1、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) 姓名：周江 學(xué)號(hào): 班級(jí)：12應(yīng)電B 2013年12月15日目 錄前言21 射頻識(shí)別技術(shù)21.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成21.1.1 應(yīng)答器介紹31.1.2 閱讀器介紹31.2 射頻識(shí)別系統(tǒng)的分類41.3 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)52.1 基站芯片U2270B的簡(jiǎn)介62.2 射頻卡讀寫電路的設(shè)計(jì)72.2.1 電源的選擇72.2.1.1 單電源輸入82.2.1.2 雙電源輸入82.2.1.3 電池供電模式92.2.2 外圍元件的選擇92.2.3 射頻電路的設(shè)計(jì)112.3 系統(tǒng)其它的電路設(shè)計(jì)132.3.1 單片機(jī)的選擇132.3

2、.2 語(yǔ)音報(bào)警電路142.3.3 存儲(chǔ)接口電路182.3.4 電源監(jiān)控器192.3.5 鍵盤輸入192.3.6 串行通信電路193 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)213.1 射頻卡T5557簡(jiǎn)介213.2 T5557的工作原理233.2.1 初始化233.2.2 卡與閱讀器的通訊233.2.3 配置寄存器的設(shè)置243.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)273.3.1 軟件設(shè)計(jì)273.3.2 寫卡軟件設(shè)計(jì)303.3.3 系統(tǒng)其它電路的軟件設(shè)計(jì)333.4 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（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是從20世紀(jì)80年代開始

3、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(jué)、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)

4、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)1.1 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1.1-1所示： 圖1.1-1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成 1.1.1 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?/p>

5、的應(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SR

6、AM。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。1.1.2 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1.1.2-1所示。圖中各部分的功能簡(jiǎn)述如下：發(fā)送通道

7、，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1.1.2-1 閱讀器的組成結(jié)構(gòu)框圖1.2 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

8、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6.56MHz-20.56kHz； 超高頻（UHF），工作頻率為433MHz、860MHz-960MHz； 微波，工作頻段為2.45GHz和5.8GHz。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0-1cm； 疏耦合，作用距離為1-100cm； 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

9、。 半無(wú)源（semi-passive)，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

10、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)。1.3 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

11、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

12、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2-1所示： 圖2-1 射頻識(shí)別系統(tǒng)硬件框圖2.1 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

13、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2.2-1所示：各引腳功能見表2.1-1。表2.1-1 U2270B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2.1-1 U2270B的組成框圖基站芯片U2270B的基本工作原理

14、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。2.2 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

15、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。2.2.1 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（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)，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

16、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。2.2.1.1 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 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。圖2.2.1.1-1 U2270B 的單電源工作方式 2.2.1.2 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（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

17、多數(shù)用在要求增加通信距離的情況下。圖2.2.1.2-1 U2270B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。2.2.1.3 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）。圖2.2.1.3-1 U2270B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。

18、2.2.2 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： （2.2.2-1）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。 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2.2.2-1所示，相應(yīng)元器件的耐壓值應(yīng)該大于160V。圖2.2.2-1 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，U2270

19、B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。表2.2.2-1 數(shù)據(jù)傳輸率與輸入電容、去耦電容的關(guān)系數(shù)據(jù)率=125kHz耦合

20、電容CIN去耦電容CHPF/32=3.9kbit/s680pF0.1FF/64=1.95kbit/s1200pF0.22F去耦電容：差分放大器的增益G,典型值為30(CHP=0.1F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2.5k。 (2.2.2-1) (2.2.2-2)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： (2.2.2-3)CHP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2.2.2-1所示。2.2.

21、3 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2.2.3-1 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K0.5%二極管反饋+頻率改變振蕩器K0.3%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(lái)對(duì)T5557卡進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。圖2.2.3-1 U2270B 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

22、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：T1：引腳1輸出為低的周期T2：引腳2輸出為低的周期T2a：T2內(nèi)天線電壓為負(fù)的時(shí)間間隔T2b：T2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

23、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(méi)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。圖2.2.3-2 二極管反饋的振蕩器控制回路圖圖2.2.3-3 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

24、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(lái)增益，R1、R2的阻尼作用降低了讀寫器天線的Q因子。2.3 系統(tǒng)其它的電路設(shè)計(jì)2.3.1 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

25、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。AT89S516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)

26、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。2.3.2 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、

27、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2.3.2-1 ISD2560內(nèi)部框圖ISD2560語(yǔ)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

28、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(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

29、，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

30、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50mW-100mW，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

31、。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：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(guò)串聯(lián)電容耦合到本段。耦合電容值和

32、本端的10K輸入決定了芯片頻帶的低頻截止點(diǎn)。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(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4.7F的標(biāo)稱值在絕大多數(shù)場(chǎng)合下可獲得滿意的效果。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。ANA IN (20腳

33、):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)ANA OUT端應(yīng)通過(guò)外接電容連至本端。(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。（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)跟隨端的狀態(tài)，直到PD端變高。SP+、SP- (14、15腳）：揚(yáng)聲器輸出端。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(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)

34、應(yīng)接地。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。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。A0/M0-A6/M6，A7-A9（1-9腳）：地址線。(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)。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。（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

35、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。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(yǔ)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：圖2.3.2-2 AT89S51與ISD2560的接口電路 2.3.3 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）1

36、1。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)。24LC04B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2.3.3-1所示：圖2.3.3-1 24LC65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

37、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)5.1K左右的上拉電阻。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?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。圖 2.3

38、.3-2 24LC65與AT89S51的硬件連接2.3.4 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。2.3.5 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

39、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。2.3.6 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

40、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)RS-232C串行接口COM1和COM2。RS-232C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)19.2kbps，最長(zhǎng)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

41、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。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+5

42、V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)0.1F的去耦電容，MAX232與 AT89S51接口電路如圖2.3.6-1所示：圖 2.3.6-1 MAX232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

43、端TD。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 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

44、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3.

45、1-1所示：圖3.1-1 T5557的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖Analog Front End(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(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。Bit-rate Generator，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/(2n+2)，n=0，1，2，. ，63的比特率。Write Decoder，寫譯器：完成寫g

46、ap的譯碼和數(shù)據(jù)的校驗(yàn)。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。DC Supply：通過(guò)對(duì)RF源整流，提供所需的直流電源。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。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。Mode Register，模式寄存器：模式寄存器存儲(chǔ)從EEPROM的block0來(lái)的配置數(shù)

47、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：。表3.1-1 調(diào)制類型ModeDirect Data OutputFSK1aFSK/8-/5 0=rf/8 1=rf/5FSK2aFSK/8-/10 0=rf/8 1=rf/10FSK1FSK/5-/8 0=rf/5 1=rf/8FSK2FSK/10-/8 0=rf/10 1=rf/8PSK1Phase change when input changesPSK2Phase change on bit clock if input

48、highPSK3Phase change on rising edge inputManchester0=falling edge, 1=rising edgeBiphase1creates an additional mid-bit changeNRZ0=damping off , 1=damping on0132Memory，存儲(chǔ)體：T5557存儲(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(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

49、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 Block 2Page 11Traceability data1Traceability dataBlock 1Block 7LBlock 6User data or passwordLBlock 5User dataLUser dataBlock 4LPage 2User dataLUser dataBlock 3LUser dataBlock 2LUser dataBlock 1LBlock 0Configuration data圖3.1-2 T5557存儲(chǔ)體的結(jié)構(gòu)3.2 T5557的工作原理3.2.1 初始化在電壓達(dá)到適當(dāng)?shù)膲?/p>

50、限以前，上電復(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(méi)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(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。3.2.2 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c

51、oil2端，并且這種調(diào)制器能被閱讀器檢測(cè)到。3.2.3 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3.2.3-1所示:表 3.2.3-1 配置寄存器序號(hào)01 2 3 45.1112 13 141516 17 18 19

52、 20名稱LSafer Key0.0Bit Rate0MS序號(hào)21 22232425 26 272829303132名稱PSKAOR0MakblkPWDST00POR delay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(méi)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。控制塊中的第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)

53、行設(shè)置。本文設(shè)置的比特率是RF32。表 3.2.3-2 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特編碼方式。表 3.2.3-3 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000

54、00Direct00001PSK100010PSK200011PSK300100PSK100101PSK200110PSK1a00111PSK2a01000Manchester10000Bitphase11000Reserved表3.2.3-4 PSK-CF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)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