引言
    無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)作為一項(xiàng)先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)制造,、物流管理,、公共安全等各個(gè)領(lǐng)域，并帶動(dòng)了讀寫(xiě)機(jī)具和各類(lèi)應(yīng)用產(chǎn)品及系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用,。目前，在我國(guó)應(yīng)用于13．56 MHz的無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域主要有2個(gè)ISO標(biāo)準(zhǔn),，一個(gè)是IS014443,，另一個(gè)是ISO15693。ISO14443定義了TYPE A,、TYPE B兩種類(lèi)型協(xié)議,，通信速率為106 kb／s，它們的區(qū)別主要在于載波的調(diào)制深度及位的編碼方式,。ISO15693讀寫(xiě)距離" title="讀寫(xiě)距離">讀寫(xiě)距離較遠(yuǎn),，而ISO14443讀寫(xiě)距離稍近，但后者應(yīng)用較廣泛。這三種協(xié)議的卡在各個(gè)領(lǐng)域都有著比
較廣泛的應(yīng)用,，而國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的13．56 MHz的射頻讀卡器" title="射頻讀卡器">射頻讀卡器,，一般僅支持一種協(xié)議，且功能較為單一,?；谶@種現(xiàn)狀，本文提出了基于TI公司的TRF7960射頻芯片和宏晶公司的STCllF32XE高速單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)多協(xié)議" title="多協(xié)議">多協(xié)議射頻讀卡器的設(shè)計(jì)方案,。在該讀卡器上擴(kuò)展了點(diǎn)陣圖形液晶LCD和串行存儲(chǔ)器W25X80以及USB芯片PL2303等外圍設(shè)備,。LCD可以顯示各種圖形和漢字，串行存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)點(diǎn)陣字庫(kù),、圖形庫(kù)等,，USB芯片使得該讀卡器省去了串口" title="串口">串口和電源供電端口，可以通過(guò)該USB接口和PC管理軟件通信,。該讀卡器使用方便,，簡(jiǎn)單，成本低,，電路運(yùn)行穩(wěn)定，可以應(yīng)用到各種場(chǎng)合,。

1 讀卡器的硬件設(shè)計(jì)
    STCllF32XE單片機(jī)是宏晶科技公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單時(shí)鐘／機(jī)器周期(IT)的單片機(jī),，是高速、低功耗,、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī),，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍,。內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路,，可用在高速通信、智能控制,、強(qiáng)干擾等場(chǎng)合,。STCllF32XE內(nèi)部有32 KB的Flash，29 KB的EEPROM和1 280字節(jié)的SRAM,。本文采用的STCllF32XE是LQFP-44引腳,，除了EA、ALE,、PSEN和RST引腳可以定義為通用I／O外,，還多了1個(gè)P4口。編程支持ISP下載功能,，使用起來(lái)比較方便,。
    TRF7960是TI(德州儀器)公司推出的高頻(13．56MHz)多標(biāo)準(zhǔn)射頻識(shí)別(RFID)閱讀器IC產(chǎn)品系列之一。TRF7960采用超小32-pin QFN的高級(jí)封裝設(shè)計(jì),，支持ISO／IEC 14443A／B,、ISO／IEC 15693,、ISO／IEC 18000-3以及TI公司的非接觸支付商務(wù)與Tag-It應(yīng)答器產(chǎn)品系列。采用TRF7960的讀卡器為微控制器提供了內(nèi)部時(shí)鐘,，只需1個(gè)13．56 MHz的晶振就能工作,，而不需要2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)晶體，從而有助于降低終端讀卡器產(chǎn)品的總物料單成本,。由于組件很少,，讀卡器IC耗電、占用的空間也很少,，因此可以解決敏感度和噪聲衰減問(wèn)題,。其他集成功能還包括故障檢查、數(shù)據(jù)格式化,、成幀以及適合多讀卡器環(huán)境的防碰撞支持等,。TRF7960與微控制器之間通信可以使用8位并行或者串行(SPI)的靈活的通信方式。該芯片還具有寬泛的操作電壓(2．7～5．5 V),。TRF7960非常適用于安全訪問(wèn)控制,、產(chǎn)品認(rèn)證以及非接觸支付系統(tǒng)等應(yīng)用。
    為了使用STCllF32XE單片機(jī)內(nèi)部1 KB的擴(kuò)展SRAM,，此處采用的是8位并行模擬總線接口方式,，用單片機(jī)的P1口和TRF7960的DO～D7相連，用P2．6,、P2．7,、P3．2作為控制線分別和TRF7960的DATA CLK、EN,、IRQ引腳相連,。需要注意，為了使TRF7960通信接口支持5 V的邏輯電平,，應(yīng)該把TRF7960的VDD_I／O引腳接5 V電壓,。采用模擬總線方式是一種通用的方法，特別是對(duì)于不支持總線擴(kuò)展的單片機(jī)更為重要,。該設(shè)計(jì)中使用模擬總線的方式可防止TRF7960和單片機(jī)內(nèi)部的SRAM發(fā)生總線沖突,。圖1是讀卡器的系統(tǒng)硬件原理圖。

    PL2303是Prolific：公司生產(chǎn)的USB總線轉(zhuǎn)接芯片,，可以實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口,，用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串行口，或者將普通的串口設(shè)備直接升級(jí)到USB總線,。PL2303完全兼容USBl．1,、USB2．0；3～5 V調(diào)節(jié)輸出，可以滿足不同的電壓輸出接口,；全雙工發(fā)送和接收(RXD,、TXD)；MODEM控制線(RTS,、CTS,、DTR、DSR,、DCD和RI),；5、6,、7或8位數(shù)據(jù)格式,；奇偶校驗(yàn)或無(wú)校驗(yàn)；1位,、1位半或2位停止位,；可編程的波特率75 b／s～6 Mb／s等。因此,，PL2303是移動(dòng)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的理想選擇,，其小封裝能夠嵌入任何連接件和手持設(shè)備。PL2303在工作模式和休眠模式都具有很低的功耗,，非常適合總線供電場(chǎng)合使用,。USB芯片使得該讀卡器省去了串口和電源供電端口，可以通過(guò)該USB接口和PC管理軟件通信,。
    顯示屏采用的是基于ST7565S控制器的圖形點(diǎn)陣LCD模塊,，分辨率為128×64,，支持串行接口,，不帶漢字庫(kù)。為了能使該讀卡器可以應(yīng)用在諸如圖書(shū)館圖書(shū)管理方面和其他需要需要漢字顯示的場(chǎng)合,，采用華邦公司生產(chǎn)的串行存儲(chǔ)器W25X80,，自行設(shè)計(jì)了GB2312漢字庫(kù)和其他圖片庫(kù)。串行Flash存儲(chǔ)器以其體積小,、密度高,、功耗低、價(jià)位低,、操作簡(jiǎn)單而備受青睞,，Winbond公司生產(chǎn)的Flash存儲(chǔ)器W25X80為8 Mb串行Fla-sh，大小為1 MB,，分為4096頁(yè),，每頁(yè)為256字節(jié)的存儲(chǔ)單元，且?guī)в?56個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)，SPI的接口方式,。使用Flash自行設(shè)計(jì)漢字庫(kù)不僅操作十分簡(jiǎn)單,，并且可以靈活地適用于多個(gè)設(shè)計(jì)方案。
    系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的地方如下：
    ①盡量讓濾波電容靠近芯片,，特別是10 nF的電容,，這樣對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行有效的濾波；
    ②盡量減少布線地的回路,，所以要求接地的過(guò)孔盡量靠近元器件或者IC的接地端,；
    ③2個(gè)電感的放置應(yīng)該成90°的方向，這樣主要減少2個(gè)電感之間的耦合,；
    ④數(shù)字地和模擬地最好是在不同的地方,，最好通過(guò)磁珠或電感進(jìn)行連接；
    ⑤保證芯片中間的部分足夠接地,，可以在電路板上打9個(gè)孔,，讓芯片充分接地和散熱；
    ⑥布線時(shí)盡量減少輔線的長(zhǎng)度,，特別是射頻前端,，讓元器件保持緊湊、射頻輸出前端最好保持暢通的輸出,；
    ⑦在電路中最好加一些測(cè)試點(diǎn),，方便調(diào)節(jié)硬件電路；
    ⑧盡量避免在射頻線路中通過(guò)數(shù)字信號(hào),。

2 讀卡器的軟件設(shè)計(jì)
    設(shè)計(jì)好硬件平臺(tái)之后,，就需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件模塊。在軟件模塊設(shè)計(jì)中STCllF32XE單片機(jī)和TRF7960之間的模擬通信是最關(guān)鍵的一步,，因?yàn)橹挥写蛲说讓油ㄐ诺年P(guān)鍵環(huán)節(jié),，STCllF32XE才能進(jìn)一步通過(guò)控制TRF7960實(shí)現(xiàn)讀／寫(xiě)卡的基本操作。為了實(shí)現(xiàn)這一步,，首先要弄清楚TRF7960的讀寫(xiě)時(shí)序,。本設(shè)計(jì)采用的是8位并行模擬總線接口方式，在此方式下TRF7960的讀寫(xiě)時(shí)序如圖2所示,。

    起始條件是CLK為高,，然后先發(fā)送8位地址，再發(fā)送數(shù)據(jù),。發(fā)送格式在時(shí)鐘的下降沿進(jìn)行發(fā)送,，當(dāng)CLK為高時(shí)，在A／D有1個(gè)下降沿,，表示結(jié)束,。根據(jù)該時(shí)序圖可以寫(xiě)出STCllF32XE單片機(jī)從TRF7960讀／寫(xiě)1個(gè)字節(jié)的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)代碼：

    STCllF32XE單片機(jī)主要就是通過(guò)調(diào)用這兩個(gè)最基本的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)TRF7960進(jìn)行復(fù)雜的讀／寫(xiě)控制的,。采用模擬總線通信方式的最大好處就是用C語(yǔ)言寫(xiě)的代碼很容易移植到不支持總線擴(kuò)展的各種單片機(jī)上，增加了軟件模塊的可復(fù)用性和可移植性,。
    打通了底層通信的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之后,，就可以一步一步地編寫(xiě)調(diào)試各個(gè)軟件模塊。圖3是讀卡器多協(xié)議自適應(yīng)功能軟件模塊流程,。

3 結(jié)論
    本文采用宏晶公司的高速,、低價(jià)位單片機(jī)和TI公司的TRF7960多協(xié)議讀卡芯片以及相應(yīng)的外圍電路設(shè)計(jì)出了非接觸式的射頻讀卡器，設(shè)計(jì)按照ISO／IEC 14443A／B和ISO／IEC 15693多協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),，完成了系統(tǒng)的硬件電路搭建和系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)工作,。經(jīng)實(shí)際使用證明，該讀卡器工作穩(wěn)定,，抗干擾能力強(qiáng),，性價(jià)比高，操作靈活,、方便,，產(chǎn)品具有很強(qiáng)的的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，投入使用將會(huì)產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益,。