間進(jìn)行通信[9]。</p><p>　　串行通信[12]的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根

73、數(shù)據(jù)線上，以每次一個(gè)二進(jìn)制位移動(dòng)的。它的優(yōu)點(diǎn)是只需一對(duì)傳輸線進(jìn)行傳送信息，因此其成本低，適用于遠(yuǎn)距離通信：它的缺點(diǎn)是傳送速度低。</p><p>　　串行通信有異步通信和同步通信兩種基本通信方式。同步通信適用于傳送速度高的情況，其硬件復(fù)雜。而異步通信應(yīng)用于傳送速度在50到19200波特之間，是比較常用的傳送方式，在異步通信中，數(shù)據(jù)一幀一幀傳送的，每一串行幀的數(shù)據(jù)是一位起始位，5-8位的數(shù)據(jù)位，一位奇偶校驗(yàn)位（可省

74、略）和意味停止位四部分組成。在串行通信之前，發(fā)送和接受方要約具體的數(shù)據(jù)格式和波特率（通信協(xié)議）。</p><p>　　在PC機(jī)中一般有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串行接口COM1和COM2。RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)正式公布的，在異步串型通信中應(yīng)用中最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線：該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最高數(shù)據(jù)傳送速度可達(dá)19.2kbps，最長傳送電纜可達(dá)15米。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)定義了25根引線，對(duì)于一般的雙向通信，只需使用串

75、行輸入RXD，串行輸出TXD和地線GND 。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3V—+15V之間的任意電平為邏輯“0”電平，-3V—-15之間的任意電平為邏輯“1”電平，與TTL和COMS電平是不同的。在接口電路和計(jì)算機(jī)接口芯片中大都為TTL或SMOS電平，所以在通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。以便與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平匹配。MAX232芯片可以完成電平轉(zhuǎn)換這一工作。</p><p>　　MAX232芯片是

76、MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接受器[13]。它的內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源變換成RS-232C輸出電平所需+10V 電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以了。</p><p>　　MAX232外圍的4個(gè)電解電容是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容，其均值為1μF/25V，還需要一個(gè)0.1μF的去耦電容，MAX232與 AT89S51接口電路如圖2.3.6-

77、1所示：</p><p>　　圖 2.3.6-1 MAX232與 AT89S51接口電路</p><p>　　MAX232的引腳T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT為接TTL/COMS電平的引腳。引腳T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN為接RS-232C電平的引腳。因此TTL/CMOS電平的T1IN、T2IN引腳應(yīng)接單片機(jī)的串行接收引腳RXD。與之對(duì)應(yīng)的RS-232C電平的T

78、1OUT、T2OUT應(yīng)接PC機(jī)的接收端RD。R1IN、R2IN應(yīng)接PC機(jī)的發(fā)送端TD。</p><p>　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 射頻卡T5557簡介</p><p>　　T5557卡是美國ATMEL公司新出品的一款感應(yīng)卡，調(diào)諧頻率可以從100kHz到150kHz，可加密，數(shù)據(jù)量為330位，有64為ID號(hào)，具有喚醒應(yīng)答功能，讀寫性能穩(wěn)定

79、，普通模式兼容E5550/E5551,還有擴(kuò)展模式。作為一典型的低頻、可加密，可讀寫卡，T5557在市場(chǎng)上將有很大的應(yīng)用前景。</p><p>　　射頻識(shí)別卡T5557是一無源的、帶EEPROM存儲(chǔ)器的無線收發(fā)模塊，它的工作頻率為125kHz,具有以下特性：224位可讀寫EEPROM，可分為7塊，每塊32位；有密碼設(shè)置和寫保護(hù)；讀寫方式用戶可設(shè)置；防沖突；內(nèi)置電容可掩膜選擇，也可外配電容；唯一64為序列號(hào)，具有可

80、追溯性；IC工作溫度-40ºC至+85ºC。</p><p>　　射頻卡工作時(shí)，將讀寫基站發(fā)出的射頻波，經(jīng)整流提供給卡上電路作為工作來源，同時(shí)通過對(duì)射頻載波進(jìn)行調(diào)制而于基站進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，IC的工作電能由卡片內(nèi)電感（L)與電容（C)產(chǎn)生LC振蕩蓄電來提供。</p><p>　　T5557卡是由前端天線與非接觸讀寫識(shí)別集成電路用塑料封裝而成的卡。前端天線包括一個(gè)線

81、圈和一個(gè)電容，相當(dāng)于LC諧振回路，工作時(shí)其載波頻率調(diào)諧在標(biāo)稱值為125kHz的射頻波段，充當(dāng)射頻卡與讀寫基站之間的接口。T5557采用CMOS工藝制作，低功耗、低電壓工作，由前置模擬端、控制器、調(diào)制器、解碼器、模式寄存器、存儲(chǔ)器等組成，T5557的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1-1所示：</p><p>　　圖3.1-1 T5557的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　Analog Front End

82、(AFB)，模擬前端：AFE包括所有和線圈相連的電路，提供卡片所需的電能，并且處理與讀卡器之間的雙向數(shù)據(jù)通訊，主要包括如下功能塊：對(duì)線圈交流整流，提供直流電源；提取時(shí)鐘信號(hào)；卡到讀卡器的數(shù)據(jù)傳送過程中，在coil1和coil2之間信息的裝入：在基站到卡的數(shù)據(jù)傳送過程中，場(chǎng)gap的檢測(cè)，靜電保護(hù)電路。</p><p>　　Bit-rate Generator，比特率產(chǎn)生器：在普通模式通過編程可產(chǎn)生與e5550相同的

83、波特率，在擴(kuò)展模式可產(chǎn)生RF/(2n+2)，n=0，1，2，... ，63的比特率。</p><p>　　Write Decoder，寫譯器：完成寫gap的譯碼和數(shù)據(jù)的校驗(yàn)。</p><p>　　HV Generator，編程電壓產(chǎn)生器：卡內(nèi)充電升壓電路，產(chǎn)生對(duì)內(nèi)部EEPROM編程所需的電壓。</p><p>　　DC Supply：通過對(duì)RF源整流，提供所需的直流

84、電源。</p><p>　　Power-on Reset(POR)，上電復(fù)位：延時(shí)直到一個(gè)可靠的電壓已經(jīng)提供，保證可靠工作。</p><p>　　Controller，控制器：控制邏輯模塊執(zhí)行下面功能；上電以后和讀期間，從EEPROM的clock0，把配置數(shù)據(jù)裝入模式寄存器；控制讀寫；處理寫數(shù)據(jù)傳送和寫錯(cuò)誤；把操控碼后的密碼數(shù)據(jù)和儲(chǔ)存在EEPROM的block7中的數(shù)據(jù)比較。</p

85、><p>　　Mode Register，模式寄存器：模式寄存器存儲(chǔ)從EEPROM的block0來的配置數(shù)據(jù)，它的每塊讀之前連續(xù)被刷新，并且在上電復(fù)位或復(fù)位命令之后被置裝。Modulator，調(diào)制器：調(diào)制器由帶有下列基本調(diào)制類型的數(shù)據(jù)譯碼器組成，具體見表3.1-1所示：。</p><p>　　表3.1-1 調(diào)制類型</p><p>　　Memory，存儲(chǔ)體：T5557存

86、儲(chǔ)體的結(jié)構(gòu)如圖3.1-2所示，T5557的卡的330位的EEPROM存儲(chǔ)體，被分成10塊，每塊33位，包括LOCK位都是可編程的。頁0的塊0包含模式/配置數(shù)據(jù)，在規(guī)則讀時(shí)不被傳送。頁0 的塊7可以被使用作為寫保護(hù)的密碼。每塊的0位是本塊的鎖位，一旦上鎖，本塊數(shù)據(jù)只讀，不能再被改寫。頁1包含可追溯性數(shù)據(jù)，只讀

87、 </p><p>　　圖3.1-2 T5557存儲(chǔ)體的結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2 T5557的工作原理</p><p>　　3.2.1 初始化</p><p>　　在電壓達(dá)到適當(dāng)?shù)膲合抟郧埃想姀?fù)位電路都一直處在激活狀態(tài)，觸發(fā)默認(rèn)的啟動(dòng)延時(shí)。在192個(gè)場(chǎng)時(shí)鐘的配置周期內(nèi)，T55

88、57用EEPROM的block0中存儲(chǔ)的配置數(shù)據(jù)完成初始化。如果POR延遲位被復(fù)位，那么配置周期完成以后就沒有附加延時(shí)，卡入場(chǎng)大約3ms規(guī)則讀模式就會(huì)被觀察到：如果POR延遲被設(shè)置，那么T5557會(huì)保持在持續(xù)阻尼裝狀態(tài)直到8190個(gè)內(nèi)部場(chǎng)時(shí)鐘之后。在125 kHz時(shí)約為67ms。在初始化期間任何場(chǎng)gap都會(huì)引起上面過程的重新開始。初始化以后，T5557進(jìn)入規(guī)則讀模式，并自動(dòng)開始啟用配置寄存器的設(shè)置進(jìn)行通訊。</p><

89、;p>　　3.2.2 卡與閱讀器的通訊</p><p>　　在正常操作時(shí)，存儲(chǔ)在EEPROM中的數(shù)據(jù)被循環(huán)調(diào)至在Coil1的coil2端，并且這種調(diào)制器能被閱讀器檢測(cè)到。</p><p>　　3.2.3 配置寄存器的設(shè)置</p><p>　　T5557卡的配置寄存器用于控制卡的各種操作特性，如;同步信息、數(shù)據(jù)流格式、數(shù)據(jù)流長度、加密、口令喚醒和停止發(fā)射等功

90、能的啟用關(guān)閉等?？刂茐K為與EEPROM的第0塊數(shù)據(jù)區(qū)可進(jìn)行編程控制（用戶向卡發(fā)送寫命令給該區(qū)寫入一定格式的數(shù)據(jù)即可）。一般一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的卡的模式塊的值是統(tǒng)一的，在發(fā)卡時(shí)建議寫入數(shù)據(jù)后將該快的LOCK位置‘1’這樣可以防止對(duì)控制塊的誤修改引起卡的操作不正常。T5557卡的控制塊的結(jié)構(gòu)和功能說明如表3.2.3-1所示:</p><p>　　表 3.2.3-1 配置寄存器</p><p>　　

91、在T5557卡中控制塊的第0位是鎖定位，置0，模式寄存器的第1位至32位都可以改寫，置1，模式寄存器的各位都不能更改。第1位至第4位的值為6，測(cè)試模式就被禁止。第5至第11位之間為保留位，沒有被使用，可以寫入任何值，一般寫入‘0’用來和其他功能區(qū)別?？刂茐K中的第15位和第24位必須寫入‘0’否則卡將不能正常工作。從第12位至第14為比特率（Bit Rate）設(shè)置位，設(shè)置這三位的值可以決定卡發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)的比特率?？梢园聪卤碇械闹颠M(jìn)行設(shè)置。本

92、文設(shè)置的比特率是RF\32。</p><p>　　表 3.2.3-2 比特率的設(shè)置</p><p>　　第16至20為以及21-22位結(jié)合在一起設(shè)定卡發(fā)射數(shù)據(jù)的調(diào)制方法，具體配合方式如下表3-4，3-5所示。設(shè)置16、17未為‘00’是18-20位的設(shè)置有效，如果18-20位置為‘001’、‘010’、‘011’是可繼續(xù)使用地21-22位設(shè)置在PSK調(diào)制方法下的頻率變化。本文采用的是曼徹斯

93、特編碼方式。</p><p>　　表 3.2.3-3 調(diào)制方式的設(shè)置</p><p>　　表3.2.3-4 PSK-CF的設(shè)置</p><p>　　第23位用來控制是否啟動(dòng)AOR(Answer-On-Request)功能。該位設(shè)置為‘1’時(shí)啟動(dòng)AOR功能，這時(shí)IC卡進(jìn)入射頻區(qū)域后不主動(dòng)發(fā)射數(shù)據(jù)，而要由基站給IC卡發(fā)射喚醒命令后再發(fā)射數(shù)據(jù)。該功能要求首先啟動(dòng)口令加密功

94、能，也就是說基站要喚醒一個(gè)IC卡時(shí)必須在喚醒命令序列中向IC卡發(fā)射口令密碼，IC卡檢測(cè)到包含合法口令的喚醒命令才恢復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)。要啟動(dòng)口令加密功能就要求將控制塊的第28位設(shè)置‘1’。啟動(dòng)口令加密功能后第7塊數(shù)據(jù)區(qū)將保存IC卡的口令密碼，所以啟動(dòng)加密功能之前應(yīng)該事先寫入密碼。如果允許修改密碼則不用鎖定BLOCK 7，如果密碼永久的有效則要在寫入密碼的同時(shí)鎖定BLOCK 7，這樣密碼將不能被修改。在加密模式下用戶對(duì)卡中的數(shù)據(jù)進(jìn)行任何修改均

95、要求提供密碼驗(yàn)證。密碼正確時(shí)修改操作有效，密碼不正確則修改無效。</p><p>　　為了保護(hù)密碼不被未知用戶截獲，在啟動(dòng)加密功能后還應(yīng)該對(duì)控制塊的第25-27位進(jìn)行設(shè)置。這三位設(shè)置的為IC卡發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)射的最大數(shù)據(jù)塊數(shù)（Max Block)這三位的設(shè)置和發(fā)射數(shù)據(jù)流的關(guān)系如下表所示：</p><p>　　表 3.2.3-5 發(fā)射最大數(shù)據(jù)塊的設(shè)置</p><p>　

96、　當(dāng)MAXBLK設(shè)置為‘0’時(shí)IC卡只發(fā)射Block0的數(shù)據(jù)給基站；當(dāng)設(shè)置為‘1’時(shí)IC卡只發(fā)射Block1的數(shù)據(jù)給基站；當(dāng)設(shè)置為‘2’是IC卡發(fā)射Block1和Block2的數(shù)據(jù)基站；設(shè)置為‘3’時(shí)IC卡發(fā)射Block1至Block3的數(shù)據(jù)該基站；其他的依次類推。當(dāng)設(shè)置為‘7’時(shí)IC卡發(fā)射Block1至Block7的數(shù)據(jù)給基站。在啟動(dòng)口令模式后MAXBLK的值應(yīng)小于‘7’著樣IC卡將不發(fā)射存放在第7塊中的數(shù)據(jù)。</p>

97、<p>　　除了設(shè)置以上各項(xiàng)設(shè)置項(xiàng)以外，還可以設(shè)置IC卡發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)的同步信號(hào)類型。IC卡可以使用兩種不同的同步信號(hào)，它們是Sequence Terminator和Block Terminator，Sequence Terminator在每個(gè)數(shù)據(jù)循環(huán)開始時(shí)出現(xiàn)，Block Terminator在每個(gè)Block的數(shù)據(jù)的開始時(shí)出現(xiàn)。兩種同步信號(hào)可以獨(dú)立使用也可以結(jié)合使用。本文的同步信號(hào)用的是Sequence Terminator 同

98、步信號(hào)，同步信號(hào)如圖3.2.3-1所示：反應(yīng)了波形和其它數(shù)據(jù)流的結(jié)合情況。</p><p>　　圖3.2.3-1 同步信號(hào)</p><p>　　3.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　IC卡T5557發(fā)射數(shù)據(jù)由基站天線接收后，由基站U2270B處理后經(jīng)基站的Output腳把得到的數(shù)據(jù)流發(fā)給微處

99、理器AT89S51的輸入口。這里基站只完成信號(hào)的接收和整流的工作，而信號(hào)的解調(diào)解碼的工作要由微處理器來完成。微處理器要根據(jù)輸入信號(hào)在高電平、低電平的持續(xù)時(shí)間來模擬時(shí)序進(jìn)行解碼操作。本系統(tǒng)將T5557的模擬寄存器設(shè)置為Manchester編碼、125kHz頻率和RF/32的Bitrate，基站讀取數(shù)據(jù)流的時(shí)序1如圖3.3.1-1所示：</p><p>　　圖3.3.1-1 基站讀取數(shù)據(jù)流的時(shí)序圖1</p>

100、;<p>　　基站讀取數(shù)據(jù)流的時(shí)序圖2如圖3.3.1-2所示：</p><p>　　圖3.3.1-2 基站讀取數(shù)據(jù)流的時(shí)序圖2</p><p>　　上圖所示的是程序檢測(cè)跳變的時(shí)間基準(zhǔn)。圖中陰影部分為跳變的不穩(wěn)定區(qū)間，Valid區(qū)域是穩(wěn)定區(qū)。程序檢測(cè)電平跳變是在一個(gè)時(shí)間區(qū)間以內(nèi)，如：半個(gè)周期的跳變理想狀態(tài)應(yīng)為128µs，但實(shí)際檢測(cè)區(qū)域?yàn)門S1-TS2，即凡是時(shí)間在T

101、S1和TS2之間的跳變信號(hào)均視為半個(gè)周期的跳變信號(hào)：同樣，在TL1-TL2之間的跳變都可以視為一個(gè)周期的跳變:而寬度大于TL2的跳變信號(hào)則視為一個(gè)半周期的跳變，由于這種情況只能在同步信號(hào)中出現(xiàn)，若在數(shù)據(jù)號(hào)中檢測(cè)到，就以出錯(cuò)處理，T5557在上圖假設(shè)條件下時(shí)這四個(gè)時(shí)間檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的值為：</p><p>　　TS1=90μs, TS2=180μs, TL1=210μs, TL2=300μs</

102、p><p>　　本設(shè)計(jì)中的T5557卡中模式寄存器參數(shù)設(shè)置為曼切斯特編碼，位傳輸速率為RF/32，則每傳一位數(shù)據(jù)的時(shí)間為1P=32/125kHz=256μs。在一串?dāng)?shù)據(jù)序列中，兩個(gè)相臨位數(shù)據(jù)傳送跳變時(shí)間間隔為1P。若相鄰位數(shù)據(jù)極性相同，則在該兩次數(shù)據(jù)傳送電平跳變之間有一次非數(shù)據(jù)傳送的電平空跳。程序開始時(shí)先等待一個(gè)Ts=270μs-330μs高電平同步信號(hào)，然后按上述編碼規(guī)則逐個(gè)檢測(cè)電平變化并記錄對(duì)應(yīng)時(shí)間T1或T2，T

103、1=90μs-180μs，T2=210μs-300μs。如前一個(gè)數(shù)據(jù)為1的情況下，測(cè)得高電平時(shí)間為T1，對(duì)應(yīng)下降沿?zé)o效，應(yīng)接著測(cè)下一個(gè)上升沿并得1；若測(cè)得高電平時(shí)間為T2，對(duì)應(yīng)下降沿有效并得0。如前一個(gè)數(shù)據(jù)為0的情況下，測(cè)得低電平時(shí)間為T1，對(duì)上升沿?zé)o效，應(yīng)接著測(cè)下一個(gè)下降沿并得0；若測(cè)得低電平時(shí)間為T2，對(duì)應(yīng)上升沿有效并得1。因此就可以通過串行方式讀出卡內(nèi)的數(shù)據(jù)。</p><p>　　IC卡讀卡程序流程如圖3.

104、3.1-3所示。對(duì)各信號(hào)波形寬度的計(jì)時(shí)，在調(diào)試中根據(jù)實(shí)際情況做了調(diào)整。</p><p>　　圖3.3.1-3 IC卡讀卡流程圖</p><p>　　編寫讀卡程序時(shí)應(yīng)該注意以下兩個(gè)問題：</p><p>　　IC卡發(fā)射數(shù)據(jù)高低位順序：IC卡向基站發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)是根據(jù)Block1的設(shè)置從第一區(qū)到第MAXBLK區(qū)循環(huán)發(fā)射的。數(shù)據(jù)以選擇的同步信號(hào)開始按照塊的順序發(fā)送的。每塊數(shù)

105、據(jù)的發(fā)送是低位在前，高位在后，即先發(fā)送第1位數(shù)據(jù)然后發(fā)送第2位，依次類推到32位（第0位是數(shù)據(jù)塊的鎖定位是不隨數(shù)據(jù)一起發(fā)送的）。</p><p>　　對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)應(yīng)該注意字節(jié)地址的選擇：由上面的介紹我們可以知道，T5557卡讀寫的單位為32 bit，所以要用4個(gè)字節(jié)的空間存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)。程序中使用移位的方法取得輸入口檢測(cè)到數(shù)據(jù)位。這就是要求字節(jié)內(nèi)移位方向和字節(jié)間的地址變化有機(jī)的結(jié)合在一起，否則將出現(xiàn)讀數(shù)據(jù)高

106、低位或字節(jié)間順序與實(shí)際順序不一致的情況。</p><p>　　3.3.2 寫卡軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　IC卡與基站的數(shù)據(jù)交換是雙向的，基站要向IC卡發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，完成對(duì)IC卡各種控制操作。對(duì)T5557卡而言，基站可以向卡片發(fā)送的命令有四種格式分別完成四種功能，四種命令格式如圖3.3.2-1所示：</p><p>　　圖 3.3.2-1 四種命令格式<

107、/p><p>　　四種命令分別完成以下功能：</p><p>　　Standard Write：對(duì)卡數(shù)據(jù)的普通讀寫，其中‘10’為操作碼，‘L’位為指定數(shù)據(jù)塊的鎖定位，緊接著‘L’位是32位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)后面是命令要寫入的數(shù)據(jù)塊的塊地址，這里塊地址用3位二進(jìn)制碼表示。</p><p>　　Password Mode：該操作和Stsndard Write操作完成類似功能，只是

108、在Password Mode啟動(dòng)后對(duì)卡中數(shù)據(jù)的修改就要求提供口令。使用該命令就是要完成Password Mode 下卡中數(shù)據(jù)的修改。命令數(shù)據(jù)流中其他部分和Standard Write 的含義一樣，只是在操作碼和‘L'位之間加入了長度為32位的口令數(shù)據(jù)?？ń邮盏矫詈笤趯?duì)數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行修改之前要檢驗(yàn)命令提供的口令與卡中密碼區(qū)保存的數(shù)據(jù)是否一致，只有兩者一致時(shí)IC卡才真正的修改數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)。這樣可以防止不知道密碼的非法用戶對(duì)卡中數(shù)據(jù)的修