射頻讀卡器硬件系統功能簡介

摘 要:系統主要可分為主控模塊電路和射頻收發電路兩部分。主控模塊由微控制器及其復位電路、應用系統電路、電源電路及輔助電路組成。主控制器是系統的核心部分，它負責接收用戶命令、對發送信號進行編碼和對接收信號進行解碼，主控制器與應答器的通信過程經由射頻收發模塊實現。電源電路完成穩壓與電壓轉換功能。射頻收發模塊有射頻發射電路和射頻接收電路組成。射頻發射電路完成對基帶信號的調制發射，射頻接收電路完成對載波信號的解調接收。

關鍵詞:射頻讀卡器 電路設計

中圖分類號:TM7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(a)-0081-02

1 主控模塊電路設計

主控模塊的組成有微控制器及其復位電路、應用系統電路、電源電路及輔助電路。

1.1 微控制器外圍及復位電路

(1)系統選用PIC單片機16F877作為主控制器，PIC16F877是由Microchip公司生產的一款高性能、低功耗的8位單片機。8K內存產品，可重復燒錄程序。

PIC16F877單片機外部一個石英晶振X3，它的頻率為11.0592MHz，用來提供單片機工作的外部時鐘，而晶振要工作在一個特定串聯諧振頻率fq下，就必須給它兩邊加兩個保護電容，組成并聯振蕩回路，這樣才不致使單片機工作的時鐘頻率產生變化，進而可以穩定的工作，提高系統的性能。J3是單片機與PIC仿真器的接口，程序就是由此寫入的。

(2)復位電路:復位是單片機的初始化操作。其主要功能是將程序記數器PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執行程序。在程序運行中，外界干擾等因素可使單片機的程序陷入死循環狀態或者跑飛。為了擺脫困境，可將單片機復位，以重新啟動。圖為復位電路，只要電源的上升時間不超過lms，就可以完成自動上電復位，即接通電源時就完成了復位操作。

1.2 電源及穩壓電路

電源轉換:由于系統設計中工作所需要的最大電壓為12V，而單片機及射頻芯片工作所需要的電壓為5V，這就要求對電源進行12V～5V的轉換，在這里選用的芯片為AS 1117-3.3，電壓轉換電路圖如下:當接通電源把12V電壓從1腳輸入時，從2腳輸出5V電壓，發光二級管LED1開始發光，而從2腳輸出的電壓即為射頻芯片工作時所需要的5V電壓。LM2596開關電壓調節器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅動電流，同時具有很好的線性和負載調節特性。固定輸出版本有3.3V、5V、12V，可調版本可以輸出小于37V的各種電壓。該器件內部集成頻率補償和固定頻率發生器，開關頻率為150KHz，與低頻開關調節器相比較，可以使用更小規格的濾波元件。

1.3 指示裝置電路

單片機應用系統通常采用發光二極管和蜂鳴器來指示系統的狀態，它們的驅動電路比較簡單、易于實現且價格低廉。本系統設有2個數碼管，它們的作用是在多個電子標簽的分辨識別時對外的顯示，用于顯示電子標簽的卡號，本文為了說明只采用了兩個數碼管，如有需要還可增加數個。譯碼器選用CD4511。它是一個用于驅動共陰極 LED(數碼管)顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點如下:具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅動LED顯示器。其功能介紹如下:

4腳是消隱輸入控制端，當BI=0時，不管其它輸入端狀態如何，七段數碼管均處于熄滅(消隱)狀態，不顯示數字。3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0時，譯碼輸出全為1，不管輸入DCBA狀態如何，七段均發亮，顯示“8”。它主要用來檢測數碼管是否損壞。LE:鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g:為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD511的內部有上拉電阻，在輸入端與數碼管筆段端接上限流電阻就能工作。數碼管顯示電路如圖1所示，數據鎖存器采用M74HCT573。

2 射頻收發電路設計

RFID讀卡器射頻電路部分開發通常采用芯片廠商提供的RFID專用讀寫芯片，這些專用芯片內嵌了對應頻段的RFID通信協議。如I3.56MHz頻段下的TI公司推出的RI-R6C-001 A和菲利浦公司推出的MF RC500等。但超高頻頻段目前沒有芯片供應商推出專用的RFID射頻讀寫芯片。這就給讀寫器的開發帶來了一定的難度，也提高了開發的成本。超高頻頻段射頻讀寫模塊的開發一般可以采用兩種方案:一是采用搭建射頻電路實現的方法，用搭建的硬件電路實現射頻信號的調制發送與解調接收。二是采用通用無線射頻模塊來完成射頻信號的調制解調。本文采用第一種設計方法來實現射頻信號的調制工作，采用第二種設計方法來實現射頻信號的解調工作。

2.1 UHF接收模塊電路設計

本設計中射頻收發模塊的核心芯片采用MICRF005芯片是一種無線收發器，該收發器帶有一個發送／接收開關和一個用于占空比操作的關斷模式，可廣泛應用于低功率設備的單向和雙向無線連接。所有IF和解調后的數據濾波都可以在MICRF005芯片內部完成，而不需要外加濾波裝置。其額定濾波帶寬為300kHz，同時支持高達115kbps的數據傳輸速率。芯片采用“天線輸入、數據輸出”的工作方式。MICRF005收發器的主要特點如下:

①頻帶為800MHz～1000MHz;

②傳輸速率可達115kbps;

③不需要外加濾波裝置或電感;

④電源工作電流低至10mA，頻

⑤可用關斷模式調節占空比(大于1/10);率為868MHz;

⑥具有極低的RF天線輻射;

⑦內含的CMOS邏輯接口可用于標準集成電路;

⑧所需外圍器件很少。

2.2 LF發射模塊電路設計

本文采用搭建射頻電路的方法實現125kHz信號的調制發送。電路原理圖如圖2:

125kHz的發送器和一個UHF接收器模塊。基站發出125kHz的低頻信號，發出LF命令后，基站通過UHF鏈路檢查是否有響應。125kHz發送器產生一個基于微處理器的脈寬調制器(PWM)輸出的載波信號。電流驅動器TC4422放大來自MCU的125kHz方波脈沖的功率TC4422的方波脈沖輸出通過由L3、C37、C38和C39組成的LC串聯諧振電路后變成正弦波。L3為用于125kHz LF天線的空芯電感。當LC串聯諧振電路調諧到PWM信號的頻率時，天線輻射最強。在諧振頻率處，LC電路阻抗最小，這使得L3負載電流最大，從而產生很強的電磁場。