基于MSP430單片機的低功耗有源RFID標簽設計

　　射頻芯片是整個(gè)RFID卡最核心的部分，直接關(guān)系到標簽的讀寫(xiě)距離和可靠性，同時(shí)也直接影響到整個(gè)系統的功耗。CC1100是Chipcon公司推出的單片UHF無(wú)線(xiàn)發(fā)射芯片，體積小，功耗低，數據速率支持1.2~500kbps的可編程控制，其工作電壓范圍為1.9~3.6V，可以工作在915MHz.、868MHz.、433MHz和315MHz四個(gè)波段，還可通過(guò)程序配置在所有頻段提供-30~10 dBm輸出功率內置地址解碼器、先入先出堆棧區、調制處理器、時(shí)鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊。它具有兩種低功耗工作模式：關(guān)機模式和空閑模式，在關(guān)機模式下工作電流小于200nA。本文中CC1100工作在433MHz的頻率上，采用FSK調制方式，數據速率為100kbps，信道間隔為200kHz。

　　電路設計

　　為簡(jiǎn)化系統結構，本系統僅由必須的微處理器單元、射頻收發(fā)單元、天線(xiàn)及電池單元組成。省去電池到器件之間的穩壓電路，直接由電池給系統供電。節省了穩壓電路所帶來(lái)的靜態(tài)電流消耗，使電池壽命進(jìn)一步延長(cháng)。為防止發(fā)射狀態(tài)較大的電流造成電池電壓瞬態(tài)降低，使用較大容量電容與電池并聯(lián)。MSP430F2012內部集成的零功耗欠壓復位（BOR）保護功能，可以在電壓低于安全操作范圍時(shí)執行完全復位，很好地解決了單片機復位不完全而產(chǎn)生的隨機錯誤操作問(wèn)題。

　　軟件設計

　　盡量用軟件來(lái)代替硬件也是低功耗系統設計常常采取的措施。本次程序開(kāi)發(fā)綜合考慮了時(shí)序調度和工作效率兩方面問(wèn)題，以降低系統的功耗。

　　合理設計工作時(shí)序

　　由于CPU的運行時(shí)間對系統的功耗影響極大，應盡可能縮短其工作時(shí)間，較長(cháng)地處于空閑方式或掉電方式是軟件設計降低單片機系統功耗的關(guān)鍵。程序運行流程圖如圖2（a）、（b）所示，當系統上電完成初始化操作即刻進(jìn)入低功耗模式，只在系統接收到正確信息產(chǎn)生中斷時(shí)才會(huì )喚醒單片機進(jìn)入工作模式，盡量在短時(shí)間內完成對信息或數據的處理，當處理結束立即返回低功耗模式等待下一個(gè)中斷到來(lái)。

　　提高工作效率

　　用宏定義來(lái)代替子程序調用。因為CPU進(jìn)入子程序時(shí)，會(huì )首先將當前CPU寄存器推入堆棧（RAM），在離開(kāi)時(shí)又將CPU寄存器彈出堆棧，這樣至少帶來(lái)兩次對RAM的操作，所以讀RAM會(huì )比讀Flash帶來(lái)更大的功耗。用宏定義來(lái)代替子程序調用，無(wú)疑會(huì )降低系統的功耗。

　　盡量減少CPU的運算量，將一些運算的結果預先算好，放在Flash中，用查表的方法替代實(shí)時(shí)的計算，減少CPU的運算工作量，可以有效降低CPU的功耗；不可避免的實(shí)時(shí)計算，精度夠了就結束；盡量使用短的數據類(lèi)型：如盡量使用字符型的8位數據替代16位的整型數據，盡量使用分數運算而避免浮點(diǎn)數運算等。

　　讓I/O模塊間歇運行，不用的I/O模塊或間歇使用的I/O模塊要及時(shí)關(guān)掉，以節省電能。不用的I/O引腳要設置成輸出或設置成輸入，用上拉電阻拉高。若引腳沒(méi)有初始化，可能會(huì )增大單片機的漏電流。

　　結論

　　本文詳細介紹了基于MSP430單片機的低功耗有源RFID標簽的設計，合理地利用了MSP430單片機的中斷、定時(shí)、運算等功能，借助于軟件優(yōu)勢，對耗能較低的CC1100 模塊采取限能工作措施，提高了電池的壽命，增加了系統可靠運行的時(shí)間，與其它設計功耗對比如圖3所示。這種有源RFID標簽的設計使 RFID的性能得到了改進(jìn)，它在很大程度上解決了遠距離、大流量、抗干擾、高速移動(dòng)的標識物的識別難題。本設計完成的RFID">RFID標簽與配套的閱讀器可以組成人員或物品識別定位系統，廣泛應用于采礦、工業(yè)生產(chǎn)、道路交通、物流運輸、醫療、醫藥、國防安全等眾多領(lǐng)域。

參考文獻:

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