于A(yíng)VR單片機的多協(xié)議讀寫(xiě)器的設計
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引腳定義
單片機的選擇
EM4094勝出其它RFID讀卡器芯片一籌的地方是它允許讀卡器制造商自行選擇最適合其處理與功率需求的微控制器。一個(gè)工作頻率為16MHz的帶8 kB程序存儲器的8位微控制器看起來(lái)是實(shí)現一個(gè)讀卡器的最合理選擇，因為它可以實(shí)現所有相關(guān)的標準和事實(shí)標準協(xié)議。對于要求更高的RFID讀卡器應用，16 kB存儲器將可提供更好的編程自由度。
除了BPSK協(xié)議，EM4094沒(méi)有集成其它幀解碼器。一個(gè)集成的848kHz BPSK解碼器可使微控制器不再需要執行這一苛求的ISO14443 Type B特殊操作,從而允許讀卡器制造商選擇一個(gè)成本效益比更好的微控制器。
EM4094對于單片機的要求
EM4094-ISO15693協(xié)議對單片機的要求
? ~3800 字節的程序FLASH內存；
? ~345 字節的SRAM；
? 1個(gè)帶有捕獲模式的定時(shí)器T1 (ICP1 feature)；
? 3 個(gè)I/O接口 (DOUT、 DIN、DCLK)；
?看門(mén)狗（可設置為2.2s）；
? 8MHz 晶振；
? RFID 通訊過(guò)程中沒(méi)有不允許外部中斷；
?支持 ISO15693的優(yōu)化設計。
EM4094-ISO14443 A-B-C 協(xié)議對于單片機的要求
? ~15k字節的程序FLASH內存；
? ~500B字節的SRAM；
? 2個(gè)帶有捕獲模式的定時(shí)器T1、T3；
?看門(mén)狗（可設置為2.2s）；
? 16MHz晶振；
? RFID 通訊過(guò)程中沒(méi)有不允許外部中斷；
?提供專(zhuān)用固件來(lái)支持ISO14443 A、B、C 標準。
AVR單片機的優(yōu)點(diǎn)
ATMEL的AVR系列單片機是一個(gè)優(yōu)秀的RISC 結構單片機系列與MCS51 相比其有以下一些典型特點(diǎn)：
? AVR的機器周期為1 個(gè)時(shí)鐘周期絕大多數指令為單周期指令因此每MHz時(shí)鐘有接近1MIPS 的性能；
?程序存貯器與數據存貯器有分開(kāi)的總線(xiàn)程序可以高效地執行8MHz 頻率下工作的AVR 相當于224MHz 頻率下工作的MCS51；
?內置可重復編程的FLASH 程序存貯器和EEPROM 數據存貯器支持對單片機的在系統編程ISP 在生產(chǎn)中可以先裝配后編程從而縮短工藝流程和節約購買(mǎi)萬(wàn)用編程器的費用并且可以方便地升級或修改程序；
?內置上電復位電路和看門(mén)狗定時(shí)器電路在提高產(chǎn)品可靠性的同時(shí)降低了電路的成本；
?部分AVR單片機與MCS51 系列單片機管腳兼容如AT90S1200/2313 對應AT89C1051/2051，AT90S4414/8515 對應AT89C51/52。因此可以做到一套PCB板對應兩套電路增加了用戶(hù)備貨的可選擇性和靈活性；
?定時(shí)/計數器的功能大大增強串口通信時(shí)波特率發(fā)生不占用定時(shí)器。
硬件設計注意事項
電源設計
首先，我們簡(jiǎn)要討論一下EM4094的電源設計。該芯片有三個(gè)不同的電源引腳，其中的VDDA1和VDDA2用于給內部的天線(xiàn)驅動(dòng)器ANT1和ANT2供電。每個(gè)驅動(dòng)器可獨立受電。由于這兩個(gè)驅動(dòng)器可能產(chǎn)生或同步較大的電流，因此建議在VDDA1和VDDA2兩引腳之間接入一個(gè)3.3μF的電容以給天線(xiàn)提供足夠的能量。另外，我們還建議在該電容邊上并聯(lián)兩個(gè)電容值分別為1nF和100nF的電容，以對電源進(jìn)行去耦和濾波。
第三個(gè)電源引腳VDD用于給所有其它的內部模塊供電。在這條電源線(xiàn)上，工程師將不得不為了上面提到的同樣原因接入兩個(gè)電容值分別為1nF和100nF的濾波電容，它們最好采用由COG和X7R等介電材料制成的陶瓷電容，因此類(lèi)電容的容差小和溫度穩定性較高。這里很重要的一點(diǎn)是，應對這三條電源線(xiàn)施加相同的電壓(3.3V或5V)。這些電源線(xiàn)還應當與模擬地相連。
振蕩器輸入
連接在OSCIN和OSCOUT兩個(gè)引腳上的外部晶體提供13.56MHz的信號，這一信號將被送至天線(xiàn)驅動(dòng)器的輸出端?？缃佑诰д駜啥说膬蓚€(gè)NPO電容用于確保晶振的起振和穩定性。NPO電容值由EM4094的可選跨導(通過(guò)一個(gè)寄存器標識選擇)和晶體參數決定。
圖1 工作原理圖
帶隙參考輸出(AGD)
帶隙參考電壓被不同的內部模塊用作模擬參考電壓。為了確保讀卡器芯片的穩定性和可靠性，用一個(gè)1nF和 100nF的電容對AGD電壓進(jìn)行適當去耦是非常重要的。如同在前文所說(shuō)的那樣，我們推薦使用采用COG或X7R電介質(zhì)材料制造的陶瓷電容。
天線(xiàn)驅動(dòng)器輸出
ANT1和ANT2為天線(xiàn)驅動(dòng)器的兩個(gè)輸出端，它們可同相或反相驅動(dòng)，這使得有可能用不同的方式連接讀卡器天線(xiàn)，以及依據所選擇結構的不同產(chǎn)生四個(gè)不同功率等級的天線(xiàn)。EM4094還可與一個(gè)遠端天線(xiàn)一起使用，此時(shí)EM4094的輸出阻抗必須與通信線(xiàn)路阻抗相匹配。
若采用同軸電纜，那么在只使用一個(gè)天線(xiàn)驅動(dòng)器的情況下，EM4094的輸出阻抗將必須在10歐姆(ANT1可選)和50歐姆之間進(jìn)行調整；當兩個(gè)天線(xiàn)并聯(lián)使用時(shí)，EM4094的輸出阻抗將必須在5歐姆(ANT1可遷)到50歐姆之間進(jìn)行調整。為了實(shí)現一個(gè)良好的阻抗匹配，開(kāi)發(fā)人員可借助Smith圖表選擇使用一個(gè)LC PI網(wǎng)絡(luò )和選擇合適的元件參數值。
如果讀卡器天線(xiàn)能夠與EM4094集成在同一塊PCB板上，那么你可使用直接天線(xiàn)相連方法(見(jiàn)圖2)。在這種情況下，天線(xiàn)和串聯(lián)電容形成LC串聯(lián)回路。這一回路的諧振頻率為讀卡器的頻率。串聯(lián)電阻用于抑制品質(zhì)因數并將天線(xiàn)的電流設定在EM4094的額定值以下。當天線(xiàn)工作在其諧振頻率時(shí)，直接連接天線(xiàn)可獲得較高的功率。有關(guān)IC天線(xiàn)的不同連接方式可參見(jiàn)EM4094應用指南。
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