射频读卡器硬件系统功能简介

射频读卡器硬件系统功能简介

作者：尹为高

来源：《科技创新导报》2011年第01期

摘 要:系统主要可分为主控模块电路和射频收发电路两部分。主控模块由微控制器及其复位电路、应用系统电路、电源电路及辅助电路组成。主控制器是系统的核心部分,它负责接收用户命令、对发送信号进行编码和对接收信号进行解码,主控制器与应答器的通信过程经由射频收发模块实现。电源电路完成稳压与电压转换功能。射频收发模块有射频发射电路和射频接收电路组成。射频发射电路完成对基带信号的调制发射,射频接收电路完成对载波信号的解调接收。

关键词:射频读卡器 电路设计

中图分类号:TM7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0081-02 1 主控模块电路设计

主控模块的组成有微控制器及其复位电路、应用系统电路、电源电路及辅助电路。 1.1 微控制器外围及复位电路

(1)系统选用PIC单片机16F877作为主控制器,PIC16F877是由Microchip公司生产的一款高性能、低功耗的8位单片机。8K内存产品,可重复烧录程序。

PIC16F877单片机外部一个石英晶振X3,它的频率为11.0592MHz,用来提供单片机工作的外部时钟,而晶振要工作在一个特定串联谐振频率fq下,就必须给它两边加两个保护电容,组成并联振荡回路,这样才不致使单片机工作的时钟频率产生变化,进而可以稳定的工作,提高系统的性能。J3是单片机与PIC仿真器的接口,程序就是由此写入的。

(2)复位电路:复位是单片机的初始化操作。其主要功能是将程序记数器PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。在程序运行中,外界干扰等因素可使单片机的程序陷入死循环状态或者跑飞。为了摆脱困境,可将单片机复位,以重新启动。图为复位电路,只要电源的上升时间不超过lms,就可以完成自动上电复位,即接通电源时就完成了复位操作。 1.2 电源及稳压电路

电源转换:由于系统设计中工作所需要的最大电压为12V,而单片机及射频芯片工作所需要的电压为5V,这就要求对电源进行12V～5V的转换,在这里选用的芯片为AS 1117-3.3,电压转换电路图如下:当接通电源把12V电压从1脚输入时,从2脚输出5V电压,发光二级管LED1开始发光,而从2脚输出的电压即为射频芯片工作时所需要的5V电压。LM2596开关电压调节器是

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降压型电源管理单片集成电路,能够输出3A的驱动电流,同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V,可调版本可以输出小于37V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器,开关频率为150KHz,与低频开关调节器相比较,可以使用更小规格的滤波元件。 1.3 指示装置电路

单片机应用系统通常采用发光二极管和蜂鸣器来指示系统的状态,它们的驱动电路比较简单、易于实现且价格低廉。本系统设有2个数码管,它们的作用是在多个电子标签的分辨识别时对外的显示,用于显示电子标签的卡号,本文为了说明只采用了两个数码管,如有需要还可增加数个。译码器选用CD4511。它是一个用于驱动共阴极 LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器,特点如下:具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。其功能介绍如下:

4脚是消隐输入控制端,当BI=0时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭(消隐)状态,不显示数字。3脚是测试输入端,当BI=1,LT=0时,译码输出全为1,不管输入DCBA状态如何,七段均发亮,显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE:锁定控制端,当LE=0时,允许译码输出。LE=1时译码器是锁定保持状态,译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g:为译码输出端,输出为高电平1有效。CD511的内部有上拉电阻,在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就能工作。数码管显示电路如图1所示,数据锁存器采用M74HCT573。 2 射频收发电路设计

RFID读卡器射频电路部分开发通常采用芯片厂商提供的RFID专用读写芯片,这些专用芯片内嵌了对应频段的RFID通信协议。如I3.56MHz频段下的TI公司推出的RI-R6C-001 A和菲利浦公司推出的MF RC500等。但超高频频段目前没有芯片供应商推出专用的RFID射频读写芯片。这就给读写器的开发带来了一定的难度,也提高了开发的成本。超高频频段射频读写模块的开发一般可以采用两种方案:一是采用搭建射频电路实现的方法,用搭建的硬件电路实现射频信号的调制发送与解调接收。二是采用通用无线射频模块来完成射频信号的调制解调。本文采用第一种设计方法来实现射频信号的调制工作,采用第二种设计方法来实现射频信号的解调工作。

2.1 UHF接收模块电路设计

本设计中射频收发模块的核心芯片采用MICRF005芯片是一种无线收发器,该收发器带有一个发送／接收开关和一个用于占空比操作的关断模式,可广泛应用于低功率设备的单向和双向无线连接。所有IF和解调后的数据滤波都可以在MICRF005芯片内部完成,而不需要外加滤波装置。其额定滤波带宽为300kHz,同时支持高达115kbps的数据传输速率。芯片采用“天线输入、数据输出”的工作方式。MICRF005收发器的主要特点如下:

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①频带为800MHz～1000MHz; ②传输速率可达115kbps; ③不需要外加滤波装置或电感; ④电源工作电流低至10mA,频

⑤可用关断模式调节占空比(大于1/10);率为868MHz; ⑥具有极低的RF天线辐射;

⑦内含的CMOS逻辑接口可用于标准集成电路; ⑧所需外围器件很少。 2.2 LF发射模块电路设计

本文采用搭建射频电路的方法实现125kHz信号的调制发送。电路原理图如图2: 125kHz的发送器和一个UHF接收器模块。基站发出125kHz的低频信号,发出LF命令后,基站通过UHF链路检查是否有响应。125kHz发送器产生一个基于微处理器的脉宽调制器(PWM)输出的载波信号。电流驱动器TC4422放大来自MCU的125kHz方波脉冲的功率TC4422的方波脉冲输出通过由L3、C37、C38和C39组成的LC串联谐振电路后变成正弦波。L3为用于125kHz LF天线的空芯电感。当LC串联谐振电路调谐到PWM信号的频率时,天线辐射最强。在谐振频率处,LC电路阻抗最小,这使得L3负载电流最大,从而产生很强的电磁场。