一種基于ＳＬ ＲＣ４００的射頻卡讀寫器設計

[摘要] 本文提出了一種基于SL RC400的射頻卡讀寫器的設計方案，該方案采用AT89C52單片機控制基站芯片SL RC400作為讀寫器的核心部分。本方案具有硬件實現簡單、抗干擾能力強、易于二次開發等優點。

[關鍵詞] 射頻卡 讀寫器 SL RC400

一、引言

RFID(Radio Frequency ldentification)是智能識別技術的一種，以此種射頻技術制備的商品標簽比條形碼技術的標簽又進了一大步。

RFID射頻標簽是承印物與電子技術的一個典型組合應用。其在承印物上就包含了存有產品信息的IC芯片與天線組成的射頻電路，通過天線接收來自專用閱讀器所發射的射頻信號，并應答出標簽芯片中所包含的數據信息，也可送入主計算機進行處理，從而實現產品非接觸式的識別、查找與管理，打破了傳統條形碼識別的局限性。因為RFID有移動數據庫的特性，所以有人說，RFID有可能發展成為今后全球商品或物流中最廣為采用的技術之一。

目前，射頻卡讀寫器設計中，使用較廣泛的基站芯片有PHILIPS公司生產的SL RC400、MF RC500、MF RC632以及復旦微電子公司生產的FM1702。其中MFRC500、FM1702等芯片支持ISO14443的各層協議，而SL RC400則支持ISO15693的各層協議。

本文提出了一種基于SL RC400基站芯片的射頻卡讀寫器設計方案，該方案采用AT89C52單片機控制基站芯片SL RC400，具有硬件實現簡單、易于軟件的二次開發等優點。

二、系統總體結構及方案設計

本文采用AT89C52單片機、SL RC400芯片及外圍電路實現讀寫器的基本組成。系統總體結構如圖1所示：

系統的工作方式是:單片機對SL RC400進行控制和通信，SL RC400驅動外圍電路對IC卡進行讀寫操作。具體來說，單片機（即AT89C52）通過RS232串口接收PC機的指令，完成對卡的操作和整個讀寫器的管理;SL R400負責信號的編碼、解碼、調制和解調;外圍電路則建立讀寫器同射頻卡之間的聯系。射頻卡是系統的應用終端，接收讀寫器的指令并返回執行結果。

三、系統的硬件設計

系統的硬件部分主要包括AT89C52單片機、SL RC400、時鐘電路、匹配電路及接口電路等外圍電路。

1.單片機AT89C52

SL RC400基站芯片可與任何一種8位的單片機直接進行并口連接。系統選用了ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS 8位單片機—AT89C52。AT89C52片內含有8k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器和256bytes的隨機數據存儲器，與標準的MCS－51指令系統及8052產品引腳兼容。

2.基站部分

系統的基站單元采用PHILIPS公司生產的芯片。SL RC400是應用于13.56MHZ非接觸高集成度IC卡讀寫模塊的一員。該模塊利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在13.56MHZ下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。其內部的發送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動近距離操作的天線（可達100mm），而接收器部分提供了一個穩定而有效的解調和解碼電路直接用于ISO15693兼容的應答器信號。數字部分處理ISO15693幀和錯誤檢測（奇偶CRC）。此外，SL RC400方便的并行接口可直接連接到任何8位微處理器，對讀卡器和終端的設計提供了極大的靈活性。

3.時鐘電路

由于提供給SL RC400的時鐘要作為同步系統的編碼器和解碼器的時間基準，因而時鐘頻率的穩定性是正確執行的一個重要因素，為了獲得最佳性能，要求時鐘抖動應盡可能小。系統時鐘電路部分的設計如圖2所示。

4.匹配電路

匹配電路包括EMC低通濾波器、天線匹配電路、接收電路和天線。匹配電路與基站芯片SL RC400的電路連接如圖3所示。其中L0和C0構成

低通濾波器，用于濾除高頻噪聲。C1、C2a以及C2b組成天線匹配電路，以便和C1、C2組成的低通濾波器的阻抗匹配。接收電路則由R1、、R1’、R2和C2組成，使用內部產生的VMID電勢作為RX的輸入電勢，為了提供一個穩定的參考電壓，必須在VMID與地之間接一個對地電容。

在天線的設計中，最重要的是計算出天線線圈的電感量。天線的電感量一般采用經驗公式進行估算。假設天線設計為環形或者矩形，則有：

式中，l1為導體環一圈的長度;D1為導線直徑或者PCB板上導體的寬度;K為天線形狀因素（環形天線K＝1.07，矩形天線K＝1.47）；N1為圈數。

5.SL RC400與AT89C52的接口電路

SL RC400支持與不同微處理器的直接接口。每次上電或硬件復位后，SL RC400也復位其并行微處理器接口模式并自動檢測當前微處理器接口的類型。SL RC400與AT89C52的接口如圖4所示:

四、系統的軟件設計

MCU軟件的設計主要包括以下幾部分:AT89C52和SL RC400的初始化、控制SL RC400、與上位計算機的通信等。采用中斷模式對SL RC400提供的中斷信息進行處理。程序流程如圖5所示:

1.初始化操作

初始化包括MCU的初始化以及SL RC400的初始化。當SL RC400的DVDD管腳或AVDD管腳上電復位，或者PSTPD管腳發生負跳變時，SL RC400自動執行復位和初始化操作，并將存儲在E2PROM中的值加載到相應的寄存器中。

2.對卡的操作

整個系統的工作由對射頻卡操作和系統后臺處理兩大部分組成。本文只對射頻卡的操作流程進行簡單介紹，其操作流程如下：

復位請求：當一張射頻卡片處在卡片讀寫器天線的工作范圍之內時，程序員控制讀寫器向卡片發出REQUEST all(或REQUEST std)命令，卡片的ATR將啟動，將卡片Block 0中的卡片類型(TagType)號共2個字節傳送給讀寫器，建立卡片與讀寫器的第一步通信聯絡。如果不進行復位請求操作，讀寫器對卡片的其他操作將不會進行。

反碰撞操作:如果有多張射頻卡片處在卡片讀寫器天線的工作范圍之內，閱讀器天線將與每一張卡片進行通信，取得每一張卡片的系列號。由于每一張射頻卡片都具有惟一的序列號(決不會相同)，因此閱讀器的天線將根據卡片的序列號來保證一次只對一張卡操作。該操作使閱讀器天線得到應答器的返回值作為卡的序列號。

卡選擇操作:完成上述二個步驟之后，閱讀器天線必須對卡片進行選擇操作。執行操作后，返回卡上的SIZE字節。

認證操作:經過上述三個步驟，確認已經選擇了一張卡片，閱讀器天線在對卡進行讀寫操作之前，還必須對卡片上已經設置的密碼進行認證。如果匹配，才允許進行讀寫操作。

讀寫操作:該寫操作是對卡的最后操作，包括讀、寫、增值、減值、存儲和傳送等操作。

程序代碼全部采用KEIL C編寫，限于篇幅，這里不再贅述。

五、結論

該讀寫器最突出的特點是高性能、高穩定性和強兼容性，典型的讀寫距離為50厘米，在有效讀寫區域內無死區，讀寫操作可靠。可廣泛應用在商業物流領域。

參考文獻:

[1][德]Klaus Finkenzeller.無線射頻識別技術(RFID)理論與應用.北京:電子工業出版社， 2001

[2]歐全梅:基于89C51的IC卡讀寫器[J].微計算機信息，2005， 2: 119～121

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。