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基于CRX14的TypeB射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2005-04-14 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
摘要:介紹STMicroelectronics公司芯片,工作頻率為13.56MHz,NRZ編碼,波特率為106kb/s。閱讀器(PCD)到卡(PICC)調(diào)制采用10%的ASK,卡(PICC)到閱讀器(PCD)調(diào)制采用相位鍵調(diào)制的847kHz負(fù)載調(diào)制的副載波。

關(guān)鍵詞: I2C總線 ISO14443標(biāo)準(zhǔn) MC68H908AP16

最近幾年來(lái),識(shí)別的發(fā)展極其迅猛。通過(guò)不斷的技術(shù)更新,的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,如票務(wù)、動(dòng)物識(shí)別、工業(yè)自動(dòng)化或者身份識(shí)別。用戶(hù)在考慮射頻識(shí)別系統(tǒng)時(shí),需要考慮該系統(tǒng)的工作頻率、作用距離、安全要求和存儲(chǔ)容量。符合ISO14443協(xié)議的射頻系統(tǒng)是目標(biāo)應(yīng)用比較多的一種。該協(xié)議第2部分射頻接口規(guī)定了兩種形式――TypeA和,本文重點(diǎn)講述針對(duì)方法和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

1 芯片介紹

是符合ISO14443控制標(biāo)準(zhǔn)的射頻處理芯片,使用雙經(jīng)I2C總線。發(fā)送的數(shù)據(jù)用ASK方式調(diào)制,接收到的數(shù)據(jù)則是將終端負(fù)載變量信號(hào)解調(diào)所得。天線上產(chǎn)生的信號(hào),采有一個(gè)847kHz的二進(jìn)制BPSK副載波譯碼,發(fā)送的ASK波有10%被調(diào)制。在發(fā)送和接收的方式中,CRX14與終端之間的數(shù)據(jù)傳送速率為106Kb/s。

圖1

CRX14含有一個(gè)自動(dòng)抗沖突的機(jī)制,能夠檢測(cè)和選擇在CRX14有效范圍內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)的多張卡片。防沖突功能ST的微電子概率掃描法。CRX14還通過(guò)允許終端鑒定的FRANCE TELECOM技術(shù)提供抗克隆功能。CRX14帶有一個(gè)單片耦合器,易于成一臺(tái)具有鑒定功能的讀出器或以低成本建立一個(gè)高水平的安全系統(tǒng)。

CRX14內(nèi)部由四部分組成:

①I(mǎi)2C總線控制器管理與應(yīng)用主機(jī)間的串聯(lián),遵循400kHz的I2C總線規(guī)格,并控制對(duì)所有CRX14寄存器的讀或?qū)懖僮鳌?/P>

②RAM緩沖器是雙向緩沖器,存儲(chǔ)所有即將發(fā)送至終端的請(qǐng)求幀字節(jié)和所有由答復(fù)幀終端發(fā)出的接收字節(jié)。

③發(fā)送器通過(guò)在外部天線上產(chǎn)生一個(gè)13.56MHz的射頻磁場(chǎng)來(lái)對(duì)量程內(nèi)的所有遙控終端上電。該磁場(chǎng)的10%可采用對(duì)流出數(shù)據(jù)的ASK(振幅偏移鍵控制法)調(diào)制。

④接收器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。該信號(hào)在天線上,由遙控終端的負(fù)載變量產(chǎn)生。接下來(lái)的信號(hào)則由847kHz的BPSK(二進(jìn)制相位偏移鍵控)副載波解碼器解碼。

CRX14內(nèi)部邏輯框圖和引腳圖如圖1所示。

2 總體設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)由摩托羅拉單片機(jī)、CRX14射頻芯片、安全模塊(可選)幾部分構(gòu)成,系統(tǒng)框圖如圖2所示。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

整個(gè)電路主要分為兩個(gè)部分:一為主控部分,以摩托羅拉單片機(jī)為核心;另一為射頻處理部分,以CRX14為核心。

圖3

主控部分采用摩托羅拉公司的MC68HC08系列單片機(jī)。該系列是高性能8位單片機(jī),具有速度快、功能強(qiáng)和價(jià)格低的特點(diǎn)??晒┻x擇的型號(hào)很多,當(dāng)前設(shè)計(jì)中程序空間不用太大,需要I2C接口和UART串行接口,抗干擾能力要強(qiáng)。由于CRX14采用單電源電壓供電(5V500mV),為了設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單,整個(gè)系統(tǒng)采用5V單電壓供電。

選擇型號(hào)為MC68HC908AP16的單片機(jī)。芯片資源為1KB RAM,16KB的Flash存儲(chǔ)器空間,I2C接口,工作電壓為3.3V或者5V,總線最高頻率為8MHz等。

鍵盤(pán)采用矩陣排列方式,實(shí)時(shí)掃描鍵值;顯示部分采用SPI接口的標(biāo)準(zhǔn)顯示模塊;電源部分使用外部電源適配器,輸入電壓為9V~12V之間,通過(guò)穩(wěn)壓,提供持續(xù)的5V電源。

安全模塊是為以后擴(kuò)充使用的。如果用戶(hù)需要使用安全認(rèn)證機(jī)制,要吧簡(jiǎn)單地把安全模塊安裝到設(shè)備上。對(duì)安全模塊的操作遵循ISO7816協(xié)議,這方面可供參考的資料很多。

射頻處理部分包括CRX14和天線及匹配電路。CRX14引腳定義和說(shuō)明如表1所列。

表1 CRX14引腳定義和說(shuō)明

引腳定義說(shuō) 明
RF OUT天線輸出驅(qū)動(dòng)器
RFIN天線輸入濾波器
VCC/GND電源電壓/地
GND_RF射頻電路地
OSC1/OSC2振蕩器輸入
PLL_RCPLL-RC濾波器輸入
Vref發(fā)送器基準(zhǔn)電壓
OSC_SEL13.56MHz/32768Hz頻率選擇
RESET復(fù)位
SCLI2C時(shí)鐘
SDAI2C雙向數(shù)據(jù)
E0I2C芯片使能
E1I2C芯片使能
E2I2C芯片使能

射頻處理部分的電路如圖3所示。

天線調(diào)試過(guò)程分3個(gè)部分。

①測(cè)試CRX14的輸出。CRX14的RF OUT輸出信號(hào)為10%ASK調(diào)制波,載波頻率為13.56MHz。輸出波形如圖4所示。

②優(yōu)化天線。天線的輸入阻抗及其匹配電路需要與CRX14輸出的阻抗匹配。因?yàn)镻CB材料或其它的原因?qū)е碌囊恍┘?xì)微的不同,天線的特征也會(huì)改變,比如天線的電感量和電阻量。需要作一些小的調(diào)整,即調(diào)整天線的匹配電路,如圖5,使天線的性能達(dá)到最佳。

因?yàn)樽兓皇翘?,可以使用示波器進(jìn)行調(diào)整。使用兩個(gè)不同的電容代替C8+C8’和C7+C7’。調(diào)整的范圍應(yīng)該介于C8+C8’和C7+C7’的原始值范圍附近(27pF和125pF)。然后,仔細(xì)調(diào)整這些電容,使天線回路上的電壓值達(dá)到最大。實(shí)測(cè)天線端(ANT1)的波形如圖6所示。

③檢查射頻接收部分。從天線返回的信號(hào)直接送到了RF IN端口。因此該點(diǎn)波形幅度比較低,實(shí)測(cè)的波形如圖7所示。

為了增加射頻部分的發(fā)射和接收距離,用戶(hù)可以增加射頻放大和運(yùn)放電路,將發(fā)射和接收的波形進(jìn)行放大。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件的功能主要是控制CRX14,同時(shí)與PC機(jī)進(jìn)行通信,控制CRX14不斷地在量程范圍內(nèi)發(fā)送訪問(wèn)信號(hào)。如果有TypeB的射頻卡在量程范圍內(nèi),MC68HC908AP16單片機(jī)會(huì)控制CRX14芯片從卡中讀出信息,同時(shí)將這些信息通過(guò)RS-232發(fā)送到PC主機(jī)上。當(dāng)從PC主機(jī)上接收到寫(xiě)卡命令時(shí),單片機(jī)控制CRX14將信息寫(xiě)入到射頻卡片中。軟件完成按照ISO14443協(xié)議的TypeB類(lèi)型來(lái)設(shè)計(jì)。軟件的總體框圖如圖8所示。

軟件流程如圖9所示。

軟件包含主控程序、射頻處理程序、串口處理程序、中斷處理程序,另外還包含擴(kuò)充的矩陣按鍵掃描程序和顯示模塊驅(qū)動(dòng)程序。有興趣的讀者可以參考相關(guān)資料,文中主要介紹射頻處理部分的程序流程和注意事項(xiàng)。

CRX14提供四個(gè)易失性的寄存器,控制芯片的所有工作。另外提供了04h和05h地址兩個(gè)寄存器,在實(shí)際應(yīng)用中是不能被用戶(hù)使用的。寄存器描述如表2所列。

表2 CRX16引腳定義和說(shuō)明

I2C地址 長(zhǎng)度/B訪問(wèn)

目 的

00h參數(shù)寄存器1寫(xiě)設(shè)置參數(shù)寄存器
讀參數(shù)寄存器
01h輸入/輸出幀寄存器36寫(xiě)存儲(chǔ)和發(fā)送請(qǐng)求幀到終端存儲(chǔ)終端應(yīng)答幀
02h鑒定寄存器無(wú)效寫(xiě)開(kāi)始鑒定過(guò)程
獲得鑒定過(guò)程
03h插槽標(biāo)志寄存器1寫(xiě)啟動(dòng)自動(dòng)抗沖突過(guò)程
返回?cái)?shù)據(jù)FFh
04h保留無(wú)效讀和寫(xiě)保留,不能使用
05h保留無(wú)效讀和寫(xiě)保留,不能使用

表3 器件選擇代碼

 芯片鑒定代碼芯片使能輸入端口讀/寫(xiě)
位7位6位5位4位3位2位1位0
CRX14芯片選擇1010E2E1E0讀/寫(xiě)

CRX14遵循I2C總結(jié)標(biāo)準(zhǔn)。芯片內(nèi)部攜帶有一個(gè)4位的器件鑒定代碼――1010,如表3所列。該鑒定代碼與芯片的3個(gè)使能輸入端(E2、E1、E0)合并在一起,作為I2C選擇相應(yīng)芯片的標(biāo)識(shí)。

圖9

5 結(jié)論

該系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,能夠在約5cm的距離內(nèi)讀寫(xiě)符合ISO14443標(biāo)準(zhǔn)TypeB類(lèi)型的射頻卡,工作穩(wěn)定可靠,成本低。開(kāi)發(fā)成專(zhuān)用射頻讀寫(xiě)設(shè)備,會(huì)具有較高的性?xún)r(jià)比。



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