畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于mf_rc500的便捷式讀寫器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目 基于MF RC500的便捷式讀寫器設(shè)計(jì)</p><p>　　院 系 電子信息工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè) 通信技術(shù) </p><p>　　班 級(jí)

2、 移動(dòng)通信11 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師（職稱） </p><p>　　日 期 2014年03月

3、 </p><p>　　基于MF RC500的RFID射頻讀寫器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘   要</b></p><p>　　為適應(yīng)無線射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，對基于MF RC500的RFID射頻讀寫器進(jìn)行了研究。介紹了RFID系統(tǒng)的基本原理及結(jié)構(gòu)框架，并對MF RC500芯片做了簡單的介紹和說明，然后給

4、出了實(shí)際的電路原理圖，并根據(jù)關(guān)鍵寄存器的設(shè)置給出了使讀寫器對電子標(biāo)簽完成讀寫基本功能的流程圖。測試表明該方案可行，讀寫器工作穩(wěn)定、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、升級(jí)方便，可集成傳感器或無線通信裝置應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、醫(yī)療等領(lǐng)域，有一定的發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p>　　rc500讀寫器  射頻讀寫器  rfid讀寫器  mf rc500</p>

5、<p>　　In order to adapt to the development of radio frequency identification (RFID) technology, based on MF RC500 RFID read-write device is studied. Introduces the basic principle of RFID system and frame structur

6、e, and has made the simple introduction of MF RC500 chip and instructions, and then gives the actual circuit principle diagram, and according to the key register Settings are given to complete the basic function to read

7、and write on electronic tags of read and write device of flow chart. Work</p><p>　　Rc500 reader RF card reader RFID reader/writer MF Rc500</p><p><b>　　引言</b></p><p>　

8、　無線射頻識(shí)別技術(shù)RFID( radio frequency identifiestion) 是20世紀(jì)90年代興起的一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用其射頻信號(hào)空間禍合的傳輸特性，可以實(shí)現(xiàn)對被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。識(shí)別過程無須物理接觸，無須光學(xué)可視，無須人工管理即可完成信息的錄人和處理。采用RFID技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、多目標(biāo)的識(shí)別。同時(shí)，電子標(biāo)簽可讀寫、能攜帶大量數(shù)據(jù)、保密性強(qiáng)，且具有不怕污漬、灰塵等較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)力。正是由于這些其它

9、識(shí)另一方式無法比擬的優(yōu)勢，RFID技術(shù)在生產(chǎn)、物流、交通、運(yùn)輸、醫(yī)療、防偽等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和巨大的發(fā)展前景。在RFID系統(tǒng)中，射頻讀寫器是識(shí)別標(biāo)簽后將采集信息送人后臺(tái)信息處理系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，對保證RFID系統(tǒng)的可靠工作具有重要作用。本文將以Philips公司的MF RC500芯片為核心設(shè)計(jì)一種以AT-MEGA162 MCU為控制器的RFID射頻讀寫器。它能完成對Mifare one卡所有讀寫及控制的操作，并且還可以方便地嵌人到其他系

10、統(tǒng)(如門禁、收費(fèi))中，成為用戶系統(tǒng)的一部分。</p><p>　　1 RFID 基本原理及系統(tǒng)組成 </p><p>　　RFID 系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽、讀寫器、后臺(tái)計(jì)算機(jī)組成。電子標(biāo)簽，又稱為射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器或數(shù)據(jù)載體;讀寫器又稱為讀頭、通信器或讀出裝置(取決于電子標(biāo)簽是否可以無線改寫數(shù)據(jù))。電子標(biāo)簽與讀寫器之間，通過禍合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間(無接觸)禍合;在藕合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)

11、序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換，然后再由后臺(tái)計(jì)算機(jī)對讀寫器讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)以及管理分析等操作RFID系統(tǒng)基本組成如圖I所示。</p><p>　　圖1 RFID 系統(tǒng)基本組成</p><p>　　系統(tǒng)工作時(shí)，讀寫器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波（區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸），標(biāo)簽內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同。當(dāng)電子標(biāo)簽經(jīng)過讀寫器電磁波有效區(qū)域時(shí)，在電磁波的激勵(lì)

12、下，標(biāo)簽內(nèi)的LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而產(chǎn)生感應(yīng)電荷，累計(jì)到一定程度時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)讀寫器接收到卡的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)來決定數(shù)據(jù)的有效性，再通過RS-232,RS-422,RS-485或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到后臺(tái)計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　RFID 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和開發(fā)效率的高低是系統(tǒng)能否廣泛應(yīng)用的首要因素。目前，生產(chǎn)RFR〕產(chǎn)品

13、的公司大都采用自己的標(biāo)準(zhǔn)，國際上還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，可供電子標(biāo)簽使用的幾種標(biāo)準(zhǔn)有」S010536,5014443, IS015693和L9018000。其中應(yīng)用最多的是LSO14443,該標(biāo)準(zhǔn)由物理特性、射頻功率和信號(hào)接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。由于在Philips的RFID系列芯片中，MF RC500可支持IS014443A所有的層，便于系統(tǒng)開發(fā)，因此，利用MF RC500可以大大提高讀寫器的開發(fā)效率，并形成較

14、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　2 讀寫器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　RFID 射頻讀寫器的硬件電路主要包括微處理器AT-MEGA162,MF RC500、天線電路等。其中幾電子標(biāo)簽讀寫芯片MF RC500是整個(gè)讀寫器的核心，它將完成讀寫電子標(biāo)簽的所有必需功能，包括RF信號(hào)的產(chǎn)生、調(diào)制、解調(diào)、安全認(rèn)證和防碰撞等。微處 理 器 MCU是通過對MFR C501〕內(nèi)核特殊的內(nèi)存寄存器的讀

15、寫來控制MF RC500的。MF RC500實(shí)際上是MCU與電子標(biāo)簽之間進(jìn)行信息交換的媒介。任何標(biāo)簽上數(shù)據(jù)讀寫均須通過MF RCS00來傳遞。傳送不同類型的指令給MF RC500，就能實(shí)現(xiàn)對MF RC500的控制。</p><p>　　2.1 MF RC500功能特性介紹</p><p>　　MF RC5 00將先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念完全集成了在13.56 M Hz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通

16、信方式和協(xié)議。其內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)近操作距離的天線，可達(dá)100 mm;接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路用于IS014443A兼容的應(yīng)答器信號(hào);數(shù)字部分處理IS014443A幀和錯(cuò)誤檢測(奇偶和CRC)。此外，它還具有帶時(shí)鐘頻率監(jiān)視、帶低功耗的硬件復(fù)位、軟件實(shí)現(xiàn)掉電模式、帶有內(nèi)部地址鎖存和IRQ線、自動(dòng)檢測微處理器并行接口類型以及支持用于驗(yàn)證Ware系列產(chǎn)品的快速CRYPTOI加密算法等特性，這使

17、得MF RC500更適合用于讀寫器的開發(fā)和高安全性的終端。</p><p>　　2.2 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　RFID 射頻讀寫器硬件電路原理如圖2所示。為了驅(qū)動(dòng)天線，MF RC500通過TX,和件2提供13.56 MHz的能量載波。根據(jù)寄存器的設(shè)定對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到發(fā)送的信號(hào)。射頻卡采用RF場的負(fù)載調(diào)制進(jìn)行響應(yīng)。天線拾取的信號(hào)經(jīng)過夭線匹配電路送到RX腳。MF RC500內(nèi)

18、部接收器對信號(hào)進(jìn)行檢測和解調(diào)并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理，然后數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口由微控制器進(jìn)行讀取。使用內(nèi)部電路產(chǎn)生的VMID電壓作為RX引腳的輸人電壓。為了提供穩(wěn)定的參考電壓，在VMID引腳與地之間應(yīng)接入一個(gè)電容，在引腳VMID與RX之間需接人一個(gè)分壓電阻，另外，在天線與分壓電阻之間加人一系列電容也會(huì)提高電路的性能。</p><p>　　圖2 RFID 射頻讀寫器硬件電路原理圖</p><p&

19、gt;　　2.3 MW RC500與微控制器的并行接口選擇 </p><p>　　MF RC500支持不同的微控制器接口，其自帶的自動(dòng)檢測邏輯可以自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)總線的并行接口。使用信號(hào)NCS選擇芯片，在上電或硬件復(fù)位后，MF RC500也會(huì)復(fù)位它的并行微控制器接口模式，并檢查當(dāng)前的微控制器接口類型，通過復(fù)位后控制引腳的邏輯電平來識(shí)別微控制器接口。接口類型由一組固定的引腳連接來確定，如表1所示。本文選擇了復(fù)

20、用地址線的接口類型，即地址與數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用Da --D7共8位雙向的數(shù)據(jù)地址總線。當(dāng)ALE為高電平時(shí)，將AD。一ADe的地址鎖存人內(nèi)部的地址鎖存器 中，然后由NRD和NWR上的信號(hào)控制完成對MF RC500的讀寫。</p><p>　　表 1 MF RC 500引腳與接口類型</p><p>　　2.4 ATMEGA162外圍電路設(shè)計(jì) </p><p>　　

21、ATmega162 簡介</p><p>　　ATmega162主要特性有高性能、低功耗的 8 位AVR 微處理器、先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)、非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、JTAG 接口( 與IEEE 1149.1 標(biāo)準(zhǔn)兼容)、外設(shè)特點(diǎn)、特殊的微控制器特點(diǎn)、I/O 和封裝、工作電壓、速度等級(jí)。</p><p>　　1.高性能、低功耗的 8 位AVR 微處理器</p><p>

22、;　　2.先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu) </p><p>　　（1）131 條指令 – 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期</p><p>　?。?）32 個(gè)8 位通用工作寄存器</p><p><b>　　（1）全靜態(tài)工作</b></p><p>　?。?）工作于16 MHz 時(shí)性能高達(dá)16 MIPS</p>&l

23、t;p>　?。?）只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器</p><p>　　3.非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 </p><p>　?。?）16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash 、擦寫壽命: 10,000 次</p><p>　?。?）具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot 代碼區(qū) 、通過片上Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程、真正的同時(shí)讀寫操作</p><p>　　

24、（3）512字節(jié)的EEPROM 、擦寫壽命: 100,000 次</p><p>　?。?）1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM</p><p>　　（5）64K 字節(jié)可選外部存儲(chǔ)空間</p><p>　?。?）可以對鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密</p><p>　　（7）通過SPI 接口進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)編程</p><p>　　4

25、.JTAG 接口( 與IEEE 1149.1 標(biāo)準(zhǔn)兼容) </p><p>　?。?）符合JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能</p><p>　　（2）支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能</p><p>　?。?）通過JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程</p><p><b>　　5.外設(shè)特點(diǎn) </b>&l

26、t;/p><p>　?。?）兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p>　　（2）兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p>　?。?）具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC</p><p>　?。?）兩路8 位PWM 通道</p><p>　?。?）6路編程分辨率從1

27、到 16 位可變的PWM 通道 </p><p>　?。?）8路10 位ADC 、8 個(gè)單端通道、7 個(gè)差分通道、2 個(gè)具有可編程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道</p><p>　　（7）面向字節(jié)的兩線接口</p><p>　?。?）可編程的串行USART 可工作于主機(jī)/ 從機(jī)模式的SPI 串行接口</p><p>　?。?）

28、具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器</p><p>　?。?0）片內(nèi)模擬比較器</p><p>　　6.特殊的微控制器特點(diǎn) </p><p>　?。?）上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測</p><p>　?。?）片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC 振蕩器</p><p>　　（3）片內(nèi)/ 外中斷源</p><p&g

29、t;　?。?）5種休眠模式：空閑模式、省電模式、掉電模式和待機(jī)模式以及擴(kuò)展待機(jī)模式</p><p>　　7.I/O 和封裝 </p><p>　?。?）35個(gè)可編程的I/O 口</p><p>　　（2）40引腳PDIP 封裝, 44引腳TQFP 封裝, 與 44 引腳MLF 封裝</p><p><b>　　8.工作電壓 <

30、/b></p><p>　?。?）ATmega162V：1.8 - 5.5V</p><p>　?。?）ATmega162：2.7 - 5.5V</p><p><b>　　9.速度等級(jí) </b></p><p>　　（1）ATmega162V：0 - 8 MHz</p><p>　?。?）

31、ATmega162：0 - 16 MHz</p><p>　　RFID 讀寫器以AVR系列ATMEGA162單片機(jī)為控制核心進(jìn)行控制。ATMEGA162單片機(jī)自帶8路外部存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)/地址線、地址鎖存ALE以及WR,RD,可以方便地與RC500的ALE,NWR,NRD直接連接。另外，它還帶有3個(gè)外部中斷,2個(gè)串口、SPI接口等，硬件資源豐富，易于對讀寫器的功能進(jìn)行擴(kuò)展，為讀寫器的多功能集成設(shè)計(jì)留有豐富的空間。ATM

32、EGA162外圍電路原理如圖3所示。</p><p>　　圖 3 ATMEGA 162 外圍電路原理圖</p><p>　　3 讀寫器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　單片機(jī)的控制程序主要是對MFR C500進(jìn)行初始化;對IC卡讀、寫、密碼驗(yàn)證、擦除等操作;與MF RC-500通信中斷處理等。本文主要介紹使用單片機(jī)對MF RC500進(jìn)行初始化，即對關(guān)鍵寄存器的操作

33、。</p><p>　　3.1 關(guān)鍵寄存器的設(shè)置 </p><p>　　為了使讀寫器能正常工作，完成基本的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收功能，需要涉及的寄存器有:頁寄存器、命令寄存器、發(fā)送控制寄存器、FlFO數(shù)據(jù)寄存器、中斷允許寄存器、InteruptRq兩寄存器等。命令寄存器的第7位IFDetectBusy是接口類型檢測狀態(tài)標(biāo)志，為0時(shí)標(biāo)志接口類型檢測完成。FIFO數(shù)據(jù)寄存器是內(nèi)部64字節(jié)FI

34、FO緩沖器中的數(shù)據(jù)輸人與輸出端口。輸人輸出數(shù)據(jù)流在FIFO緩沖器中完成轉(zhuǎn)換，可以并行輸人輸出。Intetrupt助寄存器是中斷請求標(biāo)志寄存器。當(dāng)中斷產(chǎn)二生時(shí)，需要由該寄存器的相關(guān)標(biāo)志位來判斷中斷的類型。以下為頁寄存器、發(fā)送控制寄存器、中斷允許寄存器的詳細(xì)介紹及設(shè)置。</p><p>　　3.1.1 頁寄存器 </p><p>　　MF RC50 0共有64個(gè)寄存器，,8個(gè)寄存器為

35、一頁，每頁的第一個(gè)寄存器為頁寄存器，其設(shè)置如圖4所示。其地址分別為0x00,0",Ox10,Ox18,Ox20,Ox28,Ox30,Ox38o其初始值均為10000000,0x80。頁寄存器用于選擇寄存器頁，通過對該寄存器的設(shè)置可以確定對本頁內(nèi)寄存器的尋址方式。 </p><p>　　圖4  頁寄存器設(shè)置</p><p>　　將 Use PageSelect位置1，則可

36、對本頁內(nèi)的寄存器尋址，PageSelect的內(nèi)容作為寄存器地址的A5、A4、A3此3位可以尋址8頁，每頁有7個(gè)寄存器，可由A2、A1、Ao來選擇。該位置0，則寄存器地址由內(nèi)部地址鎖存器的全部內(nèi)容來決定。本文對寄存器的尋址使用的是MF RC500手冊給出的寄存器的絕對地址，所以各頁的頁寄存器該位一律置0.</p><p>　　3.1.2 發(fā)送控制寄存器 </p><p>　　發(fā)送控

37、制寄存器，其設(shè)置如圖5所示?？刂芃F RC500的兩個(gè)天線引腳TX1，和TX2上輸出信號(hào)的種類，其地址為0x11，初始值為01011000,0x58</p><p>　　圖 5 發(fā)送控制寄存器設(shè)置</p><p>　　將T X2CW 位置0，TX2引腳上輸出信號(hào)的是13.56M Hz 的調(diào)制載波。將TX2RFEn置1,TX2引腳上輸出調(diào)制有傳送數(shù)據(jù)的13.56 MHZ載波。將TX1RFEn

38、位置1,TX1引腳上輸出調(diào)制有傳送數(shù)據(jù)的13.56 MHz載波。</p><p>　　3.1.3 中斷允許寄存器 </p><p>　　MF RC50 0具有計(jì)時(shí)器中斷、發(fā)送中斷、接收中斷、閑置中斷等6個(gè)中斷源。通過對中斷允許寄存器的設(shè)置可以使能中斷請求。SetIEn為中斷允許位，將該位置1時(shí)，該寄存器內(nèi)其它的中斷控制位有效。 TimerlEn,TxIEn,Rx lEn分別為計(jì)時(shí)

39、器中斷允許、發(fā)送中斷允許和接收中斷允許控制位，如圖6所示。中斷允許寄存器的地址為0x06，初始值為OOOOOOOO,Ox00o</p><p>　　圖6 中斷允許寄存器設(shè)置</p><p>　　3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) </p><p>　　根據(jù)對以上寄存器的操作，可以得出系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程如圖7所示。依照此流程，讀寫器可以完成對電子標(biāo)簽的一次基本的讀寫操作。

40、</p><p><b>　　圖7 軟件流程圖</b></p><p>　　在完成讀寫操作的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)軟件進(jìn)行豐富和補(bǔ)充，可使讀寫器在所有處于天線場范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽中，通過防沖突循環(huán)，得到其中一張電子標(biāo)簽的序列號(hào)，選擇此標(biāo)簽進(jìn)行驗(yàn)證，通過后對存儲(chǔ)器進(jìn)行操作。典型的操作時(shí)問不超過100ms</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的RFID射頻讀寫器充分

41、結(jié)合硬件、軟件優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)對IS014443A協(xié)議的Mifare one卡的讀寫，讀寫距離可達(dá)6 cm。如果合理地設(shè)計(jì)天線系統(tǒng)并進(jìn)行優(yōu)化，還可以增至9一10 cm。該讀寫器可以方便地與包括PC在內(nèi)的串口設(shè)備連接，易于針對不同的應(yīng)用對象嵌人到其他各射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)中。由于所選控制器程序存儲(chǔ)單元為Flash存儲(chǔ)，可重復(fù)編程，升級(jí)方便。該讀寫器具有成本低廉、響應(yīng)速度快、通信穩(wěn)定可靠、操作便利等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊，對RED的推廣有重要意義