基于pn512芯片通用讀寫系統(tǒng)開發(fā)

基于RFID讀卡芯片的選擇

RFID技術(shù)廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展前景被國(guó)內(nèi)外的許多芯片制造廠商所看好，無論是新發(fā)展的還是傳統(tǒng)的制造廠商都加入到RFID芯片的制造中，使得現(xiàn)在市場(chǎng)上的RFID芯片有很多種，可擴(kuò)展的功能也是千變?nèi)f化。有的帶有MMU，可以支持WinCE或標(biāo)準(zhǔn)Linux等操作系統(tǒng)，有的不帶MMU的微處理器平臺(tái)也可以應(yīng)用UCLinux{2）。所以，選擇一款適合的ARM芯片產(chǎn)品是十分困難的。

本文所使用的芯片PN512為一款不帶MMU的可運(yùn)行UCLinux操作系統(tǒng)的ARM微處理器芯片。PN512是一種非接觸讀寫芯片，高度集成了13.56MHZ下的各種主動(dòng)/被動(dòng)式非接觸的通信方法和協(xié)議。具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、安全性能也比較高。在射頻識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用比較廣泛。

基于pn512芯片通用讀寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)

設(shè)計(jì)總框圖如下：

硬件電路設(shè)計(jì)主要包括主控制電路設(shè)計(jì)和外圍電路設(shè)計(jì)。

主控制器相當(dāng)于人的大腦，起著中央處理器的的作用，外圍電路設(shè)計(jì)的效果則直接影響著整個(gè)硬件電路的整體工作效果28。所以，它們的選型非常重要。

首先，要根據(jù)控制對(duì)象來選擇主控制器，帶CAN 總線模塊的主控制器主要應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化及通信中; 帶PWM模塊的主控制器主要用于控制電機(jī); 帶AD模塊的主控制器主要用于采集模塊。由于系統(tǒng)對(duì)于完成某項(xiàng)功能對(duì)于時(shí)間有較高的

要求，所以要求控制器的處理速度要非?？?。

其次，整個(gè)系統(tǒng)要完成如下的功能：非接觸式IC 卡信息被射頻模塊采集，通過USB 或者網(wǎng)絡(luò)被傳送到主機(jī)，主機(jī)再通過網(wǎng)絡(luò)給主控制器發(fā)送命令，主控制器的接口實(shí)現(xiàn)串口命令行shell，利用此主機(jī)可查看系統(tǒng)的狀態(tài)并可控制系統(tǒng)的行為。

我們之所以選擇ARM7 芯片，是因?yàn)樗男詢r(jià)比比較高，它和高端計(jì)算機(jī)的價(jià)格差不多，但是它比其他高端計(jì)算機(jī)的集成度更高，功能更強(qiáng)大。由于現(xiàn)在的電子儀器設(shè)備的發(fā)展方向基本上都是向嵌入式方向發(fā)展，而且不同的領(lǐng)域都是

采用不同的ARM 芯片，但是基本上都是采用ARM微處理器的內(nèi)核%?，F(xiàn)在的外圍電路系統(tǒng)是越來越簡(jiǎn)單，但所實(shí)現(xiàn)的功能卻越來復(fù)雜，越來越高端。比如它的USB 接口在設(shè)計(jì)上就進(jìn)一步簡(jiǎn)化了，成本減少了，但功能不變，而且某些功能更強(qiáng)大了。還有其他的一些處理器、控制器的功能也是再增加，但成本卻越來越低，而且他們都能滿足設(shè)計(jì)要求，并且可靠性也很高，集成化程度也很高。

主控制器電路和外圍電路的設(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1、主控電路

本設(shè)計(jì)主要針對(duì)近耦合非接觸卡，支持ISO14443B讀/寫標(biāo)準(zhǔn)，要求工作距離較遠(yuǎn)，可內(nèi)部自測(cè)試，要求具有較高的安全性能，所以這里我們采用NXP公司生產(chǎn)的PN512芯片。這種芯片的開發(fā)效率比較高，作用的周期也比較短，而且可以和其他公司的產(chǎn)品兼容。PN512 操作距離可達(dá)到50cm， 2.5V-3.6V的電源，適用電壓的范圍也比較廣，具有高度集成的模擬電路，譯碼相應(yīng)和解調(diào)。前面我們已經(jīng)具體介紹了芯片PN512，這里不做重復(fù)。

2、串行通信電路

讀卡器可以通過高速的USB接口和低速的rs232通信接口實(shí)現(xiàn)與主機(jī)間的通信。

2.1、USB 電路設(shè)計(jì)

USB是Universal Serial Bus的縮寫，中文的意思是通用串行總線。現(xiàn)在在PC機(jī)及其它外設(shè)中都支持USB接口。本文是利用USB接口來實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)傳輸交換的，USB接口的特點(diǎn)是P0：

（1）可以連接多個(gè)設(shè)備。由于在PC機(jī)上往往有多個(gè)USB接口，所以最多的時(shí)候可以連接127臺(tái)設(shè)備?？赏揭部僧惒竭M(jìn)行通信，并且USB總線可以提供電源，對(duì)于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)具有糾錯(cuò)的功能，以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的傳輸。

（2）支持熱插播，攜帶方便。USB在連接時(shí)不需要關(guān)閉電源，所以使用起來比較方便，USB硬盤比IDE硬盤要輕一半的重量，在想要隨身攜帶大量數(shù)據(jù)時(shí)，USB硬盤是首選。

（3）標(biāo)準(zhǔn)比較統(tǒng)一。很多不同的外設(shè)設(shè)備可以以同樣的標(biāo)準(zhǔn)與USB接口連接。

（4）應(yīng)用范圍比較廣。比較容易和其他設(shè)備進(jìn)行連接。像現(xiàn)在PC機(jī)和數(shù)碼設(shè)備中幾乎都連接有USB接口，比如打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等，通過數(shù)據(jù)線與主機(jī)進(jìn)行連接。

（5）傳輸數(shù)據(jù)的能力比較強(qiáng)。一般USB接口的傳輸速度比較快，它大大的超過普通的串口傳輸速度，特別是傳輸大量的數(shù)據(jù)時(shí)，它的傳輸速度快的優(yōu)點(diǎn)就大大的顯現(xiàn)出來了。比如USB1.1傳輸速率大約在12Mbps，而USB2.0傳輸速率大約在480Mbps3132，并且在共同使用時(shí)，它們之間不會(huì)發(fā)生沖突。以前Windows是完整的支持USB1.1，雖然支持USB2.0設(shè)備，但不能完整的發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)在已經(jīng)可以完全發(fā)揮其有優(yōu)點(diǎn)了。本設(shè)計(jì)從傳輸速率的角度考慮，USB器件端口支持USB2.0.

下面給出了USB部分電路原理圖：

2.2、RS-232 通信接口電路

在串行通信時(shí)，為使不同的設(shè)備之間可以方便的連接起來進(jìn)行通信，要求通信雙方都采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口。RS-232 是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的標(biāo)準(zhǔn)！31，是目前最常用的一種串行通信接口。RS 是英文推薦標(biāo)準(zhǔn)的縮寫，232 為標(biāo)識(shí)號(hào)。本設(shè)計(jì)所用的是RS-232-，其中c 代表RS-232-C 的版本，有些也說它代表修改次數(shù)。以前RS-232-C采用的是25 芯的DB插座頭，后來IBM將RS-232-C簡(jiǎn)化成了DB-9連接器，也就是具有9芯的D型插座，插頭在DCE端，插座在DIE端。RS-232-C現(xiàn)在主要采用低速率的單端通信，通信距離受到驅(qū)動(dòng)器電容的限制例，一般用在 近距離通信中。一般高電平為-3 至-15V，低電平為3-15V。下表為9芯D型插頭引腳信號(hào)描述：

一般只需要使用三條接口線，即RXD、TXD 和GND，一條發(fā)送線、一條接收線和一條地線。下圖為RS-232-C 接口原理圖：

本設(shè)計(jì)采用的是MAXIM 公司的芯片MAX3232CWE，這是一種低功耗收發(fā)芯片，芯片在低電平端都可以正常工作，傳輸時(shí)工作速率可達(dá)135Kbps實(shí)現(xiàn)RS-232通信接口的功能。

在串行通信接口中應(yīng)用較多的還有RS-485，RS-485具有多機(jī)通信功能，它比RS-232作用距離要遠(yuǎn)的多，主要用在遠(yuǎn)距離通信當(dāng)中，采用平衡發(fā)送和差分傳輸，抑制共模于擾的能力比RS-232 也要強(qiáng)。但這里用RS-232 以足以滿足設(shè)計(jì)需求。

3、JTAG 調(diào)試電路設(shè)計(jì)

JTAG（Joint Test Action Group），85 年是一種檢測(cè)IC 芯片和PCB 的標(biāo)準(zhǔn)，90 年代修改后成為一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試協(xié)議，IEEE 的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即E119.1-1990 硬件電路，包括許多高級(jí)器件，只要是芯片接口是JTAG 的，都可以對(duì)它進(jìn)行故障的檢測(cè)和邊界的掃描，它是一種硬件調(diào)試接口。

標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是四線： TCK、TDO、TDI和TMS.具有JTAG接口的芯片，相關(guān)JTAG 引腳的定義為：TCK 為測(cè)試時(shí)鐘輸入; TDI 為測(cè)試輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過TDI 引腳輸入JTAG接口; TDO為測(cè)試輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過TDO引腳從JTAG接口輸出; TMS為測(cè)試模式選擇，TMS用來設(shè)置JTAG接口處于某種特定的測(cè)試模式。通常擴(kuò)展TRST 引腳，其意義為測(cè)試復(fù)位，輸入引腳，并且低電乎有效防。JTAG 為目前應(yīng)用最多的一種調(diào)試方法。下圖為JTAG接口設(shè)計(jì)圖。

4、電源電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)所采用的芯片為低功耗型芯片，電壓-般不超過5V，主控電路電源范圍-般在2- 5V之間，像系統(tǒng)中有2.3V、3V，還有 3.5V的電壓，外圍電路- ~般能用5V的還是用5V的電壓。雖然輸出電壓比輸入電壓要小，但輸出電流較大，一般可達(dá)到幾百亳安，一般我們都采用鋰電池供電，它的電阻率比較低，可以減少電源的阻抗，同時(shí)，也可以減少周圍電磁干擾源的影響，這樣可以提高整個(gè)電源系統(tǒng)的供電效率，滿足供電系統(tǒng)的要求。

5、射頻電路設(shè)計(jì)

射頻電路是讀卡器的重要組成部分，它所工作的環(huán)境中，即有模擬信號(hào)又有數(shù)字信號(hào)，它是主控電路和電子標(biāo)簽之間連接的橋梁。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，我們要選擇一款高性能、具有較高集成度、低功耗而且對(duì)于復(fù)雜多變的電磁環(huán)境抗干擾性能好的芯片，作為收發(fā)和調(diào)制解調(diào)芯片，這里我們選擇的是PN512芯片，它的性價(jià)比比較高，穩(wěn)定性比較好，集成度也比較高，同時(shí)它無需外接晶振，載波范圍比較廣，能兼容多種電子標(biāo)簽協(xié)議，并且抗干擾性能比較好等特點(diǎn)比較適合本設(shè)計(jì)。射頻電路原理圖如圖4.6所示：