基于ATmega8的非接觸式ID讀卡器設(shè)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(tǒng)結(jié)構(gòu)

該讀卡器設(shè)計是利用射頻卡基站芯片驅(qū)動天線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，傳輸?shù)阶鳛橹骺刂破鞯膯纹瑱CATmega8，單片機核對卡號信息，根據(jù)程序預(yù)先設(shè)定權(quán)限進行相應(yīng)操作控制。

2.系統(tǒng)工作原理

當(dāng)射頻卡進入讀卡器的工作區(qū)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(fā)射的載波信號，讀卡器中芯片的射頻接口模塊由此信號產(chǎn)生出電源電壓、復(fù)位信號及系統(tǒng)時鐘，使芯片“激活”；芯片讀取控制模塊將存儲器中的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)相編碼后調(diào)制在載波上，經(jīng)射頻卡內(nèi)天線回送給讀卡器。

3.硬件設(shè)計

ID讀卡器是以單片機ATmega8為核心的軟硬件系統(tǒng)。采用U2270B的短距離緊密耦合型應(yīng)用電路，其中微處理器ATmega8用來承擔(dān)數(shù)據(jù)的發(fā)射以及回收數(shù)據(jù)的曼徹斯特解碼任務(wù)，發(fā)射數(shù)據(jù)由ATmega8控制CFE端來實現(xiàn)，接收的曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)則通過基站Output引腳輸出給ATmega8。在編制發(fā)射和接收數(shù)據(jù)的程序時，必須嚴(yán)格按照相應(yīng)射頻卡的通信規(guī)約來進行。

3.1 單片機ATmega8

ATmega8是一款采用低功耗CMOS工藝生產(chǎn)的基于AVR RISC結(jié)構(gòu)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(lián)結(jié)在一起，所有的工作寄存器都與ALU（算術(shù)邏輯單元）直接相連，實現(xiàn)了在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)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(jié)構(gòu)提高了代碼效率，使得大部分指令的執(zhí)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(guān)鍵芯片是射頻卡基站芯片，它主要用于完成數(shù)據(jù)的調(diào)制、發(fā)射和射頻的接收以及數(shù)據(jù)的解調(diào)任務(wù)。由AT?MEL公司生產(chǎn)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(chǎn)生100kHz～150kHz的振蕩頻率,并可通過外接電阻進行精確調(diào)整，其典型應(yīng)用頻率為125kHz;典型數(shù)據(jù)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(shè)計

一直在監(jiān)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(dāng)前的數(shù)據(jù)是“1”還是“0”主要分四種情況：（1）如果上一個數(shù)據(jù)是0，并產(chǎn)生跳變變?yōu)楦唛_始計時到變?yōu)榈碗娖酵Ｖ褂嫈?shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)為1；（3）如果上一位數(shù)據(jù)是1,并產(chǎn)生負(fù)跳變開始計時到低電平結(jié)束然后和時鐘周期比較，如果時間長度約1T時說明該位數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)為1。

載波頻率fOSC＝125kHz，位數(shù)據(jù)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(jié)語

此設(shè)計主要是針對非接觸式ID卡而設(shè)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(shù)準(zhǔn)確率較高。在應(yīng)用中，只要將控制器的串行通信即可接收數(shù)據(jù)。

[1]ATmega8 Data Sheet[M]，ATMEL

[2]陽永華.曼碼調(diào)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(tǒng)應(yīng)用，2005.

[3]周興華.單片機智能化產(chǎn)品C語言設(shè)計實例詳解[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.