基于CRX14的TypeB射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章
關(guān)鍵詞：CRX14 I2C總線 ISO14443標(biāo)準(zhǔn) MC68H908AP16
最近幾年來，射頻識(shí)別系統(tǒng)的發(fā)展極其迅猛。通過不斷的技術(shù)更新，射頻系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如票務(wù)、動(dòng)物識(shí)別、工業(yè)自動(dòng)化或者身份識(shí)別。用戶在考慮射頻識(shí)別系統(tǒng)時(shí)，需要考慮該系統(tǒng)的工作頻率、作用距離、安全要求和存儲(chǔ)容量。符合ISO14443協(xié)議的射頻系統(tǒng)是目標(biāo)應(yīng)用比較多的一種。該協(xié)議第2部分射頻接口規(guī)定了兩種形式——TypeA和TypeB，本文重點(diǎn)講述針對(duì)TypeB的設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
1 芯片介紹
CRX14是符合ISO14443控制標(biāo)準(zhǔn)的射頻處理芯片，使用雙經(jīng)I2C總線。發(fā)送的數(shù)據(jù)用ASK方式調(diào)制，接收到的數(shù)據(jù)則是將終端負(fù)載變量信號(hào)解調(diào)所得。天線上產(chǎn)生的信號(hào)，采有一個(gè)847kHz的二進(jìn)制BPSK副載波譯碼，發(fā)送的ASK波有10%被調(diào)制。在發(fā)送和接收的方式中，CRX14與終端之間的數(shù)據(jù)傳送速率為106Kb/s。
圖1
CRX14含有一個(gè)自動(dòng)抗沖突的機(jī)制，能夠檢測(cè)和選擇在CRX14有效范圍內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)的多張卡片。防沖突功能基于ST的微電子概率掃描法。CRX14還通過允許終端鑒定的FRANCE TELECOM技術(shù)提供抗克隆功能。CRX14帶有一個(gè)單片耦合器，易于設(shè)計(jì)成一臺(tái)具有鑒定功能的讀出器或以低成本建立一個(gè)高水平的安全系統(tǒng)。
CRX14內(nèi)部由四部分組成：
①I2C總線控制器管理與應(yīng)用主機(jī)間的串聯(lián)，遵循400kHz的I2C總線規(guī)格，并控制對(duì)所有CRX14寄存器的讀或?qū)懖僮鳌?/P>
②RAM緩沖器是雙向緩沖器，存儲(chǔ)所有即將發(fā)送至終端的請(qǐng)求幀字節(jié)和所有由答復(fù)幀終端發(fā)出的接收字節(jié)。
③發(fā)送器通過在外部天線上產(chǎn)生一個(gè)13.56MHz的射頻磁場(chǎng)來對(duì)量程內(nèi)的所有遙控終端上電。該磁場(chǎng)的10%可采用對(duì)流出數(shù)據(jù)的ASK（振幅偏移鍵控制法）調(diào)制。
④接收器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。該信號(hào)在天線上，由遙控終端的負(fù)載變量產(chǎn)生。接下來的信號(hào)則由847kHz的BPSK（二進(jìn)制相位偏移鍵控）副載波解碼器解碼。
CRX14內(nèi)部邏輯框圖和引腳圖如圖1所示。
2 總體設(shè)計(jì)方案
整個(gè)系統(tǒng)由摩托羅拉單片機(jī)、CRX14射頻芯片、安全模塊（可選）幾部分構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖2所示。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
整個(gè)電路主要分為兩個(gè)部分：一為主控部分，以摩托羅拉單片機(jī)為核心；另一為射頻處理部分，以CRX14為核心。
圖3
主控部分采用摩托羅拉公司的MC68HC08系列單片機(jī)。該系列是高性能8位單片機(jī)，具有速度快、功能強(qiáng)和價(jià)格低的特點(diǎn)?？晒┻x擇的型號(hào)很多，當(dāng)前設(shè)計(jì)中程序空間不用太大，需要I2C接口和UART串行接口，抗干擾能力要強(qiáng)。由于CRX14采用單電源電壓供電（5V±500mV），為了設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)采用5V單電壓供電。
選擇型號(hào)為MC68HC908AP16的單片機(jī)。芯片資源為1KB RAM，16KB的Flash存儲(chǔ)器空間，I2C接口，工作電壓為3.3V或者5V，總線最高頻率為8MHz等。
鍵盤采用矩陣排列方式，實(shí)時(shí)掃描鍵值；顯示部分采用SPI接口的標(biāo)準(zhǔn)顯示模塊；電源部分使用外部電源適配器，輸入電壓為9V～12V之間，通過穩(wěn)壓，提供持續(xù)的5V電源。
安全模塊是為以后擴(kuò)充使用的。如果用戶需要使用安全認(rèn)證機(jī)制，要吧簡(jiǎn)單地把安全模塊安裝到設(shè)備上。對(duì)安全模塊的操作遵循ISO7816協(xié)議，這方面可供參考的資料很多。
射頻處理部分包括CRX14和天線及匹配電路。CRX14引腳定義和說明如表1所列。
表1 CRX14引腳定義和說明
| 引腳定義 | 說 明 |
| RF OUT | 天線輸出驅(qū)動(dòng)器 |
| RFIN | 天線輸入濾波器 |
| VCC/GND | 電源電壓/地 |
| GND_RF | 射頻電路地 |
| OSC1/OSC2 | 振蕩器輸入 |
| PLL_RC | PLL-RC濾波器輸入 |
| Vref | 發(fā)送器基準(zhǔn)電壓 |
| OSC_SEL | 13.56MHz/32768Hz頻率選擇 |
| RESET | 復(fù)位 |
| SCL | I2C時(shí)鐘 |
| SDA | I2C雙向數(shù)據(jù) |
| E0 | I2C芯片使能 |
| E1 | I2C芯片使能 |
| E2 | I2C芯片使能 |
射頻處理部分的電路如圖3所示。
天線調(diào)試過程分3個(gè)部分。
①測(cè)試CRX14的輸出。CRX14的RF OUT輸出信號(hào)為10%ASK調(diào)制波，載波頻率為13.56MHz。輸出波形如圖4所示。
②優(yōu)化天線。天線的輸入阻抗及其匹配電路需要與CRX14輸出的阻抗匹配。因?yàn)镻CB材料或其它的原因?qū)е碌囊恍┘?xì)微的不同，天線的特征也會(huì)改變，比如天線的電感量和電阻量。需要作一些小的調(diào)整，即調(diào)整天線的匹配電路，如圖5，使天線的性能達(dá)到最佳。
因?yàn)樽兓皇翘螅梢允褂檬静ㄆ鬟M(jìn)行調(diào)整。使用兩個(gè)不同的電容代替C8+C8’和C7+C7’。調(diào)整的范圍應(yīng)該介于C8+C8’和C7+C7’的原始值范圍附近（27pF和125pF）。然后，仔細(xì)調(diào)整這些電容，使天線回路上的電壓值達(dá)到最大。實(shí)測(cè)天線端（ANT1）的波形如圖6所示。
③檢查射頻接收部分。從天線返回的信號(hào)直接送到了RF IN端口。因此該點(diǎn)波形幅度比較低，實(shí)測(cè)的波形如圖7所示。
為了增加射頻部分的發(fā)射和接收距離，用戶可以增加射頻放大和運(yùn)放電路，將發(fā)射和接收的波形進(jìn)行放大。
4 軟件設(shè)計(jì)
軟件的功能主要是控制CRX14，同時(shí)與PC機(jī)進(jìn)行通信，控制CRX14不斷地在量程范圍內(nèi)發(fā)送訪問信號(hào)。如果有TypeB的射頻卡在量程范圍內(nèi)，MC68HC908AP16單片機(jī)會(huì)控制CRX14芯片從卡中讀出信息，同時(shí)將這些信息通過RS-232發(fā)送到PC主機(jī)上。當(dāng)從PC主機(jī)上接收到寫卡命令時(shí)，單片機(jī)控制CRX14將信息寫入到射頻卡片中。軟件完成按照ISO14443協(xié)議的TypeB類型來設(shè)計(jì)。軟件的總體框圖如圖8所示。
軟件流程如圖9所示。
軟件包含主控程序、射頻處理程序、串口處理程序、中斷處理程序，另外還包含擴(kuò)充的矩陣按鍵掃描程序和顯示模塊驅(qū)動(dòng)程序。有興趣的讀者可以參考相關(guān)資料，文中主要介紹射頻處理部分的程序流程和注意事項(xiàng)。
CRX14提供四個(gè)易失性的寄存器，控制芯片的所有工作。另外提供了04h和05h地址兩個(gè)寄存器，在實(shí)際應(yīng)用中是不能被用戶使用的。寄存器描述如表2所列。
表2 CRX16引腳定義和說明
| I2C地址 | 長(zhǎng)度/B | 訪問 |
目 的 | |
| 00h | 參數(shù)寄存器 | 1 | 寫 | 設(shè)置參數(shù)寄存器 |
| 讀 | 讀參數(shù)寄存器 | |||
| 01h | 輸入/輸出幀寄存器 | 36 | 寫 | 存儲(chǔ)和發(fā)送請(qǐng)求幀到終端存儲(chǔ)終端應(yīng)答幀 |
| 02h | 鑒定寄存器 | 無效 | 寫 | 開始鑒定過程 |
| 讀 | 獲得鑒定過程 | |||
| 03h | 插槽標(biāo)志寄存器 | 1 | 寫 | 啟動(dòng)自動(dòng)抗沖突過程 |
| 讀 | 返回?cái)?shù)據(jù)FFh | |||
| 04h | 保留 | 無效 | 讀和寫 | 保留，不能使用 |
| 05h | 保留 | 無效 | 讀和寫 | 保留，不能使用 |
表3 器件選擇代碼
| 芯片鑒定代碼 | 芯片使能輸入端口 | 讀/寫 | ||||||
| 位7 | 位6 | 位5 | 位4 | 位3 | 位2 | 位1 | 位0 | |
| CRX14芯片選擇 | 1 | 0 | 1 | 0 | E2 | E1 | E0 | 讀/寫 |
CRX14遵循I2C總結(jié)標(biāo)準(zhǔn)。芯片內(nèi)部攜帶有一個(gè)4位的器件鑒定代碼——1010，如表3所列。該鑒定代碼與芯片的3個(gè)使能輸入端（E2、E1、E0）合并在一起，作為I2C選擇相應(yīng)芯片的標(biāo)識(shí)。
圖9
5 結(jié)論
該系統(tǒng)已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，能夠在約5cm的距離內(nèi)讀寫符合ISO14443標(biāo)準(zhǔn)TypeB類型的射頻卡，工作穩(wěn)定可靠，成本低。開發(fā)成專用射頻讀寫設(shè)備，會(huì)具有較高的性價(jià)比。
下載文檔
