目錄前言21射頻識(shí)別技術(shù)211射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成2111應(yīng)答器介紹3112閱讀器介紹312射頻識(shí)別系統(tǒng)的分類413射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理52系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)521基站芯片U2270B的簡(jiǎn)介622射頻卡讀寫電路的設(shè)計(jì)7221電源的選擇72211單電源輸入82212雙電源輸入82213電池供電模式9222外圍元件的選擇9223射頻電路的設(shè)計(jì)1123系統(tǒng)其它的電路設(shè)計(jì)13231單片機(jī)的選擇13232語(yǔ)音報(bào)警電路14233存儲(chǔ)接口電路18234電源監(jiān)控器19235鍵盤輸入19236串行通信電路193系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2131射頻卡T5557簡(jiǎn)介2132T5557的工作原理23321初始化23322卡與閱讀器的通訊23323配置寄存器的設(shè)置2433系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)27331軟件設(shè)計(jì)27332寫卡軟件設(shè)計(jì)30333系統(tǒng)其它電路的軟件設(shè)計(jì)3334串行通信程序設(shè)計(jì)354設(shè)計(jì)總結(jié)35基于RFID汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)前言射頻識(shí)別（RADIOFREQUENCYIDENTIFICATION，RFID）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(wú)線電識(shí)別的簡(jiǎn)稱，即通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行識(shí)別。它源于無(wú)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(wú)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(lái)獲得了極為迅速的發(fā)展?；赗FID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。1射頻識(shí)別技術(shù)11射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成一個(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111所示圖111射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成111應(yīng)答器介紹應(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?；诓煌膽?yīng)用，對(duì)應(yīng)答器的體積、性能等的要求也各不相同。一般來(lái)說(shuō)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(wú)線信號(hào)，外圍部件少,功耗低，能在低電壓下工作；依據(jù)不同需要，具有無(wú)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。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。簡(jiǎn)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)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(guò)程中的功耗大，擦寫壽命約為10萬(wàn)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。112閱讀器介紹閱讀器應(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。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。閱讀器的組成結(jié)構(gòu)如圖1121所示。圖中各部分的功能簡(jiǎn)述如下發(fā)送通道，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(guò)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。圖1121閱讀器的組成結(jié)構(gòu)框圖12射頻識(shí)別系統(tǒng)的分類射頻識(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）可以分為低頻（LF），工作頻率低于135KHZ,最常用的是125KHZ；高頻（HF），工作頻率為656MHZ2056KHZ；超高頻（UHF），工作頻率為433MHZ、860MHZ960MHZ；微波，工作頻段為245GHZ和58GHZ。根據(jù)應(yīng)答器與閱讀器作用距離的不同，射頻識(shí)別系統(tǒng)可以分為密耦合，作用距離為01CM；疏耦合，作用距離為1100CM；遠(yuǎn)距離，作用距離為1M以上。根據(jù)應(yīng)答器的供電方式可以分為無(wú)源（PASSIVE，無(wú)源應(yīng)答器有內(nèi)裝電池，在閱讀器的范圍之外時(shí)，應(yīng)答器處于無(wú)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。半無(wú)源（SEMIPASSIVE，半無(wú)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(wú)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)入工作狀態(tài)時(shí)，用于傳輸通信的射頻能量與無(wú)源應(yīng)答器一樣源自閱讀器。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。根據(jù)射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本工作方式可以分為雙工系統(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)存在；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(lái)。13射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理射頻識(shí)別系統(tǒng)1是利用無(wú)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。射頻識(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。應(yīng)答器與閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)數(shù)據(jù)在空氣介質(zhì)中以無(wú)線電波的形式進(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。2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)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。當(dāng)一個(gè)具有正確識(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?；谏漕l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(yǔ)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21所示圖21射頻識(shí)別系統(tǒng)硬件框圖21基站芯片U2270B的簡(jiǎn)介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)。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221所示各引腳功能見表211。表211U2270B的引腳功能引腳代號(hào)功能引腳代號(hào)功能1GND地9COIL1天線12OUTPUT數(shù)據(jù)輸出10VEXT外部電源3OE數(shù)據(jù)輸出使能11DVS天線驅(qū)動(dòng)器電源4INPUT信號(hào)輸入12VBATT電池電壓5MS模式選擇13STANDBY備用輸入6CFE載波使能14VS內(nèi)部電源7DGND天線驅(qū)動(dòng)器地15RF載波頻率調(diào)節(jié)8COIL2天線216HIPASSDC去耦圖211U2270B的組成框圖基站芯片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(guò)外部整流器解調(diào)、耦合電容高通濾波，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(guò)設(shè)置引腳可被允許或禁止。22射頻卡讀寫電路的設(shè)計(jì)閱讀器電路的主要功能是發(fā)出射頻載波，經(jīng)過(guò)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、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。221電源的選擇為了使系統(tǒng)電路能適應(yīng)各種環(huán)境，首先要考慮電源的輸入問(wèn)題，U2270B4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（716V）外部電源或兩個(gè)外部已穩(wěn)壓的（5V和78V電源供電。電源引腳有以下幾個(gè)，VEXT天線預(yù)激勵(lì)器的電源電壓，也可以用來(lái)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3070UA。VBATT電池電源輸入端。下面是可選的三種供電方式。2211單電源輸入所有內(nèi)部電路均由單一5V電源供電（U2270B的單電源工作方式如圖22111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。圖22111U2270B的單電源工作方式2212雙電源輸入這種情況下，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（78V）,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22121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。圖22121U2270B的雙電源工作方式以上兩種供電方式，U2270B都不能進(jìn)入低功耗方式。2213電池供電模式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22131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）。圖22131U2270B的電池供電工作方式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。222外圍元件的選擇震蕩器頻率調(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源電壓無(wú)關(guān)。具體可用RF和VS引腳之間的固定電阻來(lái)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（2221）本設(shè)計(jì)中，天線的諧振頻率0125KHZ,可計(jì)算出該電阻值為110。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2221所示，相應(yīng)元器件的耐壓值應(yīng)該大于160V。圖2221外部解調(diào)電路耦合電容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(lái)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，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2221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。表2221數(shù)據(jù)傳輸率與輸入電容、去耦電容的關(guān)系數(shù)據(jù)率125KHZ耦合電容CIN去耦電容CHPF/3239KBIT/S680PF01FF/64195KBIT/S1200PF022F去耦電容差分放大器的增益G,典型值為30CHP01F時(shí)）?？赏ㄟ^(guò)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25K。22212222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2223CHP的值與CIN一樣，也與答應(yīng)器的數(shù)據(jù)傳輸率線性相關(guān)，如表2221所示。223射頻電路的設(shè)計(jì)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。表2231磁耦合因子與適合的應(yīng)用電路形式磁耦合因子K適合的應(yīng)用電路形式K3自由調(diào)協(xié)振蕩器K1二極管反饋振蕩器K05二極管反饋頻率改變振蕩器K03二極管反饋精確的頻率調(diào)協(xié)振蕩器本文設(shè)計(jì)的射頻電路如圖2231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(lái)對(duì)T5557卡進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE22MAR2011SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETTINGSLIUSHA不不不不不不不不不不MYDESIGNDDBDRAWNB43K75K100K8247K470K68K360135MHANTENNA22UF47NF12NFIN414815NF680PF100NF4IN4148U2270BBC63922UF22UFVCCI/OGNDGNDDGNDINPUTCOIL1COIL2HIPASSRFVSVEXTDVSVBATTCFEAT89S5112VOUTPUTSTANDBYMSOE圖2231U2270B的應(yīng)用在本路中，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2232所示天線線圈波形如圖2233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T1引腳1輸出為低的周期T2引腳2輸出為低的周期T2AT2內(nèi)天線電壓為負(fù)的時(shí)間間隔T2BT2內(nèi)天線電壓為正的時(shí)間間隔AA天線電壓在T2A期間的積分AB天線電壓在T2B期間的積分它的工作原來(lái)相當(dāng)于一個(gè)控制激勵(lì)器電壓和天線電壓之間相位的鑒相器。通過(guò)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。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(guò)D1、D2和C1傳輸。在T2期間，反饋信息可以通過(guò)D1或D2傳輸。在T2A期間，天線電壓為負(fù)，反饋電流從C1出來(lái)，經(jīng)D1、R2；在T2B期間，天線電壓為正負(fù)，反饋電流則通過(guò)R1、D2到C1。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE21MAR2011SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETTINGSLIUSHA不不不不不不不不不不MYDESIGNDDBDRAWNBD1D4D3D2R175KR2100KR368KR443KC147NANTENNACOIL2DRIVEROUTPUTSCOIL1VSRF圖2232二極管反饋的振蕩器控制回路圖圖2233天線線圈波形進(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RF，并產(chǎn)生一個(gè)較高的振蕩器頻率，直到RESASC。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(lái)增益，R1、R2的阻尼作用降低了讀寫器天線的Q因子。23系統(tǒng)其它的電路設(shè)計(jì)231單片機(jī)的選擇本文的閱讀器微控制器模塊采用單片機(jī)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(wèn)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(guó)ATMEL公司生成的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KBYTESISPINSYSTEMPROGRAMMABLE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)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFLASH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。AT89S516具有如下特定30引腳，4KBYTESFLASH片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128BYTES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)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。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。232語(yǔ)音報(bào)警電路語(yǔ)音報(bào)警電路7以美國(guó)ISD公司生產(chǎn)的ISD2560語(yǔ)音合成芯片為核心，該芯片采用E2PROM存儲(chǔ)方法將模擬語(yǔ)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(lái)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(yǔ)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)就發(fā)出信號(hào)給語(yǔ)音系統(tǒng)，語(yǔ)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。工作原理圖2321ISD2560內(nèi)部框圖ISD2560語(yǔ)音合成芯片的內(nèi)部框圖如圖2321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。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(yǔ)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(lái)實(shí)現(xiàn)。前置放大器通過(guò)隔直電容器C1、C2與話筒BM連接。隔直電容器C1、C2用來(lái)去掉交流小信號(hào)中的直流部分。信號(hào)的放大分為兩步完成現(xiàn)將語(yǔ)音電信號(hào)輸入前置放大器，經(jīng)放大后再通過(guò)模擬輸出端ANAOUT，經(jīng)C3、R3和模擬輸入端ANAIN，加到放大器的輸入端，使語(yǔ)音電信號(hào)得以進(jìn)一步放大。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(lái)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(lái)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(guò)選擇連接在“AGC”管腳的電阻R1和電容器C4的阻容值，來(lái)調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間與釋放時(shí)間的常量。下一個(gè)階段的信號(hào)調(diào)整，是由輸入濾波器完成的。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(guò)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。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(yǔ)言波形。采樣時(shí)鐘頻率會(huì)影響錄音的時(shí)間長(zhǎng)度和錄音質(zhì)量。平滑濾波器的輸出，是通過(guò)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(yǔ)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(yǔ)音。揚(yáng)聲器選用16時(shí)，其驅(qū)動(dòng)容量約為50MW100MW，能滿足一般房間內(nèi)的聽眾，較為清晰悅耳。ISD2560芯片的每個(gè)EEPROM存儲(chǔ)單元8等效于8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(yǔ)音信號(hào)的寫入過(guò)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。一個(gè)存儲(chǔ)單元在寫入語(yǔ)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(yǔ)音信號(hào)，這就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)抹音效果。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MICIN17腳話筒前置放大器端，用于放大120MV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(guò)串聯(lián)電容耦合到本段。耦合電容值和本端的10K輸入決定了芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。MICREF18腳話筒補(bǔ)償端，是話筒前置放大器的反向輸入端，它用來(lái)抵消噪聲或?qū)SD2560作共模的輸入端。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)，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47F的標(biāo)稱值在絕大多數(shù)場(chǎng)合下可獲得滿意的效果。ANAOUT（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。ANAIN20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(lái)說(shuō)ANAOUT端應(yīng)通過(guò)外接電容連至本端。EOM25腳），E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D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35V時(shí)，本端變低，芯片只能放音。VF（22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CE端的狀態(tài)，直到PD端變高。SP、SP14、15腳）揚(yáng)聲器輸出端。AUXIN（11腳）輔助輸入端，當(dāng)CE和/PR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(guò)內(nèi)部功放驅(qū)動(dòng)喇叭輸出端。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。VCCD、VCCA28、16腳數(shù)字電源、模擬電源，盡可能在靠近供電端處相連。VSSD、VSSA12、13腳數(shù)字地和模擬地，這兩腳最好在引腳焊盤上相連。A0/M0A6/M6，A7A9（19腳）地址線。CE23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/PR端的狀態(tài)。PD（24腳）本端拉高使芯片停止工作，進(jìn)入不耗電的節(jié)電狀態(tài)，芯片發(fā)生溢出，即OVF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。/PR（27腳）本端狀態(tài)在CE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CE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OM標(biāo)志。放音時(shí)由地址端提供起始地址，放音持續(xù)到EOM標(biāo)志。如果CE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。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，將單片機(jī)AT89S51的P1口、P34和P35與ISD2560的地址線相連，用以設(shè)置語(yǔ)音段的起始地址。P30P33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2322所示123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE22MAR2011SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETTINGSLIUSHA不不不不不不不不不不MYDESIGNDDBDRAWNBC51UFC3022UFC4022UFC247UFC147UFR31KR210KR410KR5470KVCCBMP/REOMPDCEP10P16P17P34P35A0/M0A6/M6A7A8A9XCLKP/REOMPDCESPSPANAOUTMICINMICOUTANAINP30P31P32P33AT89S51ISD2560BL圖2322AT89S51與ISD2560的接口電路233存儲(chǔ)接口電路讀寫器中的存儲(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(jiǎn)單等特點(diǎn)。2IC24LC04B可以來(lái)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)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。24LC65是8K字節(jié)串行的電可擦除EEPROM,其引腳排列如圖2331所示123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE21MAR2011SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETTINGSLIUSHA不不不不不不不不不不MYDESIGNDDBDRAWNBA0A1A2VSSVCCNCSCLSDA2345678124LC65圖233124LC65引腳圖中A0、A1、A2為器件地址選擇引腳。他們通過(guò)VCC、VSS的組合連接構(gòu)成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(lái)使指針指向讀或?qū)懙哪繕?biāo)芯片。NC為空腳。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。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)51K左右的上拉電阻。24LC65與AT89S51的硬件連接如圖2332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?K8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。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE21MAR2011SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETTINGSLIUSHA不不不不不不不不不不MYDESIGNDDBDRAWNBVCCI/OAT89S51GNDA0A1A2SDASCL8A0A1A2SDASCL圖233224LC65與AT89S51的硬件連接234電源監(jiān)控器監(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(lái)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)定性和可靠性。235鍵盤輸入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(lái)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(lái)進(jìn)行身份證能有效的解決這一問(wèn)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，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。236串行通信電路在硬件電路的調(diào)試過(guò)程中，系統(tǒng)硬件電路是通過(guò)串行通信方式與上位機(jī)之間進(jìn)行通信9。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。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，58位的數(shù)據(jù)位，一位奇偶校驗(yàn)位（可省略）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）。在PC機(jī)中一般有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS232C串行接口COM1和COM2。RS232C是美國(guó)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)192KBPS，最長(zhǎng)傳送電纜可達(dá)15米。RS232C標(biāo)準(zhǔn)定義了25根引線，對(duì)于一般的雙向通信，只需使用串行輸入RXD，串行輸出TXD和地線GND。RS232C標(biāo)準(zhǔn)的電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定3V15V之間的任意電平為邏輯“0”電平，3V15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RS232C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。MAX232芯片是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RS232C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。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1F/25V，還需要一個(gè)01F的去耦電容，MAX232與AT89S51接口電路如圖2361所示123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE21MAR2011SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETTINGSLIUSHA不不不不不不不不不不MYDESIGNDDBDRAWNB1UF1UF1UF01UF1UFAT89S51TXDRXDR1OUTT1INT1OUTR1INC2C2C1C1VCCVVGND235DB9MAX232VCC圖2361MAX232與AT89S51接口電路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RS232C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RS232C電平的T1OUT、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。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)31射頻卡T5557簡(jiǎn)介T5557卡是美國(guó)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，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。射頻識(shí)別卡T5557是一無(wú)源的、帶EEPROM存儲(chǔ)器的無(wú)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)，具有可追溯性；IC工作溫度40C至85C。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(lái)源，同時(shí)通過(guò)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(lái)提供。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311所示圖311T5557的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖ANALOGFRONTENDAFB，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(guò)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(guò)程中，場(chǎng)GAP的檢測(cè)，靜電保護(hù)電路。BITRATEGENERATOR，比特率產(chǎn)生器在普通模式通過(guò)編程可產(chǎn)生與E5550相同的波特率，在擴(kuò)展模式可產(chǎn)生RF/2N2，N0，1，2，63的比特率。WRITEDECODER，寫譯器完成寫GAP的譯碼和數(shù)據(jù)的校驗(yàn)。HVGENERATOR，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。DCSUPPLY通過(guò)對(duì)RF源整流，提供所需的直流電源。POWERONRESETPOR，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。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。MODEREGISTER，模式寄存器模式寄存器存儲(chǔ)從EEPROM的BLOCK0來(lái)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311所示。表311調(diào)制類型MODEDIRECTDATAOUTPUTFSK1AFSK/8/50RF/81RF/5FSK2AFSK/8/100RF/81RF/10FSK1FSK/5/80RF/51RF/8FSK2FSK/10/80RF/101RF/8PSK1PHASECHANGEWHENINPUTCHANGESPSK2PHASECHANGEONBITCLOCKIFINPUTHIGHPSK3PHASECHANGEONRISINGEDGEINPUTMANCHESTER0FALLINGEDGE,1RISINGEDGEBIPHASE1CREATESANADDITIONALMIDBITCHANGENRZ0DAMPINGOFF,1DAMPINGONMEMORY，存儲(chǔ)體T5557存儲(chǔ)體的結(jié)構(gòu)如圖312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(yè)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(yè)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(yè)1包含可追溯性數(shù)據(jù)，只讀LUSERDATAORPASSWORDLUSERDATALUSERDATALUSERDATALUSERDATALUSERDATALUSERDATALCONFIGURATIONDATA1TRACEABILITYDATA1TRACEABILITYDATAPAGE1PAGE2BLOCK2BLOCK4BLOCK3BLOCK2BLOCK1BLOCK1BLOCK6BLOCK5BLOCK7BLOCK00132圖312T5557存儲(chǔ)體的結(jié)構(gòu)32T5557的工作原理321初始化在電壓達(dá)到適當(dāng)?shù)膲合抟郧?，上電?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)，T5557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125KHZ時(shí)約為67MS。在初始化期間任何場(chǎng)GAP都會(huì)引起上面過(guò)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。322卡與閱讀器的通訊在正常操作時(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。323配置寄存器的設(shè)置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(zhǎng)度、加密、口令喚醒和停止發(fā)射等功能的啟用關(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(shuō)明如表3231所示表3231配置寄存器序號(hào)01234511121314151617181920名稱LSAFERKEY00BITRATE0MS序號(hào)212223242526272829303132名稱PSKAOR0MAKBLKPWDST00PORDELAY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(lái)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（BITRATE）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。本文設(shè)置的比特率是RF32。表3232比特率的設(shè)置第12位第13位第14位比特率000RF/8001RF/16010RF/32011RF/40100RF/50101RF/64110RF/100111RF/128第16至20為以及2122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34，35所示。設(shè)置16、17未為00是1820位的設(shè)置有效，如果1820位置為001、010、011是可繼續(xù)使用地2122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特編碼方式。表3233調(diào)制方式的設(shè)置第16位第17位第18位第19位第20位調(diào)制方式00000DIRECT00001PSK100010PSK200011PSK300100PSK100101PSK200110PSK1A00111PSK2A01000MANCHESTER10000BITPHASE11000RESERVED表3234PSKCF的設(shè)置第21位第22位第23位00RF/201RF/410RF/811RESERVED第23位用來(lái)控制是否啟動(dòng)AORANSWERONREQUEST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)口令加密功能，也就是說(shuō)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BLOCK7，如果密碼永久的有效則要在寫入密碼的同時(shí)鎖定BLOCK7，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(wú)效。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2527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)（MAXBLOCK這三位的設(shè)置和發(fā)射數(shù)據(jù)流的關(guān)系如下表所示表3235發(fā)射最大數(shù)據(jù)塊的設(shè)置第25位第26位第27位發(fā)送的數(shù)據(jù)塊000ONLYBLOCK0001BLOCK11010BLOCK12011BLOCK13100BLOCK14101BLOCK15110BLOCK16111BLOCK17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)。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SEQUENCETERMINATOR和BLOCKTERMINATOR，SEQUENCETERMINATOR在每個(gè)數(shù)據(jù)循環(huán)開始時(shí)出現(xiàn)，BLOCKTERMINATOR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SEQUENCETERMINATOR同步信號(hào)，同步信號(hào)如圖3231所示反應(yīng)了波形和其它數(shù)據(jù)流的結(jié)合情況。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE21MAR2011SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETTINGSLIUSHA不不不不不不不不不不MYDESIGNDDBDRAWNB01CLOCKSEQUECE00BLOCK7BLOCK2BLOCK1BLOCK2BLOCK1BLOCK3BLOCK1BLOCK7BLOCK1BLOCK7BLOCK1USESTOFFON圖3231同步信號(hào)33系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)331軟件設(shè)計(jì)IC卡T555