基于ATmega8的非接觸式ID讀卡器設計與研究

楊丹，袁赫

（1、沈陽拓荊科技有限公司，遼寧 沈陽 110000；2、沈陽拓荊科技有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1.ID讀卡器系統結構

該讀卡器設計是利用射頻卡基站芯片驅動天線發送和接收數據，傳輸到作為主控制器的單片機ATmega8，單片機核對卡號信息，根據程序預先設定權限進行相應操作控制。

2.系統工作原理

當射頻卡進入讀卡器的工作區域后，由射頻卡中電感線圈和電容組成的諧振回路接收讀卡器發射的載波信號，讀卡器中芯片的射頻接口模塊由此信號產生出電源電壓、復位信號及系統時鐘，使芯片“激活”；芯片讀取控制模塊將存儲器中的數據經調相編碼后調制在載波上，經射頻卡內天線回送給讀卡器。

3.硬件設計

ID讀卡器是以單片機ATmega8為核心的軟硬件系統。采用U2270B的短距離緊密耦合型應用電路，其中微處理器ATmega8用來承擔數據的發射以及回收數據的曼徹斯特解碼任務，發射數據由ATmega8控制CFE端來實現，接收的曼徹斯特編碼數據則通過基站Output引腳輸出給ATmega8。在編制發射和接收數據的程序時，必須嚴格按照相應射頻卡的通信規約來進行。

3.1 單片機ATmega8

ATmega8是一款采用低功耗CMOS工藝生產的基于AVR RISC結構的8位單片機。AVR單片機的核心是將32個工作寄存器和豐富的指令集聯結在一起，所有的工作寄存器都與ALU（算術邏輯單元）直接相連，實現了在一個時鐘周期內執行的一條指令同時訪問（讀寫）兩個獨立寄存器的操作。這種結構提高了代碼效率，使得大部分指令的執行時間僅為一個時鐘周期。因此，AT?mega8可以達到接近1MIPS/MHz的性能，運行速度比普通CISC單片機高出10倍。

3.2 射頻卡基站芯片

射頻卡讀寫器的關鍵芯片是射頻卡基站芯片，它主要用于完成數據的調制、發射和射頻的接收以及數據的解調任務。由AT?MEL公司生產的U2270B是一種低成本、性能完善的低頻（100～150kHz）射頻卡基站芯片.

其主要特點如下：

（1）載波振蕩器能產生100kHz～150kHz的振蕩頻率,并可通過外接電阻進行精確調整，其典型應用頻率為125kHz;典型數據傳輸速率為5kbps（125kHz時）;（2）適用于曼徹斯特編碼和雙相位編碼;（3）帶有微處理器接口，可與單片機直接連接;供電方式靈活,可以采用+5V直流供電,也可以采用汽車用+12V供電,同時具有電壓輸出功能,可以給微處理器或其它外圍電路供電;(4)具有低功耗待機模式，可以極大地降低基站的耗電量;(5)125kHz時的典型讀寫距離為15mm;(6)適用于對TEMIC的e5530/e5550/e5560射頻卡進行讀寫操作。

4.軟件設計

一直在監視著電平的變化，然后通過波形維持高電平和低電平的時間長度以及高低電平的有序組合來判斷當前的數據是“1”還是“0”主要分四種情況：（1）如果上一個數據是0，并產生跳變變為高開始計時到變為低電平停止計數然后與時鐘周期相比較，如果時間長度約為0.5T時，再接著計高電平時間也維持大約0.5T說明該數據為0；（2）如果剛才的高電平維持大約為1個T時,說明這位數據為1；（3）如果上一位數據是1,并產生負跳變開始計時到低電平結束然后和時鐘周期比較，如果時間長度約1T時說明該位數據為0；（4）如果低電平維持的時間約為0.5T，則接著計高電平的時間，如果維持時間也大約是0.5T則說明該位數據為1。

載波頻率fOSC＝125kHz，位數據傳送率選RF/64，則每傳送一位的時間（周期）為振蕩周期的64分頻，故位傳送周期為：1P=1/(125kHz×64)=512μs。

5.結語

此設計主要是針對非接觸式ID卡而設計的一種微型讀卡器，同時軟件采用解碼方法可以在讀曼徹斯特碼同步解碼，速度較快并且讀數準確率較高。在應用中，只要將控制器的串行通信即可接收數據。

[1]ATmega8 Data Sheet[M]，ATMEL

[2]陽永華.曼碼調制的非接觸ID卡通用讀卡程序編制［J］.單片機與嵌入式系統應用，2005.

[3]周興華.單片機智能化產品C語言設計實例詳解[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006.