基于ARM的射頻識別讀寫器設(shè)計(jì)論文

1、 . . . 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）摘要射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別過程無需人工干預(yù)，是一種新的自動識別技術(shù)1。RFID是利用射頻的方式進(jìn)行非接觸的雙向通信,而非接觸式IC 射頻卡成功地解決了無源(卡中無電源) 和免接觸這一個(gè)難題。RFID具有非接觸、長距離工作、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、可識別運(yùn)動目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，射頻識別技術(shù)已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域出現(xiàn),因此，對射頻卡的開發(fā)應(yīng)用也具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。本文的設(shè)計(jì)是基于Philips公司的Mifare1 S50/S70芯片

2、的射頻識別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，制作一套以ARM微處理器為MCU的射頻識別讀寫器系統(tǒng)，設(shè)計(jì)RF 接口電路，制作相應(yīng)的硬件電路模塊，分析非接觸式IC 卡系統(tǒng)的通信協(xié)議，通過Keil C軟件編程實(shí)現(xiàn)讀寫器與非接觸式IC 卡系統(tǒng)的通信,并完成校園卡考勤系統(tǒng)。關(guān)鍵詞: RFID; 自動識別; ARM; 非接觸式IC卡; Keil CAbstractRFID is a non-contact automatic identification technology,it identify target and get the related data through radio frequency signal

3、 automatically,the identification process without human intervention, is a kind of new automatic identification technology. RFID for non-contact two-way communication by the way of radio frequency, and non-contact IC radio frequency card has successfully solved the difficulty problems: without power

4、 supply and non-contact. RFID has many advantages: non-contact,long-distance work,good adaptability for environment and can recognize the moving objects，RFID technology has appeared in more and more field,so the development and application of radio frequency card also has certain practical significa

5、nce. The design of this article is based on theMifare 1 S50 / S70 chip radio frequency identification system which produced by Philips company,and then design a RFID read-write device and the corresponding hardware circuit module and the RF interface circuit based on ARM microprocessor,and completed

6、 the communication between the reader and the non-contact IC card system and campus card attendance system through the software programming with Keil C at last.Keywords: RFID; automatic identification; ARM; non-contact IC card; Keil C目錄師大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明I師大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）選題登記表II師大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)記錄表III中文摘要與

7、關(guān)鍵詞IV英文摘要與關(guān)鍵詞V1 緒論11.1 研究背景11.1.1 RFID的歷史11.1.2 RFID的現(xiàn)狀11.1.3 RFID的發(fā)展趨勢21.2 研究目的與意義21.3 研究對象、容31.4 研究方法31.5 研究框架32 RFID系統(tǒng)組件原理42.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖42.2 閱讀器理論基礎(chǔ)42.2.1 閱讀器的功能42.2.2閱讀器的工作頻率52.3 射頻標(biāo)簽理論基礎(chǔ)62.3.1 射頻標(biāo)簽的功能62.3.2 射頻標(biāo)簽的分類62.3.3 RFID的標(biāo)簽62.4 RFID的標(biāo)簽識別協(xié)議72.4.1 RFID防沖突協(xié)議72.4.2 防沖突算法73 非接觸式IC卡介紹93.1 非接觸式IC卡的特點(diǎn)

8、、分類和國際標(biāo)準(zhǔn)93.1.1 非接觸式IC卡的特點(diǎn)93.1.2非接觸式IC卡的分類93.1.3 非接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn)93.2 ISO1443標(biāo)準(zhǔn)介紹104 RFID讀寫器硬件設(shè)計(jì)114.1 硬件電路器件的選擇114.1.1 處理器的選擇114.1.2 射頻識別讀卡芯片的選擇124.2 讀寫器硬件結(jié)構(gòu)框圖124.2.1功能框圖134.2.2 電路原理圖144.3天線設(shè)計(jì)164.4 液晶屏165 軟件設(shè)計(jì)175.1 程序設(shè)計(jì)185.1.1 主程序流程圖205.1.2 按鍵程序設(shè)計(jì)215.1.3 射頻讀寫模塊的程序設(shè)計(jì)21致23參考文獻(xiàn)24附錄 主程序代碼2527 / 341 緒論1.1 研究背

9、景1.1.1 RFID的歷史RFID技術(shù)，第一次應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活約有70年歷史了。它最早被用于二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，用以偵查并確認(rèn)進(jìn)入飛機(jī)場的飛機(jī)是否為來自友方。它的原理類似于現(xiàn)今的主動式標(biāo)簽，飛機(jī)場雷達(dá)發(fā)送信號，飛機(jī)上的標(biāo)簽接收到信號后就會回復(fù)相對應(yīng)的信號，于是便能判斷飛機(jī)是否為己方?，F(xiàn)如今的機(jī)場識別系統(tǒng)也是通過這一原理發(fā)展而來。下面的幾個(gè)階段反映了RFID技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷：萌芽時(shí)期：19371940年，美國海軍首次將射頻識別技術(shù)應(yīng)用在軍事實(shí)踐上。發(fā)展時(shí)期：十九世紀(jì)中期，隨著RFID技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了雷達(dá)技術(shù)?？焖侔l(fā)展時(shí)期：19611980年，RFID逐步離開實(shí)驗(yàn)室，開始邁向人們?nèi)粘Ｉ钪?。完善時(shí)期：

10、1981至今，RFID出現(xiàn)了各種大規(guī)模的應(yīng)用，訪問控制體系越來越完善并且與人們的生活息息相關(guān)2。1.1.2 RFID的現(xiàn)狀隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，RFID技術(shù)得到了迅速地發(fā)展。在美國、歐洲、日等國家已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于道路交通收費(fèi)系統(tǒng)、無人加工系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)以與防偽技術(shù)等領(lǐng)域。許多全球知名企業(yè)都積極致力于關(guān)于RFID的軟硬件開發(fā)，并逐步占領(lǐng)國際市場。在國，我國RFID技術(shù)還比較落后，國家科技部啟動了863計(jì)劃課題“無線射頻關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)”，RFID技術(shù)開始推廣到應(yīng)用上如：我國居民二代、世博會門票系統(tǒng)與鐵路識別系統(tǒng)等等。與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國RFID技術(shù)研究起步較晚，差距較大，如RFID軟件企業(yè)

11、少、應(yīng)用以中低頻為主、芯片依賴進(jìn)口、安全性能不強(qiáng)等。1.1.3 RFID的發(fā)展趨勢RFID技術(shù)越來越與我們的生活息息相關(guān)，但是當(dāng)前RFID技術(shù)也面臨著一些難題：首先，RFID閱讀器天線的輻射圍和RFID標(biāo)簽?zāi)芰坎东@能力都受到限制，在移動環(huán)境中很難保證標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)能夠持續(xù)獲取能量來維護(hù)自身的運(yùn)行狀態(tài)，確?？捎眯?。其次，當(dāng)前的RFID通信模式還僅限于RFID閱讀器與眾多標(biāo)簽之間一對多的集中式通信，而RFID標(biāo)簽之間無法進(jìn)行通信。事實(shí)上，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下節(jié)點(diǎn)間互通互信的應(yīng)用模式使得RFID標(biāo)簽間點(diǎn)對點(diǎn)通信成為必然需求。近年來，基于RFID的環(huán)境反向散射技術(shù)取得了里程碑式的突破。該技術(shù)能夠充分利用環(huán)境中的能

12、量源來實(shí)現(xiàn)泛在通信并支持節(jié)點(diǎn)間的點(diǎn)對點(diǎn)通信，并且它的智能傳感器可以永久安裝并放置在任何物理結(jié)構(gòu)當(dāng)中。所以，RFID技術(shù)未來在以下幾個(gè)方面會得到更長足的關(guān)注和發(fā)展3。 能量獲取方式:：新的能量獲取方式如環(huán)境反向散射，能夠充分利用環(huán)境中的能量源，充分?jǐn)U展RFID技術(shù)應(yīng)用的空間圍和部署規(guī)模。支持點(diǎn)對點(diǎn)通信:：創(chuàng)新信道感知技術(shù)，使RFID設(shè)備間能夠在無源情況下建立網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信，破除一對多的集中式通信的傳統(tǒng)模式。與傳感器結(jié)合：集成現(xiàn)有的微型傳感設(shè)備，與多模態(tài)的傳感器結(jié)合，提供更多的更加豐富的應(yīng)用模式。1.2 研究目的與意義無線射頻識別技術(shù)被譽(yù)為二十一世紀(jì)十個(gè)最重要的技術(shù)之一，經(jīng)過多年的發(fā)展已逐漸滲

13、透到物流、運(yùn)輸和許多其他領(lǐng)域的應(yīng)用識別上。如今，越來越多的新型RFID自動識別技術(shù)開始代替?zhèn)鹘y(tǒng)的標(biāo)簽識別，并慢慢占據(jù)主導(dǎo)地位。與歐洲和美國與其他發(fā)達(dá)國家相比，RFID產(chǎn)業(yè)在中國的發(fā)展還處于初級階段。雖然目前我國射頻識別企業(yè)有一定數(shù)量，但是并沒有掌握到關(guān)鍵的核心技術(shù)，就拿超高頻射頻識別領(lǐng)域來說，超高頻射頻識別技術(shù)門檻比較高，國從事開發(fā)相對較遲，沒有掌握關(guān)鍵技術(shù)，也很少有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)。所以，要想與世界接軌，我國必須大力倡導(dǎo)無線射頻識別技術(shù)的研究、開發(fā)并推廣到應(yīng)用，而射頻識別技術(shù)也將帶來更為巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益4。1.3 研究對象、容基于Philips公司的Mifare 1 S50/S70

14、芯片的射頻識別系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并制作一套基于ARM的射頻識別讀寫器系統(tǒng)，設(shè)計(jì)射頻識別 接口電路以與天線電路，制作相應(yīng)的硬件電路模塊，分析非接觸式IC 卡系統(tǒng)的通信協(xié)議,完成IC卡考勤系統(tǒng)軟件編程。1.4 研究方法完成本論文是從查閱有關(guān)射頻識別讀寫器的國外文獻(xiàn)開始的，首先對射頻識別技術(shù)有了初步的認(rèn)識，繼而鞏固理論知識并深入探索，設(shè)計(jì)制作規(guī)劃。然后在網(wǎng)上購買相應(yīng)的芯片以與電路元器件，制作硬件電路PC板。最后在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成軟件調(diào)試，最終完成讀寫器的設(shè)計(jì)。1.5 研究框架本文有五章組成，第一章是緒論，介紹課題研究的背景、研究目的和意義、研究容、研究方法以與研究框架；第二章是系統(tǒng)組件原理，介紹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

15、以與各個(gè)組件的理論基礎(chǔ)知識；第三章是介紹非接觸式IC卡，主要講解IC卡的特點(diǎn)等相關(guān)容；第四章是讀寫器硬件電路設(shè)計(jì)，主要講解了芯片的選擇以與各模塊的電路接口；第五章是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，介紹了主程序流程圖和按鍵程序以與射頻讀寫模塊程序流程圖。2 RFID系統(tǒng)組件原理2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖典型的射頻識別系統(tǒng)可以有圖1來表示：圖1 射頻識別系統(tǒng)正如已經(jīng)提到的，閱讀器和標(biāo)簽組成一個(gè)射頻識別系統(tǒng)，其中，閱讀器主要組成部件有接口電路、控制模塊、通信模塊和天線；射頻卡（標(biāo)簽）主要部件有天線、電源、存儲器、功能模塊。除了這些，完成射頻識別的正常功能還需要中間件和外部計(jì)算機(jī)以與其他輔助設(shè)備等。2.2 閱讀器理論基礎(chǔ)2.2

16、.1 閱讀器的功能閱讀器是連接應(yīng)用層和RFID標(biāo)簽的橋梁，它以發(fā)射電磁波的形式為標(biāo)簽工作提供能量來源。一般來說，在射頻識別系統(tǒng)中閱讀器主要提供以下功能：（1） 提供能量給射頻標(biāo)簽，使標(biāo)簽正常工作；（2） 閱讀器能夠與中間件進(jìn)行通信；（3） 閱讀器對通信過程進(jìn)行加密，判別真假標(biāo)簽，防止通信過程中的數(shù)據(jù)被竊取和篡改，保證通信安全；（4） 閱讀器可以連接外部傳感器節(jié)點(diǎn)和控制電路；（5） 多天線的管理，如使用天線調(diào)制5；2.2.2閱讀器的工作頻率閱讀器工作頻率越高，可識別標(biāo)簽的最遠(yuǎn)距離越遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸速率也越高，對障礙物也越敏感。按照工作頻率不同，可以將閱讀器分為低頻閱讀器、高頻閱讀器、超高頻閱讀器和特

17、高頻閱讀器。表1為從中國無線電頻率分布表中選取的與RFID相關(guān)的頻段6表1低頻閱讀器和高頻閱讀器通常使用電感耦合的工作方式，工作距離一般小于一米，在我國，高頻閱讀器、高頻射頻標(biāo)簽基本都是使用13.56MHz這一頻段的，例如我國居民二代、學(xué)校學(xué)生使用的校園卡等等。2.3 射頻標(biāo)簽理論基礎(chǔ)2.3.1 射頻標(biāo)簽的功能在RFID系統(tǒng)中，射頻標(biāo)簽的數(shù)量要遠(yuǎn)多于閱讀器數(shù)量，是系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)載體，閱讀器的各項(xiàng)指標(biāo)都要考慮到標(biāo)簽的特點(diǎn)。所以，在射頻識別系統(tǒng)中標(biāo)簽的作用是無可替代的。一般來說，可以將標(biāo)簽的功能歸納為以下幾點(diǎn)：（1） 存儲數(shù)據(jù)，儲存和物品相關(guān)信息如標(biāo)識符、生產(chǎn)日期等等，這是標(biāo)簽最為主要的功能（2）

18、非接觸式讀寫，可以在一定的距離被閱讀器識別（3） 標(biāo)簽可以從閱讀器發(fā)射的電磁場中獲取能量來保證自己的工作狀態(tài)（4） 安全加密，通過一定的安全協(xié)議來維持標(biāo)簽與閱讀器之間的安全通信2.3.2 射頻標(biāo)簽的分類按照能量的獲取途徑的不同可以將標(biāo)簽劃分成有源和無源與半無源標(biāo)簽。有源標(biāo)簽不依靠反射電磁波，它自身攜帶有電源，可以主動地發(fā)送數(shù)據(jù)。它存儲容量較大，工作距離可以高達(dá)幾十米甚至上百米，可以應(yīng)用在貴重資產(chǎn)的管理上。缺點(diǎn)是功能復(fù)雜，價(jià)格昂貴。無源標(biāo)簽自身沒有能量來源，它依靠反射閱讀器發(fā)送的電磁波來獲取工作的電能。通過反射獲得的能量非常有限，所以無源標(biāo)簽的通信距離非常短，通常只有幾米，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也很小，它

19、主要應(yīng)用于物品統(tǒng)計(jì)、跟蹤以與醫(yī)療、防盜等領(lǐng)域。無源標(biāo)簽不需要攜帶電池、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，所以在某些場合非常實(shí)用。有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽各有所長也各有劣勢，所以可以相互結(jié)合，取長補(bǔ)短。半無源標(biāo)簽就是它們結(jié)合的產(chǎn)物，這種標(biāo)簽的集成電路板上也帶有電池，但只是一種輔助性的能量來源，半無源標(biāo)簽通過吸收閱讀器發(fā)射的電磁波的能量來喚醒芯片進(jìn)行工作傳輸數(shù)據(jù)，只有當(dāng)標(biāo)簽吸收的能量不足以完成工作時(shí)才會由電池提供能量7。2.3.3 RFID的標(biāo)簽無源標(biāo)簽的能量就是通過天線產(chǎn)生電磁波來提供的，這使的讀寫器和電子標(biāo)簽之間能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸的傳送數(shù)據(jù)信息。天線是使用LC諧振電路制成，具體參數(shù)則是通過射頻識別系統(tǒng)的載波頻率來確定

20、。天線設(shè)計(jì)的好壞將對無線識別距離產(chǎn)生重要影響。2.4 RFID的標(biāo)簽識別協(xié)議2.4.1 RFID防沖突協(xié)議在射頻識別傳輸系統(tǒng)中存在兩類信號干擾，一類是由多個(gè)閱讀器同時(shí)發(fā)出信號引起的閱讀器間的沖突干擾，另一類是由多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)閱讀器引起的標(biāo)簽間的沖突干擾。這些信號干擾會阻礙閱讀器識別標(biāo)簽，降低識別率。閱讀器處理能力較強(qiáng)，存在基于時(shí)分多址（TDMA）的防沖突協(xié)議。時(shí)分多址（TDMA）將時(shí)間分割成非重疊的幀，而幀又被分成多個(gè)時(shí)隙，不同時(shí)隙可以對應(yīng)于不同用戶，這樣我們就可以知道不同用戶的信息，從而完成多址連接?；赥DMA的閱讀器之間將整個(gè)時(shí)間段分割成多個(gè)間隔，只允許閱讀器在其分配到的時(shí)隙傳輸信息，

21、這樣就能避免干擾?；跁r(shí)分多址的防沖突算法具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，能夠用來檢測射頻標(biāo)簽之間的沖突。2.4.2 防沖突算法（1） 純ALOHA算法 純ALOHA算法是比較簡單的基于ALOHA的標(biāo)簽防沖突算法。圖2 純ALOHA算法如圖2所示，首先閱讀器廣播識別命令給標(biāo)簽，標(biāo)簽收到命令后就以長信息包的形式向閱讀器發(fā)送標(biāo)識符號。圖中白色代表標(biāo)簽信號，灰色部分代表沖突信號。當(dāng)有多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，那么在信道中它們的信號就可能會疊加造成沖突。這時(shí)閱讀器就要先進(jìn)行檢測是否有沖突，如果沒有，那么閱讀器就會正確識別標(biāo)簽并發(fā)送確認(rèn)信息；如果存在沖突，那么閱讀器就向標(biāo)簽發(fā)送錯誤信息。標(biāo)簽在收到確認(rèn)信息后便不再發(fā)送標(biāo)

22、識符，若收到錯誤信息后便會等一段不定的時(shí)間再發(fā)送，直到收到確認(rèn)信息。這種算法比較簡單，容易實(shí)現(xiàn)但性能ALOHA算法較差。所以我們要用到時(shí)隙ALOHA（S-ALOHA）算法。（2） 時(shí)隙ALOHA算法時(shí)隙ALOHA算法將純ALOHA算法的時(shí)間分為多個(gè)時(shí)隙：圖3 時(shí)隙ALOHA算法時(shí)隙ALOHA算法模型如圖3所示，白色代表標(biāo)簽信號，灰色代表沖突信號，每個(gè)標(biāo)簽在時(shí)隙開始時(shí)刻發(fā)送標(biāo)識符，所以要控制時(shí)隙的同步。時(shí)隙ALOHA協(xié)議信道利用率較高，達(dá)到了36.8%，約為純ALOHA協(xié)議的兩倍。此外，在時(shí)隙ALOHA算法的基礎(chǔ)上，繼續(xù)改進(jìn)，還形成基于幀的時(shí)隙ALOHA（FSA）防沖突算法。在FSA算法中，有空

23、時(shí)隙、單時(shí)隙、沖突時(shí)隙這三種狀態(tài)時(shí)隙。在單時(shí)隙中，閱讀器能夠成功識別一個(gè)標(biāo)簽，空時(shí)隙和沖突時(shí)隙均不能識別?；趲臅r(shí)隙ALOHA（FSA）防沖突算法的算法邏輯簡單，標(biāo)簽在幀只發(fā)送一次，大大降到了沖突的發(fā)生概率，所以基于幀的時(shí)隙ALOHA（FSA）防沖突算法是目前RFID系統(tǒng)中最常用的的一種防沖突算法8。3 非接觸式IC卡介紹3.1 非接觸式IC卡的特點(diǎn)、分類和國際標(biāo)準(zhǔn)3.1.1 非接觸式IC卡的特點(diǎn)1.可靠性高，壽命長 2.操作快捷便利 3.安全性高 4.動態(tài)處理 5.成本較高3.1.2非接觸式IC卡的分類 1.按片IC分：存儲卡、CPU卡、邏輯加密卡 2.按工作頻率高低分：125KHz的低頻

24、卡，13.56MHz的高頻或射頻卡，915MHz、2.45GHz的超高頻卡、5.8GHz的微波卡 3.按卡芯片供電方式：無源卡和有源卡 4.按讀寫方式分：讀寫卡和只讀卡。3.1.3 非接觸式IC卡的國際標(biāo)準(zhǔn)自從我國加入了WTO與國際化接軌后，越來越多的國企業(yè)已經(jīng)意識到，符合一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是包括IC卡在的所有商業(yè)化產(chǎn)品賴以生存的重要條件，是產(chǎn)品質(zhì)量的保證、市場維系拓展的基礎(chǔ)。目前，可供射頻卡使用的幾種標(biāo)準(zhǔn)有ISO7816、ISO10536、ISO15693、ISO14443以與ISO18OOO。應(yīng)用最多的是ISO14443和ISO15693。不過現(xiàn)在市面上使用最廣泛的還是采用ISO14443協(xié)議

25、的卡片。3.2 ISO1443標(biāo)準(zhǔn)介紹采用ISO14443協(xié)議的射頻卡，常被分為A、B、C、D、E等類型。這里主要介紹Type A卡。Type A技術(shù)設(shè)計(jì)簡單扼要，應(yīng)用項(xiàng)目的開發(fā)周期可以很短，同時(shí)又能起到足夠的作用，而且可以適用于非常多的應(yīng)用場合。 本課題采用的Mifare 1 S50型IC卡就是ISO14443協(xié)議的Type A卡。物理特性、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以與傳輸協(xié)議四部分組成了整個(gè)ISO14443標(biāo)準(zhǔn)，它們都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容。ISO14443-1定義了IC卡的物理特性。ISO14443-2定義了頻率、射頻能量、編碼等容。ISO14443-3定義了Type A/Type B

26、的初始化和防沖突機(jī)制。其中Mifare1就只到這一層。ISO14443-4定義了卡片的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。4 RFID讀寫器硬件設(shè)計(jì)4.1 硬件電路器件的選擇4.1.1 處理器的選擇目前，在嵌入式處理器芯片中應(yīng)用得最為廣泛的就是ARM核32位芯片。ARM核采用精簡指令集計(jì)算機(jī)（RISC）體系結(jié)構(gòu)，它的特點(diǎn)是的指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制不是很復(fù)雜，這樣能夠有效降低有關(guān)硬件的復(fù)雜度11。它的優(yōu)點(diǎn)有：（1） 具有大量的通用寄存器；（2） 具有比較簡單的尋址方式；（3） 使用統(tǒng)一和固定長度的指令格式；（4） 地址自增和自減的尋址方式又簡化了程序中的循環(huán)處理；（5） “條件執(zhí)行”的ARM指令可以減少指令數(shù)目，提高

27、效率。ARM處理器的這些建立在RSIC基礎(chǔ)上的特性使得它在低功耗、高性能、低代碼規(guī)模以與小的體積的方面結(jié)合得非常完美。ARM公司開發(fā)了很多系列的ARM處理器核，應(yīng)用較多的是ARM7系列、ARM9系列、ARM10系列等等。ARM7具有嵌入式ICE-RT邏輯，功耗低，編程和調(diào)試簡便，而ARM9系列雖然性能更加優(yōu)越但價(jià)格相對較昂貴。所以本課題選用SAMSANG公司的S3C44B0X芯片，這是一款典型的ARM7TDMI芯片，功能齊全且性價(jià)比高，應(yīng)用非常廣泛。它帶有系統(tǒng)管理、部存儲、定時(shí)器、RTC、通用輸入輸出等功能，還帶有中斷控制器、LCD控制器、看門狗定時(shí)器等。該芯片頻率72MHZ，帶有時(shí)鐘、復(fù)位和

28、供電管理功能；低功耗，有2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1毫秒轉(zhuǎn)換時(shí)間（16通道）；串行調(diào)試和JTAG接口；7通道DAM控制器，幾十個(gè)快速I/O口與多達(dá)9個(gè)通信接口9，S3C44B0X引腳圖如圖4所示：。圖 4 S3C44B0X引腳圖4.1.2 射頻識別讀卡芯片的選擇 隨著射頻識別技術(shù)的發(fā)展，射頻識別技術(shù)受到人們越來越多的關(guān)注，相應(yīng)的射頻識別市場也迅猛增長，越來越多的制造商參與到射頻識別芯片的開發(fā)上來。有幾款射頻識別讀寫芯片應(yīng)用較為廣泛，如TI公司的TRF7960，有編程選項(xiàng)，有獨(dú)立的部電源；INSIDE公司PICOREAD,兼容NFC技術(shù)，功耗低，有自動監(jiān)測功能；飛利浦半導(dǎo)體公司MFRC531芯片，該

29、公司是進(jìn)入射頻識別市場較早的國際公司，生產(chǎn)的芯片性價(jià)比高，性能優(yōu)越等等，其它芯片不再作一一累述。由于本課題目的只是為了實(shí)現(xiàn)射頻識別功能，出于價(jià)格便宜的原則選擇Philips公司的Mifare 1 S50芯片，該芯片存儲容量為8K bit,16個(gè)分區(qū)，工作頻率為13.56MHZ,讀寫距離2.5厘米,讀寫時(shí)間為1-2毫秒，具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作10。 4.2 讀寫器硬件結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，讀寫器主要由天線部分、射頻讀卡、主芯片、UART接口、LCD與其接口等部分組成：4.2.1功能框圖讀寫器硬件框圖如圖5所示：圖5 讀寫器硬件框圖讀寫器實(shí)物圖如圖6所示：圖6 讀寫器實(shí)物圖主要引腳說明如表2所

30、示：表2引腳說明4.2.2 電路原理圖讀寫器電路圖如圖7所示：圖7 讀寫器電路圖1. 射頻模塊接口電路如圖8： 2. LCD顯示屏接口電路如圖9： 圖8 圖93電子時(shí)鐘電路接口如圖10： 圖104 USB接口電路如圖11： 圖115 蜂鳴器接口電路如圖12： 圖126 鍵盤電路接口如圖13： 圖134.3天線設(shè)計(jì)4.4 液晶屏系統(tǒng)采用12864液晶屏，由于帶有中文字庫所以避免了取模的麻煩，方便編程。用并行的方式和單片機(jī)連接，8位數(shù)據(jù)線DB0DB7。主要引腳說明如表3所示：表3 12864引腳說明字符顯示時(shí)，表4表示為DDRAM地址與液晶屏的位置關(guān)系：表4 DDRAM地址表從上表中可以看出，12

31、864的地址編排很奇怪，第一行完后就跳到了第三行，所以在編程時(shí)需要注意。5 軟件設(shè)計(jì)無線射頻識別讀寫器設(shè)計(jì)校園IC卡考勤系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)的程序包括MAIN函數(shù)設(shè)計(jì)，S3C44B0X芯片操作指令的程序設(shè)計(jì)12864液晶屏的驅(qū)動設(shè)計(jì)、串口程序、按鍵程序設(shè)計(jì)、蜂鳴器程序設(shè)計(jì)和LED燈的程序設(shè)計(jì)等。5.1 程序設(shè)計(jì)IC卡考勤程序的功能要求為：1.能實(shí)時(shí)識別一定圍的有效卡片；2.對卡射頻模塊的輸出數(shù)據(jù)信號進(jìn)行正確的接收和解碼；3.能將數(shù)據(jù)正確寫回卡4.三種操作模式：IC卡管理、時(shí)鐘管理和系統(tǒng)設(shè)置5.操作界面友好，如視圖 5-1、視圖 5-2、視圖 5-3、視圖 5-4、視圖 5-5 與視圖 5-6所示：

32、視圖 5-1 視圖 5-2 視圖 5-3 視圖 5-4 視圖 5-5 視圖 5-6 5.1.1 主程序流程圖初始化模式選擇尋卡顯示卡號課程/周次處理數(shù)據(jù)并寫回卡內(nèi)顯示操作成功比較卡號尋卡開始尋到卡？尋到卡？是否有課程？圖 5-1 主程序流程圖是否否是是否從卡內(nèi)讀取數(shù)據(jù)5.1.2 按鍵程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的按鍵輸入由4個(gè)按鍵組成，分別是key1表示確認(rèn)，key2表示移位，key3表示加1，key4表示減1。按鍵的輸入圍從0到9999，由key2來控制當(dāng)前修改的位數(shù)，程序流程如圖5-2所示。選擇模式顯示輸入界面K1是否按下K2是否按下K3是否按下K4是否按下是減1左移加1是是是否否否否圖5-2 按鍵程序流

33、程圖5.1.3 射頻讀寫模塊的程序設(shè)計(jì) 射頻讀寫模塊的操作主要包括：尋卡，從卡讀取數(shù)據(jù)和向卡寫入數(shù)據(jù)。其中尋卡操作又包括復(fù)位應(yīng)答，防沖突機(jī)制，選擇卡片，三次相互驗(yàn)證，如圖5-3所示：復(fù)位應(yīng)答 防沖突機(jī)制 選擇卡片三次相互驗(yàn)證改變扇區(qū)不改變扇區(qū) 讀塊/寫塊終止圖5-3讀寫器流程參考文獻(xiàn)1.陸桑璐，磊著，射頻識別技術(shù)-原理、協(xié)議與系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.：科學(xué),2014.2.黃玉蘭 著，物聯(lián)網(wǎng) 射頻識別核心技術(shù)詳解M.：人民郵電,2010.3.周曉光，王小華著，射頻識別（RFID）技術(shù)原理與應(yīng)用實(shí)例M.：人民郵電,2008.4.胡樹豪著，實(shí)用射頻技術(shù)M.:電子工業(yè),2004. 5.郎為民編.射頻識別（RFID

34、)技術(shù)原理與應(yīng)用M.：機(jī)械工業(yè),2003.6.游戰(zhàn)清，劍著，無線射頻識別技術(shù)（RFID）理論與應(yīng)用M.：電子工業(yè),2004 7.大才編譯，射頻識別技術(shù)M.：電子工業(yè),2001.8.徐雪慧.射頻識別技術(shù)中防沖突算法研究D.：華中師大學(xué),2006.9.周立功著，ARM嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)實(shí)例（一）M.航空航天大學(xué),2004.10.康華光，大欽著，電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育,1999.附錄 主程序代碼void main(void) INT32U fontaddr=0;INT8U TempCyc;for (TempCyc=0; TempCyc100; TempCyc+)Rom_CS=1;lcd_cs1=0

35、;initial_lcd();LcdBg=0;UART_One_Init();UART_Two_Init();TMOD=0x21; TH0=0x4C;TL0=0x00; TR0=1;ET0=1; ET1=0;EA=1; TimeDisplay_flag=1; /顯示時(shí)間SlotCard_flag = 1;Logo_flag = 1;gUartStatus = UART_EMPTY;TimeData_Covert_Display();Read_DQKCXX();Read_6800();/讀校正時(shí)間display_GB2312_string(1,1,12864,帶中文字庫);/*在第1頁，第1列，

36、顯示一串16x16點(diǎn)陣漢字或8x16的ASCII字*/display_GB2312_string(3,1,16X16簡體漢字庫,); /*顯示一串16x16點(diǎn)陣漢字或8x16的ASCII字.以下雷同*/display_GB2312_string(5,1,或8X16點(diǎn)陣ASCII,);display_GB2312_string(7,1,或5X7點(diǎn)陣ASCII碼); Delay_1ms(60000);Delay_1ms(60000);clear_screen();display_GB2312_string(1,1,!#$%&*()_-+/);/*在第1頁，第1列，顯示一串16x16點(diǎn)陣漢字或8*1

37、6的ASCII字*/display_string_5x7(3,1,!#$%&*()_-+/;.,?);/*在第3頁，第1列，顯示一串5x7點(diǎn)陣的ASCII字*/display_string_5x7(4,1,JLX electronics Co., );/*顯示一串5x7點(diǎn)陣的ASCII字*/display_string_5x7(5,1,Ltd. established at );/*顯示一串5x7點(diǎn)陣的ASCII字*/display_string_5x7(6,1,year 2004.Focus LCM. );/*顯示一串5x7點(diǎn)陣的ASCII字*/display_string_5x7(7,1,

38、TEL:01-809);/*顯示一串5x7點(diǎn)陣的ASCII字*/display_string_5x7(8,1,FAX:04 );/*顯示一串5x7點(diǎn)陣的ASCII字*/Delay_1ms(60000);Delay_1ms(60000);clear_screen();SendLogoCard();while(1) if (Scan_Key_flag = 1)/ 鍵盤掃描Scan_Key_flag=0;KeyBoardScan(); if (TimeDisplay_flag = 1)/ 時(shí)間顯示 if (Sec_flag = 1)Sec_flag=0;TimeData_Covert_Display

39、(); if (Minute_flag = 1)Minute_flag = 0;ClearFlag();clear_screen();SetPosition=0;TimeData_Covert_Display();Read_DQKCXX(); if (SZSJ_flag = 1)SZSJ_12864(); if (Register_flag = 1)if(SetPosition=7 & SetPosition=16 & SetPosition20)Register_12864_3(); if (SlotCard_flag = 1)SlotCard_flag = 0;Slotcard(); if (Upload_flag = 1 | InitArea_flag = 1)Register_12864_4(); if (ShowCard_flag = 1)ShowCard_flag = 0;clear_screen();Register_12864_3();if (Rec_Enable = 1)Re