基于A(yíng)TMEGA64L的RFID讀卡器設計

　　概述

　　RFID(無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù))作為一種新興的非接觸自動(dòng)識別技術(shù)，通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，可識別高速運動(dòng)物體，可同時(shí)識別多個(gè)標簽，可工作于惡劣環(huán)境，操作快捷方便，在物流、交通、收費、身份識別等眾多領(lǐng)域有廣泛應用。RFID技術(shù)在國外發(fā)展的很快，RFID產(chǎn)品種類(lèi)很多，像TI， MOTOROLA，PHILIPS等世界著(zhù)名廠(chǎng)商都生產(chǎn)RFID產(chǎn)品，并且它們的產(chǎn)品各有特點(diǎn)，自成系列。目前，中國射頻識別技術(shù)及應用處于初級發(fā)展階段。RFID技術(shù)作為一種新興的自動(dòng)識別技術(shù)，也已開(kāi)始在國內應用，并且應用領(lǐng)域越來(lái)越廣。

　　本文把RFID技術(shù)應用到物流系統中，實(shí)現了基于RFID技術(shù)的物流系統的軟硬件原型。

　　系統硬件設計

　　為了增強讀寫(xiě)模塊的通用性和擴展性，在硬件設計時(shí)遵循模塊化的設計思想。整個(gè)讀寫(xiě)模塊由三大部分組成：

　　。主控MCU，主要提供對射頻讀寫(xiě)芯片的控制操作。

　　。射頻讀寫(xiě)芯片，負責接收主控MCU的控制信息并完成與RFID卡的通信操作。為了正常工作，射頻讀寫(xiě)芯片須選用合適的并行接口與MCU連接。而為了發(fā)送、接收穩定的高頻信號，射頻讀寫(xiě)芯片要通過(guò)高頻濾波電路與天線(xiàn)部分連接。

　　。天線(xiàn)部分，包括線(xiàn)圈及匹配電路。

　　在所設計的TRH031M評估板中，主控MCU主要由微控制器ATMEGA64L和電源電路、復位電路、晶振電路、JTAG接口、RS-232串口接口組成;同時(shí)增加了人機接口顯示電路，采用EDM12864液晶顯示控制器;射頻讀寫(xiě)芯片采用TRH031M多協(xié)議讀卡器芯片。微控制器ATMEGA64L和TRH031M之間通過(guò)鎖存器SN74HC373N連接。TRH031M評估板總體設計見(jiàn)圖1。

　　圖1 TRH031M評估板總體設計框圖

　　RFID接口電路

　　TRH031M是一款三合一的芯片，兼容ISO14443 Type A&B以及ISO15693協(xié)議。TRH031M工作電壓范圍在2.7V-3.6V，最大特點(diǎn)是功耗極低，芯片的封裝方式也特別適合用在手持機方面的產(chǎn)品上。MCU對TRH031M的控制是通過(guò)對其內部寄存器的讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現的。TRH031M內部共有64個(gè)寄存器，分成8頁(yè)，每頁(yè)8個(gè)寄存器。

　　ATmega64L是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執行時(shí)間，ATmega64 的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。

　　ATmega64L通過(guò) TRH031M并行接口實(shí)現對TRH031M芯片的控制和數據傳輸。Atmega64L對TRH031M的并行接口采用獨立的讀、寫(xiě)信號線(xiàn)連接，用兩個(gè) I/0引腳分別控制TRH031M的讀、寫(xiě)信號線(xiàn)。為了節省I/O口，這里采用了地址/數據線(xiàn)復用的方式，這樣就不需要專(zhuān)門(mén)的I/O口來(lái)控制地址線(xiàn)。 ATmega64L與TRH031M連接示意圖參見(jiàn)圖2。

　　圖2 ATmega64L與TRH031M連接示意圖

　　ATmega64L的 PTA0～PTA7連接TRH031M的DATA0～DATA7，作為數據/地址線(xiàn)，傳輸數據及地址信息。由于采用數據/地址復用的連接方式，Atmega64L 的PTA0～PTA7通過(guò)鎖存器SN74HC373DBLE與TRH031M的地址線(xiàn)引腳A0，Al，A2連接。

　　天線(xiàn)電路

　　TRH031M的天線(xiàn)部分組成，主要分為發(fā)射和接收部分，發(fā)射部分又分為EMC低通濾波器，天線(xiàn)匹配部分和天線(xiàn)線(xiàn)圈。天線(xiàn)直接連接到TRH031M.，圖3為天線(xiàn)的結構原理圖。

　　圖3 天線(xiàn)結構原理圖

　　由RTH031M的數據手冊可知，芯片模擬部分(不含接收機部分)作為負載時(shí)，負載阻抗最高為15W。這是因為優(yōu)化設置輸出阻抗為15W時(shí)，這時(shí)可以達到最低噪音，最大增益和最大輸出功率。

　　天線(xiàn)的阻抗我們按500W進(jìn)行匹配。

　　EMC低通濾波器

　　TRH031M系統工作于 13.56MHz頻率下，這一頻率是由石英晶體振蕩器產(chǎn)生。但是除了13.56MHz以外，還會(huì )有可能以高次諧波的方式向外發(fā)射。為了符合國際EMC 規定，13.56MHz 中的三次五次和高次諧波要被良好地抑制，因此，必須要有一個(gè)合適的濾波器濾波輸出信號以滿(mǎn)足此規定。為了減少信號線(xiàn)上的干擾，使用了EMC高頻濾波電路。 EMC濾波電路和接收電路的原理圖見(jiàn)圖4。低通濾波器由L0和C0組成，它們的值見(jiàn)表1。

　　表1

　　圖4 EMC濾波電路和接收電路的原理圖