基于射頻識別技術(rfid)的汽車防盜系統(tǒng)設計

XXX大學本科畢業(yè)設計PAGE45目錄TOC\o"1-4"\h\z\u前言 21射頻識別技術 21.1射頻識別系統(tǒng)的組成 21.1.1應答器介紹 31.1.2閱讀器介紹 31.2射頻識別系統(tǒng)的分類 41.3射頻識別系統(tǒng)的工作原理 52系統(tǒng)硬件電路設計 52.1基站芯片U2270B的簡介 62.2射頻卡讀寫電路的設計 72.2.1電源的選擇 72.2.1.1單電源輸入 82.2.1.2雙電源輸入 82.2.1.3電池供電模式 92.2.2外圍元件的選擇 92.2.3射頻電路的設計 112.3系統(tǒng)其它的電路設計 132.3.1單片機的選擇 132.3.2語音報警電路 142.3.3存儲接口電路 182.3.4電源監(jiān)控器 192.3.5鍵盤輸入 192.3.6串行通信電路 193系統(tǒng)軟件設計 213.1射頻卡T5557簡介 213.2T5557的工作原理 233.2.1初始化 233.2.2卡與閱讀器的通訊 233.2.3配置寄存器的設置 243.3系統(tǒng)的軟件設計 273.3.1軟件設計 273.3.2寫卡軟件設計 303.3.3系統(tǒng)其它電路的軟件設計 333.4串行通信程序設計 354設計總結 35基于RFID汽車防盜系統(tǒng)設計前言射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）技術是從20世紀80年代開始走向成熟的一項自動識別技術,是當前最受人們關注的熱點之一，該項技術既傳統(tǒng)也充滿新意和活力。射頻識別是無線電識別的簡稱，即通過無線電波進行識別。它源于無線電通信技術，綜合了現(xiàn)代計算機智能控制、智能識別、計算機網(wǎng)絡等高新技術，順應了計算機集成制造系統(tǒng)，電子商務等熱點應用的發(fā)展需要。射頻識別應用電磁場，以非接觸、無視覺、高可靠的方式傳遞特定識別信息，由于大規(guī)模集成電路技術的日益成熟，使得射頻識別系統(tǒng)的體積大大減少，從而進入了實用化階段。射頻識別技術具有工作距離大、信息收集處理快捷及較好的環(huán)境適應性等優(yōu)點，極大地加速了有關信息的采集和處理，在近年來獲得了極為迅速的發(fā)展。基于RFID的汽車防盜系統(tǒng)設計是將射頻識別技術應用到汽車防盜系統(tǒng)中的一次成功嘗試。這一系統(tǒng)克服了市場上使用的電池遙控裝置的弱點，能夠有效地達到汽車防盜的目的。1射頻識別技術1.1射頻識別系統(tǒng)的組成一個典型的射頻識別系統(tǒng)由兩個部分組成，應答器（又稱電子標簽、射頻卡）、閱讀器（又稱讀寫器、讀卡器），應答器應置于要識別的物體上或由個人攜帶，應答器是信息的載體；閱讀器可以具有讀或讀/寫功能，這取決于系統(tǒng)所用應答器的性能。射頻識別系統(tǒng)的組成如圖1.1-1所示：圖1.1-1射頻識別系統(tǒng)的組成1.1.1應答器介紹應答器[2]是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，由線圈（天線）和用于存儲有關應用標識信息的存儲器及微電子芯片組成?；诓煌膽?，對應答器的體積、性能等的要求也各不相同。一般來說應答器的主要功能特點有：具有信息存儲、處理能力，可接收、發(fā)送無線信號，外圍部件少,功耗低，能在低電壓下工作；依據(jù)不同需要，具有無線、射頻微波探測器、調制器，解調器、控制邏輯及存儲器等部件。應答器的主要電氣性能參數(shù)有：工作頻率、讀寫能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、信息數(shù)據(jù)存儲量、多應答器識讀能力、信息安全性能等。應答器的數(shù)據(jù)量通常在幾個字節(jié)到幾千個字節(jié)之間。但有一個例外，這就是1比特應答器，它進行“是”或“否”應答，在需要簡單監(jiān)控的場所是適合的，它的價格便宜，在百貨商場的商品防盜系統(tǒng)中獲得大量的應用。簡單系統(tǒng)的應答器的數(shù)據(jù)不多，大多是序列號碼，在加工芯片時寫入，以后就不能改變。而在很多應用中，需要從閱讀器（讀寫器）向應答器寫入數(shù)據(jù)，為了存儲數(shù)據(jù)，在應答器中主要采用三種類型的存儲器：EEPROM、鐵電隨機存儲器FRAM和靜電隨機存取存儲器SRAM。EEPROM是電感耦合方式中應答器主要采用的存儲器，其寫入過程中的功耗大，擦寫壽命約為10萬次。FRAM是一種新的，非瞬態(tài)存儲技術。FRAM存儲單元的基本原理是鐵電效應，即一種材料在不存在的電場情況下，保持其電報化的能力。1.1.2閱讀器介紹閱讀器應能完成下述幾項功能：向應答器提供射頻能量；從應答器中讀出數(shù)據(jù)或寫入數(shù)據(jù)至應答器中；完成數(shù)據(jù)信息處理，并實現(xiàn)應用操作；如果需要，應能和高層處理應用交互。雖然因頻率范圍、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸方法的不同，各種閱讀器會有很大的區(qū)別和差異，但是所有的閱讀器在上述功能上是很相似的。閱讀器的組成結構如圖1.1.2-1所示。圖中各部分的功能簡述如下：發(fā)送通道，對載波信號進行功率放大，向應答器傳送操作命令及寫數(shù)據(jù)。接收通道:接收應答器傳送至閱讀器的響應及數(shù)據(jù)。載波產(chǎn)生器：采用晶體振蕩器，產(chǎn)生所需頻率的載波信號，并保證載波信號的頻率穩(wěn)定度。時鐘產(chǎn)生電路：通過分頻器形成工作所需要的各種時鐘。MCU：微控制器是讀寫器工作的核心，完成收發(fā)控制、向應答器發(fā)命令及寫數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)讀取與處理、與高層處理應用系統(tǒng)的通信等工作。天線：與應答器形成耦合交連。圖1.1.2-1閱讀器的組成結構框圖1.2射頻識別系統(tǒng)的分類射頻識別系統(tǒng)根據(jù)不同的標準有不同的分類方法，主要有以下幾種分類：根據(jù)射頻識別系統(tǒng)的工作頻率（通常把閱讀器發(fā)送信號時使用的頻率稱為射頻識別系統(tǒng)的工作頻率）可以分為：★低頻（LF），工作頻率低于135kHz,最常用的是125kHz；★高頻（HF），工作頻率為6.56MHz-20.56kHz；★超高頻（UHF），工作頻率為433MHz、860MHz-960MHz；★微波，工作頻段為2.45GHz和5.8GHz。根據(jù)應答器與閱讀器作用距離的不同，射頻識別系統(tǒng)可以分為：★密耦合，作用距離為0-1cm；★疏耦合，作用距離為1-100cm；★遠距離，作用距離為1m以上。根據(jù)應答器的供電方式可以分為：★無源（passive)，無源應答器有內(nèi)裝電池，在閱讀器的范圍之外時，應答器處于無源狀態(tài)，在閱讀器的范圍之內(nèi)時，應答器從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電能。★半無源（semi-passive)，半無源應答器裝有電池，但電池僅對應答器內(nèi)要求供電維持數(shù)據(jù)的電路或應答器芯片工作所需的電壓作輔助支持，應答器電路本身耗電很少。應答器未進入工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，相當于無源應答器。當進入閱讀器的閱讀范圍時，受到閱讀器發(fā)出的射頻能量的激勵，進入工作狀態(tài)時，用于傳輸通信的射頻能量與無源應答器一樣源自閱讀器?！镉性?active)，有源應答器的工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時應答器電池的能量供應也部分地轉換為應答器與閱讀器通信所需的射頻能量。根據(jù)射頻識別系統(tǒng)的基本工作方式可以分為：★雙工系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中應答器的應答相應號與閱讀器的發(fā)射信號同時存在；★時序系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，閱讀器的電磁場周期性地接通，在這些間隔中應答器向閱讀器發(fā)信號并被識別出來。1.3射頻識別系統(tǒng)的工作原理射頻識別系統(tǒng)[1]是利用無線電波對記錄物體進行讀寫。射頻識別的距離可達到幾十厘米至幾米，并且可以傳輸大量的保密信息。射頻識別系統(tǒng)的基本工作原理是閱讀器加電工作后發(fā)出定向查詢的射頻信號，當應答器進入讀寫器的有效查詢范圍內(nèi)，將自身存儲的電子信息發(fā)送給閱讀器，由應答器發(fā)送的應答信號經(jīng)閱讀器接收處理后獲得應答器所存儲的電子信息。應答器中所存儲的電子信息代表了待識別物體的標識信息，應答器相當于待識別物體的身份認證[3]。從而射頻識別系統(tǒng)實現(xiàn)了非接觸物體的識別目的。應答器與閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過數(shù)據(jù)在空氣介質中以無線電波的形式進行的。一般地，我們可以用兩個參數(shù)衡量數(shù)據(jù)在空氣介質中的傳播，即數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣扰c數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。因應答器發(fā)出的無線信號是很弱的，信號傳輸?shù)乃俣扰c傳輸?shù)木嚯x就很有限。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠距離、高速的傳輸，必須把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號疊加在一個規(guī)則變化的信號比較強的電波上，這個過程就是調制，規(guī)則變化的電波就是載波。在射頻識別系統(tǒng)中，載波一般由閱讀器發(fā)出并進行調制，而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的調制也有許多的方法，如調幅、調頻、調相等，射頻識別系統(tǒng)一般采用調幅方式。2系統(tǒng)硬件電路設計基于射頻識別(RFID）汽車防盜系統(tǒng)裝置是將射頻識別技術用于汽車防盜技術中。該裝置包括安裝在汽車啟動鑰匙頂部的應答器和汽車內(nèi)部控制著汽車發(fā)動機電子點火系統(tǒng)的閱讀器。當一個具有正確識別碼的鑰匙插入點火開關后，汽車才能用正確的方式進行啟動。當點火開關關閉時，閱讀器輸出一個125kHz的充電脈沖到汽車鑰匙頂部的應答器。應答器接收到這個脈沖信號后就使電容器充電，從而使應答器發(fā)射一個特定的代碼至閱讀器，信號的傳輸就發(fā)生在閱讀器的天線和應答器的天線之間。閱讀器的控制模塊對此信號進行解碼并把它與存儲在微處理器內(nèi)存中的代碼進行比較。如果相同，控制模塊便啟動發(fā)動機的控制程序和點火開關；只要有一位不相同，系統(tǒng)就會發(fā)出相應的報警信息。應答器中有32個密碼位，因而其信號被其它接收機截獲也是不可能的?；谏漕l識別的汽車防盜整個裝置是由單片機、射頻卡讀寫電路、語音報警電路、電源監(jiān)控電路、存儲器接口電路、鍵盤和應答器組成。射頻識別系統(tǒng)硬件如圖2-1所示：圖2-1射頻識別系統(tǒng)硬件框圖2.1基站芯片U2270B的簡介U2270B是非接觸識別系統(tǒng)中典型的一種低頻讀寫基站芯片，它是應答器和微處理器之間的接口。一方面負責應答器和控制器的數(shù)據(jù)通信，另一方面向應答器傳輸能量、交換數(shù)據(jù)。U2270B主要由電源、放大器、濾波器、振蕩器、施密特觸發(fā)器、激勵器等組成，U2270B的組成框圖如圖2.2-1所示：各引腳功能見表2.1-1。表2.1-1U2270B的引腳功能引腳代號功能引腳代號功能1GND地9COIL1天線12OUTPUT數(shù)據(jù)輸出10VEXT外部電源3OE數(shù)據(jù)輸出使能11DVS天線驅動器電源4INPUT信號輸入12Vbatt電池電壓5MS模式選擇13STANDBY備用輸入6CFE載波使能14VS內(nèi)部電源7DGND天線驅動器地15RF載波頻率調節(jié)8COIL2天線216HIPASSDC去耦圖2.1-1U2270B的組成框圖基站芯片U2270B的基本工作原理是：振蕩器在CEF引腳為高電平是,產(chǎn)生的射頻載波信號經(jīng)驅動由Coil1、Coil2引腳輸出，天線線圈產(chǎn)生一足夠強度的磁場為應答器供電。應答器用它的內(nèi)部數(shù)據(jù)調制磁場，從而在讀寫器的線圈上引起一個微小的電壓幅度調制信號，經(jīng)過外部整流器解調、耦合電容高通濾波，加到INPUT引腳，由內(nèi)部的低通濾波器濾波后，又經(jīng)帶負反饋的讀通道將放大器放大、再經(jīng)施密特觸發(fā)器抑制噪聲，最后經(jīng)集電極開路輸出級，從OUTPUT端送到微控制器的輸入口。數(shù)據(jù)輸出通過設置引腳可被允許或禁止。2.2射頻卡讀寫電路的設計閱讀器電路的主要功能是：發(fā)出射頻載波，經(jīng)過天線耦合給應答器，為應答器提供工作電源；進行數(shù)據(jù)信號的載波調制、解調和傳輸；與單片機進行雙向數(shù)據(jù)交換。它主要由讀寫基站芯片U2270B及外圍電路和讀寫天線組成。2.2.1電源的選擇為了使系統(tǒng)電路能適應各種環(huán)境，首先要考慮電源的輸入問題，U2270B[4]具有多種靈活的供電方式，能夠用一個已穩(wěn)壓的(5V)或未穩(wěn)壓的（7-16V）外部電源或兩個外部已穩(wěn)壓的（5V和7-8V)電源供電。電源引腳有以下幾個，VEXT：天線預激勵器的電源電壓，也可以用來給外部電路（如微控制器等）供電，與一個NPN晶體管一起，它也建立天線線圈激勵器的電源電壓DVS。Vs：除驅動器外的內(nèi)部其它電路的電源電壓，利用STANDBY引腳可將Vs與內(nèi)部電路斷開，使U2270B工作在低功耗方式，此時其消耗的電流僅為30-70uA。Vbatt：電池電源輸入端。下面是可選的三種供電方式。2.2.1.1單電源輸入所有內(nèi)部電路均由單一5V電源供電（U2270B的單電源工作方式如圖2.2.1.1-1所示），在這種情況下，Vs、VEXT和DVs用作輸入，Vbatt不用，但也應該連到電源正極上。圖2.2.1.1-1U2270B的單電源工作方式2.2.1.2雙電源輸入這種情況下，激勵器電壓DVs和預激勵器電壓VEXT工作在比其余電路更高的電壓上（7-8V）,以得到較高的激勵器輸出幅度，從而得到較強的磁場（U2270B的雙電源工作方式如圖2.2.1.2-1所示），Vs連到5V電源上，這種工作方式大多數(shù)用在要求增加通信距離的情況下。圖2.2.1.2-1U2270B的雙電源工作方式以上兩種供電方式，U2270B都不能進入低功耗方式。2.2.1.3電池供電模式使用這種工作模式時，Vs和VEXT由內(nèi)部電源產(chǎn)生（U2270B的電池供電工作方式如圖2.2.1.3-1所示），不需要外部穩(wěn)壓器。經(jīng)STANDBY引腳Vs可以被斷電，使U2270B工作在低功耗方式。VEXT可為外部NPN晶體管的基極和外部電路（如微控制器等）供電（即使在低功耗）。圖2.2.1.3-1U2270B的電池供電工作方式U2270B的以上特性，使得它能適用于多種工作環(huán)境。本設計的汽車防盜裝置用的電源就是汽車內(nèi)部的12V電平。2.2.2外圍元件的選擇震蕩器頻率調整電阻：片上振動器的頻率受輸入端的電流控制。其中的集成補償電路保證了寬的溫度范圍并與電源電壓無關。具體可用RF和Vs引腳之間的固定電阻來調整，使其接近天線諧振頻率。確定電阻值可用下面經(jīng)驗公式：（2.2.2-1）本設計中，天線的諧振頻率?0=125kHz,可計算出該電阻值為110?。耦合電容：由于讀寫器天線串聯(lián)諧振時線圈兩端的高電壓（瞬時值可達130V），整流流解調必須在外面進行，外部解調電路如圖2.2.2-1所示，相應元器件的耐壓值應該大于160V。圖2.2.2-1外部解調電路耦合電容CIN（圖中的C2）對解調后的信號具有高通濾波作用，U2270B內(nèi)部的低通濾波器則用來消除解調后的剩余載波信號和高頻干擾。二者的組合保證了有用頻帶的選通(帶通)，其頻率響應高通特性的下限載止頻率，取決于解調器的輸出阻抗、LPF的輸出阻抗Ri（后者的典型值為220k?）和輸入電容CIN的值。低通特性的上限截止頻率取決于所選的振蕩器頻率，典型值為?asc/18。這意味著如果采用二相或曼徹斯特編碼，數(shù)據(jù)率有可能達到?asc/25。CIN的值與應答器的數(shù)據(jù)傳輸率線性相關,表2.2.2-1給出了對常用的數(shù)據(jù)率CIN所適合的值,即使用越高的數(shù)據(jù)率,其值應越大.這些值僅對曼徹斯特和二相碼有效。表2.2.2-1數(shù)據(jù)傳輸率與輸入電容、去耦電容的關系數(shù)據(jù)率?=125kHz耦合電容CIN去耦電容CHPF/32=3.9kbit/s680pF0.1μFF/64=1.95kbit/s1200pF0.22μF去耦電容：差分放大器的增益G,典型值為30(CHP=0.1μF時）?？赏ㄟ^引腳HIPASS設定。對于較低的增益，HIPASS腳用一個電阻RGain與電容CHP串聯(lián)接地，增益G和下限截止頻率?cut可用下面的公式計算，Ri的值可設定為2.5k?。(2.2.2-1)(2.2.2-2)如果要求較高的增益，則只需一個電容CHP用于直流去耦,下限截至頻率?cut就按下面的公式計算：(2.2.2-3)CHP的值與CIN一樣，也與答應器的數(shù)據(jù)傳輸率線性相關，如表2.2.2-1所示。2.2.3射頻電路的設計U2270B應用電路的形式取決于磁耦合情況。磁耦合因子K主要由讀寫距離和天線線圈決定。表列出了一個給定的磁耦合因子所適用的應用電路形式。表2.2.3-1磁耦合因子與適合的應用電路形式磁耦合因子K適合的應用電路形式K≥3%自由調協(xié)振蕩器K≥1%二極管反饋振蕩器K≥0.5%二極管反饋+頻率改變振蕩器K≥0.3%二極管反饋+精確的頻率調協(xié)振蕩器本文設計的射頻電路如圖2.2.3-1所示：射頻載波允許/禁止端(CFE）和讀數(shù)據(jù)輸出（OUTPUT）對外接口分別與單片機的兩條I/O線相連，用來對T5557卡進行數(shù)據(jù)讀寫。圖2.2.3-1U2270B的應用在本路中，加入了兩個頻率調整環(huán)節(jié)[5]。一為閱讀器天線諧振頻率調整電路，可用單片機的輸出口在需要時輸出高或低電平，控制一NPN的三極管截止或導通，從而增加或減少天線回路的諧振電容，使其諧振頻率等于應答器天線的諧振頻率。二為振蕩器的頻率反饋控制回路，使其等于讀寫器天線的諧振頻率，等效電路二極管反饋的振蕩器控制回路如圖2.2.3-2所示：天線線圈波形如圖2.2.3-3所示：是激勵器輸出線圈1、2的波形以及在R1、R2之間測得的相應的天線電壓。其中：T1：引腳1輸出為低的周期T2：引腳2輸出為低的周期T2a：T2內(nèi)天線電壓為負的時間間隔T2b：T2內(nèi)天線電壓為正的時間間隔Aa：天線電壓在T2a期間的積分Ab：天線電壓在T2b期間的積分它的工作原來相當于一個控制激勵器電壓和天線電壓之間相位的鑒相器。通過D1、D2的反饋電流控制振蕩器的頻率，使得上述電壓間的相移達到90度，從而使讀寫器天線被激勵在它的諧振頻率上。而T1期間，D3、D4導通，而D1、D2被反向偏置，因此，沒有反饋信息通過D1、D2和C1傳輸。在T2期間，反饋信息可以通過D1或D2傳輸。在T2a圖2.2.3-2二極管反饋的振蕩器控制回路圖圖2.2.3-3天線線圈波形進入C1的合成電流為T2期間的電流之和。如果天線的諧振頻率高于振蕩器的頻率，那么相移以及T2a和T2b就發(fā)生了變化，T2相應減小，T2b相應增大，結果反饋電流(Aa和Ab之和）不為0，變?yōu)檎?，這造成一個附加的控制電流進入引腳RF，并產(chǎn)生一個較高的振蕩器頻率，直到?res=?asc。反之亦然。反饋電流回路是一個比例反饋電路，其增益約為15，較高的讀寫器天線Q因子會造成較高的反饋回來增益，R1、R2的阻尼作用降低了讀寫器天線的Q因子。2.3系統(tǒng)其它的電路設計2.3.1單片機的選擇本文的閱讀器微控制器模塊采用單片機及其外圍電路組成，選擇單片機時應考慮以下幾個問題：系統(tǒng)時鐘頻率、計算速度、處理能力、兼容性、系統(tǒng)整體設計等。對于本系統(tǒng)，單片機采用AT89S51，它是美國ATMEL公司生成的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4KBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51[6]具有如下特定：30引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51在空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。2.3.2語音報警電路語音報警電路[7]以美國ISD公司生產(chǎn)的ISD2560語音合成芯片為核心，該芯片采用E2PROM存儲方法將模擬語音信號直接寫入半導體存儲單元中，不需另加A/D或D/A變換來存放或重放。該器件有音質自然、使用方便、單片存放、反復錄音、低功耗等許多優(yōu)點。車主開車時，如果應答器里面的密匙正確，單片機就發(fā)出正確的信號給電子點火系統(tǒng)，汽車才可以啟動，此時，語音報警電路不工作；非法者如果用配置鑰匙啟動汽車時，單片機就發(fā)出信號給語音系統(tǒng)，語音系統(tǒng)立刻發(fā)出警報聲音。利用該電路可以很方便地實現(xiàn)汽車防盜系統(tǒng)的安全提示和報警功能。工作原理圖2.3.2-1ISD2560內(nèi)部框圖ISD2560語音合成芯片的內(nèi)部框圖如圖2.3.2-1所示：它包括前置放大器、放大器、內(nèi)部時鐘、定時器、采樣時鐘、濾波器、自動增益控制，邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器、模擬存儲陣列、地址線等。在進行存儲操作之前，ISD2560要分幾個階段對話筒BM電路輸入的由語音轉換成的電信號進行調整。首先將輸入的電信號放大到存儲電路動態(tài)范圍的最佳電平。這個階段由前置放大器、放大器和自動增益控制電路來實現(xiàn)。前置放大器通過隔直電容器C1、C2與話筒BM連接。隔直電容器C1、C2用來去掉交流小信號中的直流部分。信號的放大分為兩步完成：現(xiàn)將語音電信號輸入前置放大器，經(jīng)放大后再通過模擬輸出端ANAOUT，經(jīng)C3、R3和模擬輸入端ANAIN，加到放大器的輸入端，使語音電信號得以進一步放大。自動增益控制電路，能隨時跟蹤、監(jiān)視控制放大器輸出地音頻信號電平，并反饋增益電壓，實現(xiàn)對前置放大器的自動增益調節(jié)，以便維持進入輸入濾波器的信號是最佳的電平。這樣，使錄音信號為最佳，最高電平，又可使削減至最小。自動增益電路的特性由兩個時間來描述，即響應時間與釋放時間。響應時間是指輸入信號增大時，自動增益控制(AGC)用減小增益來響應所需要的時間。釋放時間是指輸入信號降低時，使增益增加所需要的時間。我們可以通過選擇連接在“AGC”管腳的電阻R1和電容器C4的阻容值，來調節(jié)響應時間與釋放時間的常量。下一個階段的信號調整，是由輸入濾波器完成的。模擬信號的存儲是采用取樣技術，因此需要輸入濾波器去掉取樣頻率的一半以上的輸入頻率分量。對輸入的信號調整后，再將輸入波形通過模擬收發(fā)器，寫入模擬存儲器陣列中。采用時鐘也用于存儲陣列的地址譯碼，以便輸入信號順序地寫入存儲陣列。錄入的模擬電壓信號在采樣時鐘的控制下，順序地從模擬存儲陣列中讀出，恢復成原樣的采樣波形。在輸出的通路上，平滑濾波器去掉采樣頻率分量，恢復原始的語言波形。采樣時鐘頻率會影響錄音的時間長度和錄音質量。平滑濾波器的輸出，是通過一個模擬多路開關連接到輸出功率放大器的輸入端。語言信號經(jīng)功率放大后，從兩個輸出管腳SP+、SP-直接驅動揚聲器BL播放所錄制的語音。揚聲器選用16?時，其驅動容量約為50mW-100mW，能滿足一般房間內(nèi)的聽眾，較為清晰悅耳。ISD2560芯片的每個EEPROM存儲單元[8]等效于8個存儲器。信號寫入存儲單元采用閉環(huán)方式。取樣保持電路在編程周期內(nèi)保持數(shù)據(jù)，并將存儲的模擬電壓提供給比較器的一個輸入端。比較器的另一個輸入是存儲單元本身的輸出。在多次語音信號的寫入過程中，電子被“泵入”存儲陣列，并使存儲電平反饋到比較器。當比較器的信號，也就是存儲單元的輸出電壓等于取樣保持電平時，該存儲陣列的編程即停止。每一次寫入時，使極少量的電荷注入存儲單元以建立系統(tǒng)的分辨率，從而保證了最低的充電量。一個存儲單元在寫入語音信號的同時，也就自動地消除了這個存儲單元原有的語音信號，這就實現(xiàn)了自動抹音效果。引腳功能及應用電路的設計，ISD2560各個引腳的功能如下：MICIN(17腳)：話筒前置放大器端，用于放大1-20mV范圍內(nèi)的信號，本端連接至片內(nèi)前置放大器，外接話筒應通過串聯(lián)電容耦合到本段。耦合電容值和本端的10K?輸入決定了芯片頻帶的低頻截止點。MICREF(18腳)：話筒補償端，是話筒前置放大器的反向輸入端，它用來抵消噪聲或對ISD2560作共模的輸入端。AGC（19腳）：自動增益控制端，19腳并聯(lián)的電阻和電容接地，AGC動態(tài)調整前置增益以補償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量時，失真都能保持最小。響應時間取決于本端的輸入阻抗外接的對地電容的時間常數(shù)，釋放時間取決于本端外接的并聯(lián)對地電容和電阻的時間常數(shù)。470k?和4.7μF的標稱值在絕大多數(shù)場合下可獲得滿意的效果。ANAOUT（21腳）：模擬輸出端，是前置放大器的輸出，前置電壓增益取決于AGC端電平。ANAIN(20腳):模擬輸入端，本端為芯片錄音信號輸出，對話筒輸入來說ANAOUT端應通過外接電容連至本端。(25腳），標志在錄音時由芯片自動插入到該信息的結尾。放音遇到時，本端輸出低電平脈沖。芯片內(nèi)部會檢測電源電壓以維護信息的完整性，當電壓低于3.5V時，本端變低，芯片只能放音。（22腳）：芯片處于存儲空間末尾時本端輸出低電平脈沖表示溢出，之后本端狀態(tài)跟隨端的狀態(tài)，直到PD端變高。SP+、SP-(14、15腳）：揚聲器輸出端。AUXIN（11腳）：輔助輸入端，當和為高，放音不進行，或處入放音溢出狀態(tài)時，本端的輸入信號通過內(nèi)部功放驅動喇叭輸出端。XCLK（26腳）：外部時鐘端，本端內(nèi)部有下拉元件，不用時應接地。VCCD、VCCA(28、16腳)：數(shù)字電源、模擬電源，盡可能在靠近供電端處相連。VSSD、VSSA(12、13腳)數(shù)字地和模擬地，這兩腳最好在引腳焊盤上相連。A0/M0-A6/M6，A7-A9（1-9腳）：地址線。(23腳)；本端變低后（而且PD為低)，允許進行錄放操作，芯片在本端的下降沿鎖存地址線和端的狀態(tài)。PD（24腳）：本端拉高使芯片停止工作，進入不耗電的節(jié)電狀態(tài)，芯片發(fā)生溢出，即端輸出低電平后，要將本端短暫變高，復位芯片，才能使之再次工作。（27腳）：本端狀態(tài)在的下降沿鎖存。高電平選擇放音，低電平選擇錄音。錄音時，由地址端提供起始地址，錄音持續(xù)到或PD變高，或內(nèi)存溢出；如果是前一種情況，芯片自動在錄音結束處寫入標志。放音時由地址端提供起始地址，放音持續(xù)到標志。如果一直為低，或芯片工作在某些操作模式，放音會忽略，繼續(xù)進行下去。在實際電路設計時，將單片機AT89S51的P1口、P3.4和P3.5與ISD2560的地址線相連，用以設置語音段的起始地址。P3.0-P3.3用以控制錄音放音狀態(tài)。利用該電路可以方便地實現(xiàn)防盜系統(tǒng)的安全提示和報警功能。AT89S51與ISD2560的接口電路圖2.3.2-2所示：圖2.3.2-2AT89S51與ISD2560的接口電路2.3.3存儲接口電路讀寫器中的存儲器設計采用24LC系列的電可擦除可編程只讀存儲其(EEPROM）[11]。它除了只有一般串行E2PROM的體積小、功耗低和工作電壓容許范圍寬等特點外，還遵循總線協(xié)議，占用引腳少、容量擴展配置靈活以及讀寫操作相對簡單等特點。24LC04B可以來存儲車主的ID和突然掉電前單片機的標志信息。由于它是非易失性存儲器，所以掉電后其財產(chǎn)的信息不會丟失。重新上電后，系統(tǒng)又會回到掉電的狀態(tài)，這樣可以有效地防止人為對汽車電源的破壞，提高安全性。24LC65是8K字節(jié)串行的電可擦除EEPROM,其引腳排列如圖2.3.3-1所示：圖2.3.3-124LC65引腳圖中A0、A1、A2為器件地址選擇引腳。他們通過Vcc、Vss的組合連接構成8種代碼，代表8個芯片。這些代碼被送往該芯片的讀、寫命令中，用來使指針指向讀或寫的目標芯片。NC為空腳。SLC為串行移位時鐘輸入引腳，寫入時，上升沿作用；讀出時，下降沿作用。SDA為串行數(shù)據(jù)輸入輸出引腳，這是一個雙向的漏極開路結構引腳。在擴展容量時，可以將多個系列的SDA引腳直接相連。實際使用時應該在該引腳上接一個5.1K?左右的上拉電阻。24LC65與AT89S51的硬件連接如圖2.3.3-2所示：描述了一個8片24LC65與AT89C51單片機相連的通信系統(tǒng)，其存儲總容量為8K×8字節(jié)，8片24LC65并聯(lián)地接到單片機I/O口引腳上。AT89S51對24KLC65有讀寫有兩種操作），讀寫時數(shù)據(jù)輸入輸出的都是高位在前，低位在后。圖2.3.3-224LC65與AT89S51的硬件連接2.3.4電源監(jiān)控器監(jiān)控電路采用MAX706芯片，該芯片兼有電源管理與看門狗的功能。其中電源管理與單片機軟件結合主要可用來對突然掉電進行數(shù)據(jù)保護，使單片機掉電前瞬間的狀態(tài)信息保存到EEPROM中只，以備重新上電時讀取。而看門狗電路則可有效地進行單片機監(jiān)控，防止汽車上的各種干擾使單片機陷入死循環(huán)，從而提高整個裝置的穩(wěn)定性和可靠性。2.3.5鍵盤輸入普通汽車防盜器主要采用鍵盤輸入方式對司機身份進行認證的，這種方式給駕駛員帶來很多不便，而且其密碼也容易被竊取和破譯。而采用射頻識別技術來進行身份證能有效的解決這一問題。駕駛員用鑰匙開車時，鑰匙里的應答器就已經(jīng)靠近閱讀器的電感線圈，即可在瞬間完成身份認證，并且其密碼不易破譯，因而大大提高了防盜效果。如果原有的應答器丟失，那么駕駛員只需按下指定的鍵，然后再用備用鑰匙開車，閱讀器就會將密碼信息寫入備用鑰匙里的應答器，同時原先丟失的鑰匙就失效了，備用鑰匙生效。2.3.6串行通信電路在硬件電路的調試過程中，系統(tǒng)硬件電路是通過串行通信方式與上位機之間進行通信[9]。串行通信[12]的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上，以每次一個二進制位移動的。它的優(yōu)點是只需一對傳輸線進行傳送信息，因此其成本低，適用于遠距離通信：它的缺點是傳送速度低。串行通信有異步通信和同步通信兩種基本通信方式。同步通信適用于傳送速度高的情況，其硬件復雜。而異步通信應用于傳送速度在50到19200波特之間，是比較常用的傳送方式，在異步通信中，數(shù)據(jù)一幀一幀傳送的，每一串行幀的數(shù)據(jù)是一位起始位，5-8位的數(shù)據(jù)位，一位奇偶校驗位（可省略）和意味停止位四部分組成。在串行通信之前，發(fā)送和接受方要約具體的數(shù)據(jù)格式和波特率（通信協(xié)議）。在PC機中一般有兩個標準RS-232C串行接口COM1和COM2。RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)正式公布的，在異步串型通信中應用中最廣泛的標準總線：該標準規(guī)定最高數(shù)據(jù)傳送速度可達19.2kbps，最長傳送電纜可達15米。RS-232C標準定義了25根引線，對于一般的雙向通信，只需使用串行輸入RXD，串行輸出TXD和地線GND。RS-232C標準的電平采用負邏輯，規(guī)定+3V—+15V之間的任意電平為邏輯“0”電平，-3V—-15之間的任意電平為邏輯“1”電平，與TTL和COMS電平是不同的。在接口電路和計算機接口芯片中大都為TTL或SMOS電平，所以在通信時，必須進行電平轉換。以便與RS-232C標準的電平匹配。MAX232芯片可以完成電平轉換這一工作。MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接受器[13]。它的內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源變換成RS-232C輸出電平所需+10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以了。MAX232外圍的4個電解電容是內(nèi)部電源轉換所需電容，其均值為1μF/25V，還需要一個0.1μF的去耦電容，MAX232與AT89S51接口電路如圖2.3.6-1所示：圖2.3.6-1MAX232與AT89S51接口電路MAX232的引腳T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT為接TTL/COMS電平的引腳。引腳T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN為接RS-232C電平的引腳。因此TTL/CMOS電平的T1IN、T2IN引腳應接單片機的串行接收引腳RXD。與之對應的RS-232C電平的T1OUT、T2OUT應接PC機的接收端RD。R1IN、R2IN應接PC機的發(fā)送端TD。3系統(tǒng)軟件設計3.1射頻卡T5557簡介T5557卡是美國ATMEL公司新出品的一款感應卡，調諧頻率可以從100kHz到150kHz，可加密，數(shù)據(jù)量為330位，有64為ID號，具有喚醒應答功能，讀寫性能穩(wěn)定，普通模式兼容E5550/E5551,還有擴展模式。作為一典型的低頻、可加密，可讀寫卡，T5557在市場上將有很大的應用前景。射頻識別卡T5557是一無源的、帶EEPROM存儲器的無線收發(fā)模塊，它的工作頻率為125kHz,具有以下特性：224位可讀寫EEPROM，可分為7塊，每塊32位；有密碼設置和寫保護；讀寫方式用戶可設置；防沖突；內(nèi)置電容可掩膜選擇，也可外配電容；唯一64為序列號，具有可追溯性；IC工作溫度-40oC至+85oC。射頻卡工作時，將讀寫基站發(fā)出的射頻波，經(jīng)整流提供給卡上電路作為工作來源，同時通過對射頻載波進行調制而于基站進行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，IC的工作電能由卡片內(nèi)電感（L)與電容（C)產(chǎn)生LC振蕩蓄電來提供。T5557卡是由前端天線與非接觸讀寫識別集成電路用塑料封裝而成的卡。前端天線包括一個線圈和一個電容，相當于LC諧振回路，工作時其載波頻率調諧在標稱值為125kHz的射頻波段，充當射頻卡與讀寫基站之間的接口。T5557采用CMOS工藝制作，低功耗、低電壓工作，由前置模擬端、控制器、調制器、解碼器、模式寄存器、存儲器等組成，T5557的內(nèi)部結構如圖3.1-1所示：圖3.1-1T5557的內(nèi)部結構框圖AnalogFrontEnd(AFB)，模擬前端：AFE包括所有和線圈相連的電路，提供卡片所需的電能，并且處理與讀卡器之間的雙向數(shù)據(jù)通訊，主要包括如下功能塊：對線圈交流整流，提供直流電源；提取時鐘信號；卡到讀卡器的數(shù)據(jù)傳送過程中，在coil1和coil2之間信息的裝入：在基站到卡的數(shù)據(jù)傳送過程中，場gap的檢測，靜電保護電路。Bit-rateGenerator，比特率產(chǎn)生器：在普通模式通過編程可產(chǎn)生與e5550相同的波特率，在擴展模式可產(chǎn)生RF/(2n+2)，n=0，1，2，...，63的比特率。WriteDecoder，寫譯器：完成寫gap的譯碼和數(shù)據(jù)的校驗。HVGenerator，編程電壓產(chǎn)生器：卡內(nèi)充電升壓電路，產(chǎn)生對內(nèi)部EEPROM編程所需的電壓。DCSupply：通過對RF源整流，提供所需的直流電源。Power-onReset(POR)，上電復位：延時直到一個可靠的電壓已經(jīng)提供，保證可靠工作。Controller，控制器：控制邏輯模塊執(zhí)行下面功能；上電以后和讀期間，從EEPROM的clock0，把配置數(shù)據(jù)裝入模式寄存器；控制讀寫；處理寫數(shù)據(jù)傳送和寫錯誤；把操控碼后的密碼數(shù)據(jù)和儲存在EEPROM的block7中的數(shù)據(jù)比較。ModeRegister，模式寄存器：模式寄存器存儲從EEPROM的block0來的配置數(shù)據(jù)，它的每塊讀之前連續(xù)被刷新，并且在上電復位或復位命令之后被置裝。Modulator，調制器：調制器由帶有下列基本調制類型的數(shù)據(jù)譯碼器組成，具體見表3.1-1所示：。表3.1-1調制類型ModeDirectDataOutputFSK1aFSK/8-/5‘0'=rf/8‘1'=rf/5FSK2aFSK/8-/10‘0'=rf/8‘1'=rf/10FSK1FSK/5-/8‘0'=rf/5‘1'=rf/8FSK2FSK/10-/8‘0'=rf/10‘1'=rf/8PSK1PhasechangewheninputchangesPSK2PhasechangeonbitclockifinputhighPSK3PhasechangeonrisingedgeinputManchester‘0'=fallingedge,‘1'=risingedgeBiphase‘1'createsanadditionalmid-bitchangeNRZ‘0'=dampingoff,‘1'=dampingon0132Memory，存儲體：T5557存儲體的結構如圖3.1-2所示，T5557的卡的330位的EEPROM存儲體，被分成10塊，每塊33位，包括LOCK位都是可編程的。頁0的塊0包含模式/配置數(shù)據(jù)，在規(guī)則讀時不被傳送。頁0的塊7可以被使用作為寫保護的密碼。每塊的0位是本塊的鎖位，一旦上鎖，本塊數(shù)據(jù)只讀，不能再被改寫。頁1包含可追溯性數(shù)據(jù)，只讀0132Block2Block2Page11Page1Traceabilitydata1TraceabilitydataBlock1BlockBlock1Block7LBlock6Block6LBlock5Block5LUserdataBlockBlock4LPage2Page2UserdataLUserdataBlockBlock3LUserdataBlock2Block2LUserdataBlockBlock1LBlock0Block0圖3.1-2T5557存儲體的結構3.2T5557的工作原理3.2.1初始化在電壓達到適當?shù)膲合抟郧埃想姀臀浑娐范家恢碧幵诩せ顮顟B(tài)，觸發(fā)默認的啟動延時。在192個場時鐘的配置周期內(nèi)，T5557用EEPROM的block0中存儲的配置數(shù)據(jù)完成初始化。如果POR延遲位被復位，那么配置周期完成以后就沒有附加延時，卡入場大約3ms規(guī)則讀模式就會被觀察到：如果POR延遲被設置，那么T5557會保持在持續(xù)阻尼裝狀態(tài)直到8190個內(nèi)部場時鐘之后。在125kHz時約為67ms。在初始化期間任何場gap都會引起上面過程的重新開始。初始化以后，T5557進入規(guī)則讀模式，并自動開始啟用配置寄存器的設置進行通訊。3.2.2卡與閱讀器的通訊在正常操作時，存儲在EEPROM中的數(shù)據(jù)被循環(huán)調至在Coil1的coil2端，并且這種調制器能被閱讀器檢測到。3.2.3配置寄存器的設置T5557卡的配置寄存器用于控制卡的各種操作特性，如;同步信息、數(shù)據(jù)流格式、數(shù)據(jù)流長度、加密、口令喚醒和停止發(fā)射等功能的啟用關閉等。控制塊為與EEPROM的第0塊數(shù)據(jù)區(qū)可進行編程控制（用戶向卡發(fā)送寫命令給該區(qū)寫入一定格式的數(shù)據(jù)即可）。一般一個應用系統(tǒng)的卡的模式塊的值是統(tǒng)一的，在發(fā)卡時建議寫入數(shù)據(jù)后將該快的LOCK 位置‘1’這樣可以防止對控制塊的誤修改引起卡的操作不正常。T5557卡的控制塊的結構和功能說明如表3.2.3-1所示表3.2.3-1配置寄存器序號012345...11121314151617181920名稱LSaferKey0...0BitRate0MS序號212223242526272829303132名稱PSKAOR0MakblkPWDST00PORdelay在T5557卡中控制塊的第0位是鎖定位，置0，模式寄存器的第1位至32位都可以改寫，置1，模式寄存器的各位都不能更改。第1位至第4位的值為6，測試模式就被禁止。第5至第11位之間為保留位，沒有被使用，可以寫入任何值，一般寫入‘0’用來和其他功能區(qū)別?？刂茐K中的第15位和第24位必須寫入‘0’否則卡將不能正常工作。從第12位至第14為比特率（BitRate）設置位，設置這三位的值可以決定卡發(fā)射數(shù)據(jù)時的比特率?？梢园聪卤碇械闹颠M行設置。本文設置的比特率是RF\32。表3.2.3-2比特率的設置第12位第13位第14位比特率000RF/8001RF/16010RF/32011RF/40100RF/50101RF/64110RF/100111RF/128第16至20為以及21-22位結合在一起設定卡發(fā)射數(shù)據(jù)的調制方法，具體配合方式如下表3-4，3-5所示。設置16、17未為‘00’是18-20位的設置有效，如果18-20位置為‘001’、‘010’、‘011’是可繼續(xù)使用地21-22位設置在PSK調制方法下的頻率變化。本文采用的是曼徹斯特編碼方式。表3.2.3-3調制方式的設置第16位第17位第18位第19位第20位調制方式00000Direct00001PSK100010PSK200011PSK300100PSK100101PSK200110PSK1a00111PSK2a01000Manchester10000Bitphase11000Reserved表3.2.3-4PSK-CF的設置第21位第22位第23位00RF/201RF/410RF/811Reserved第23位用來控制是否啟動AOR(Answer-On-Request)功能。該位設置為‘1’時啟動AOR功能，這時IC卡進入射頻區(qū)域后不主動發(fā)射數(shù)據(jù)，而要由基站給IC卡發(fā)射喚醒命令后再發(fā)射數(shù)據(jù)。該功能要求首先啟動口令加密功能，也就是說基站要喚醒一個IC卡時必須在喚醒命令序列中向IC卡發(fā)射口令密碼，IC卡檢測到包含合法口令的喚醒命令才恢復發(fā)送數(shù)據(jù)。要啟動口令加密功能就要求將控制塊的第28位設置‘1’。啟動口令加密功能后第7塊數(shù)據(jù)區(qū)將保存IC卡的口令密碼，所以啟動加密功能之前應該事先寫入密碼。如果允許修改密碼則不用鎖定BLOCK7，如果密碼永久的有效則要在寫入密碼的同時鎖定BLOCK7，這樣密碼將不能被修改。在加密模式下用戶對卡中的數(shù)據(jù)進行任何修改均要求提供密碼驗證。密碼正確時修改操作有效，密碼不正確則修改無效。為了保護密碼不被未知用戶截獲，在啟動加密功能后還應該對控制塊的第25-27位進行設置。這三位設置的為IC卡發(fā)射數(shù)據(jù)時發(fā)射的最大數(shù)據(jù)塊數(shù)（MaxBlock)這三位的設置和發(fā)射數(shù)據(jù)流的關系如下表所示：表3.2.3-5發(fā)射最大數(shù)據(jù)塊的設置第25位第26位第27位發(fā)送的數(shù)據(jù)塊000Onlyblock0001Block1-1010Block1-2011Block1-3100Block1-4101Block1-5110Block1-6111Block1-7當MAXBLK設置為‘0’時IC卡只發(fā)射Block0的數(shù)據(jù)給基站；當設置為‘1’時IC卡只發(fā)射Block1的數(shù)據(jù)給基站；當設置為‘2’是IC卡發(fā)射Block1和Block2的數(shù)據(jù)基站；設置為‘3’時IC卡發(fā)射Block1至Block3的數(shù)據(jù)該基站；其他的依次類推。當設置為‘7’時IC卡發(fā)射Block1至Block7的數(shù)據(jù)給基站。在啟動口令模式后MAXBLK的值應小于‘7’著樣IC卡將不發(fā)射存放在第7塊中的數(shù)據(jù)。除了設置以上各項設置項以外，還可以設置IC卡發(fā)射數(shù)據(jù)時的同步信號類型。IC卡可以使用兩種不同的同步信號，它們是SequenceTerminator和BlockTerminator，SequenceTerminator在每個數(shù)據(jù)循環(huán)開始時出現(xiàn)，BlockTerminator在每個Block的數(shù)據(jù)的開始時出現(xiàn)。兩種同步信號可以獨立使用也可以結合使用。本文的同步信號用的是SequenceTerminator同步信號，同步信號如圖3.2.3-1所示：反應了波形和其它數(shù)據(jù)流的結合情況。圖3.2.3-1同步信號3.3系統(tǒng)的軟件設計3.3.1軟件設計IC卡T5557發(fā)射數(shù)據(jù)由基站天線接收后，由基站U2270B處理后經(jīng)基站的Output腳把得到的數(shù)據(jù)流發(fā)給微處理器AT89S51的輸入口。這里基站只完成信號的接收和整流的工作，而信號的解調解碼的工作要由微處理器來完成。微處理器要根據(jù)輸入信號在高電平、低電平的持續(xù)時間來模擬時序進行解碼操作。本系統(tǒng)將T5557的模擬寄存器設置為Manchester編碼、125kHz頻率和RF/32的Bitrate，基站讀取數(shù)據(jù)流的時序1如圖3.3.1-1所示：圖3.3.1-1基站讀取數(shù)據(jù)流的時序圖1基站讀取數(shù)據(jù)流的時序圖2如圖3.3.1-2所示：圖3.3.1-2基站讀取數(shù)據(jù)流的時序圖2上圖所示的是程序檢測跳變的時間基準。圖中陰影部分為跳變的不穩(wěn)定區(qū)間，Valid區(qū)域是穩(wěn)定區(qū)。程序檢測電平跳變是在一個時間區(qū)間以內(nèi)，如：半個周期的跳變理想狀態(tài)應為128μs，但實際檢測區(qū)域為TS1-TS2，即凡是時間在TS1和TS2之間的跳變信號均視為半個周期的跳變信號：同樣，在TL1-TL2之間的跳變都可以視為一個周期的跳變:而寬度大于TL2的跳變信號則視為一個半周期的跳變，由于這種情況只能在同步信號中出現(xiàn)，若在數(shù)據(jù)號中檢測到，就以出錯處理，T5557在上圖假設條件下時這四個時間檢測標準點的值為：TS1=90μs,TS2=180μs,TL1=210μs,TL2=300μs本設計中的T5557卡中模式寄存器參數(shù)設置為曼切斯特編碼，位傳輸速率為RF/32，則每傳一位數(shù)據(jù)的時間為1P=32/125kHz=256μs。在一串數(shù)據(jù)序列中，兩個相臨位數(shù)據(jù)傳送跳變時間間隔為1P。若相鄰位數(shù)據(jù)極性相同，則在該兩次數(shù)據(jù)傳送電平跳變之間有一次非數(shù)據(jù)傳送的電平空跳。程序開始時先等待一個Ts=270μs-330μs高電平同步信號，然后按上述編碼規(guī)則逐個檢測電平變化并記錄對應時間T1或T2，T1=90μs-180μs，T2=210μs-300μs。如前一個數(shù)據(jù)為1的情況下，測得高電平時間為T1，對應下降沿無效，應接著測下一個上升沿并得1；若測得高電平時間為T2，對應下降沿有效并得0。如前一個數(shù)據(jù)為0的情況下，測得低電平時間為T1，對上升沿無效，應接著測下一個下降沿并得0；若測得低電平時間為T2，對應上升沿有效并得1。因此就可以通過串行方式讀出卡內(nèi)的數(shù)據(jù)。IC卡讀卡程序流程如圖3.3.1-3所示。對各信號波形寬度的計時，在調試中根據(jù)實際情況做了調整。圖3.3.1-3IC卡讀卡流程圖編寫讀卡程序時應該注意以下兩個問題：IC卡發(fā)射數(shù)據(jù)高低位順序：IC卡向基站發(fā)射數(shù)據(jù)時是根據(jù)Block1的設置從第一區(qū)到第MAXBLK區(qū)循環(huán)發(fā)射的。數(shù)據(jù)以選擇的同步信號開始按照塊的順序發(fā)送的。每塊數(shù)據(jù)的發(fā)送是低位在前，高位在后，即先發(fā)送第1位數(shù)據(jù)然后發(fā)送第2位，依次類推到32位（第0位是數(shù)據(jù)塊的鎖定位是不隨數(shù)據(jù)一起發(fā)送的）。對數(shù)據(jù)存儲時應該注意字節(jié)地址的選擇：由上面的介紹我們可以知道，T5557卡讀寫的單位為32bit，所以要用4個字節(jié)的空間存儲一個數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)。程序中使用移位的方法取得輸入口檢測到數(shù)據(jù)位。這就是要求字節(jié)內(nèi)移位方向和字節(jié)間的地址變化有機的結合在一起，否則將出現(xiàn)讀數(shù)據(jù)高低位或字節(jié)間順序與實際順序不一致的情況。3.3.2寫卡軟件設計IC卡與基站的數(shù)據(jù)交換是雙向的，基站要向IC卡發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，完成對IC卡各種控制操作。對T5557卡而言，基站可以向卡片發(fā)送的命令有四種格式分別完成四種功能，四種命令格式如圖3.3.2-1所示：圖3.3.2-1四種命令格式四種命令分別完成以下功能：StandardWrite：對卡數(shù)據(jù)的普通讀寫，其中‘10’為操作碼，‘L’位為指定數(shù)據(jù)塊的鎖定位，緊接著‘L’PasswordMode：該操作和StsndardWrite操作完成類似功能，只是在PasswordMode啟動后對卡中數(shù)據(jù)的修改就要求提供口令。使用該命令就是要完成PasswordMode下卡中數(shù)據(jù)的修改。命令數(shù)據(jù)流中其他部分和StandardWrite的含義一樣，只是在操作碼和‘L'位之間加入了長度為32位的口令數(shù)據(jù)?？ń邮盏矫詈笤趯?shù)據(jù)區(qū)進行修改之前要檢驗命令提供的口令與卡中密碼區(qū)保存的數(shù)據(jù)是否一致，只有兩者一致時IC卡才真正的修改數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)。這樣可以防止不知道密碼的非法用戶對卡中數(shù)據(jù)的修改。AORWakeUP：該命令是卡的AOR功能啟動后，基站發(fā)給卡片的喚醒命令。命令由操作字‘10’StopModulation：該命令用來關閉IC卡使接收到命令的IC卡進入睡眠狀態(tài)。進入睡眠狀態(tài)的IC卡不再向外發(fā)送數(shù)據(jù)，而在接收到AOR命令后再開始發(fā)射數(shù)據(jù)。利用這種機制可以完成一定的防碰撞功能。通常情況下當多個卡片同時進入射頻區(qū)域時，基站是無法讀數(shù)據(jù)的。這時可以由基站發(fā)射stop命令，使所有卡片進入睡眠狀態(tài)，然后再由基站使用不同的密碼發(fā)送喚醒命令來喚醒密碼相同的卡片。讀寫器操作完成后再關閉該卡片，依次可以處理各個卡片?；窘o卡片發(fā)送數(shù)據(jù)時也要對數(shù)據(jù)進行編碼，使數(shù)據(jù)信號加載到天線的發(fā)射信號中。U2270B基站芯片使用一種改變發(fā)射天線負載的方式對信號進行編碼。這可以通過打開、關閉天線(即把CFE管腳設置為高、低電平）產(chǎn)生短暫的RF信號間隔（gap)來把RF信號分割成不同長短區(qū)間的方法對數(shù)據(jù)進行編碼。起始間隔（StartGap）一般比數(shù)據(jù)間的間隔略長，用來與射頻卡同步。一般起始間隔TstartGap=300μs。寫數(shù)據(jù)時，在發(fā)送數(shù)據(jù)時一個長度為16-32fieldclocks時間長度的RF區(qū)間表示數(shù)據(jù)為‘0'，一般寫0時，CFE=1持續(xù)100μs，然后CFE=0持續(xù)300μs。一個長度為48-64fieldclocks時間長度的RF區(qū)間表示數(shù)據(jù)為‘1'，寫1時，CFE持續(xù)350μs，然后CFE=0持續(xù)300μs。在編寫程序時可以使用延時中段RF區(qū)域的方法進行發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方法使用短暫的RF信號間隔（GAP）來把RF信號分割成不同長短的區(qū)間的方法對數(shù)據(jù)進行編碼。起始GAP一般比其他GAPS略長，用來與卡片同步。在編制程序時可以使用延時中斷RF區(qū)域的方法進行發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)時的RF區(qū)域狀態(tài)如圖3.3.2-2所示：圖3.3.2-2發(fā)送數(shù)據(jù)時RF區(qū)域狀態(tài)對T5557卡各段區(qū)間的時間長度為：Tstartgap=330μs,Tgaps=300μs,T1=350μs,T0=100μs編寫寫卡程序時應該注意下面的細節(jié)問題：學數(shù)據(jù)時同樣要注意發(fā)送數(shù)據(jù)的高低位順序，特別是發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)地址信息時，如果不注意發(fā)送數(shù)據(jù)的順序則極有可能錯誤地將數(shù)據(jù)寫入其他的數(shù)據(jù)區(qū)中，如：向第一數(shù)據(jù)區(qū)寫數(shù)據(jù)時，地址應為‘001’使用移位操作時應使用循環(huán)左移的方法依次發(fā)送地址信息，如果這里錯誤地使用了循環(huán)右移的方法則卡獲得的實際地址為‘100’，寫入的為第4區(qū)的數(shù)據(jù)。IC卡寫卡流程圖如圖3.3.2-3所示：圖3.3.2-3IC卡寫卡流程圖調用的發(fā)送數(shù)據(jù)流子程序框圖如圖3.3.2-4所示，發(fā)送操作碼,發(fā)送鎖定位和發(fā)送地址位子程序則與此類似。圖3.3.2-4發(fā)送數(shù)據(jù)流子程序3.3.3系統(tǒng)其它電路的軟件設計ISD2560[10]雖然提供了地址輸出線，但它的內(nèi)部信息段的地址卻無法讀出。不系統(tǒng)采用單片機來控制，不需讀出信息地址，而直接設置信息段起始地址。其實現(xiàn)方式有多種，一種方式為：由于ISD2560的地址分辨率為100ms，所以可用單片機內(nèi)部定時器定時100ms，然后再利用一計數(shù)器對單片機定時次數(shù)進行計數(shù)，則計數(shù)器的計數(shù)值為語音段所占地址單元，該方式能充分利用ISD2560內(nèi)部的EEPROM，在字段較多時可利用該方法。語音字段如果較少，則可用下面的方式，根據(jù)每一字段的內(nèi)容多少，直接分配地址單元，一段按每一秒說三個字計算，60秒可說180個字，再根據(jù)ISD2560的地址分辨率為100ms，即可計算出語音段所需的地址單元。本系統(tǒng)就采用該方法。錄音時，按下錄音鍵，單片機同構口線設置語音段的起始地址，再使PD端、端和端為低電平啟動錄音；結束時，松開按鍵，單片機又讓端回到高電平，即完成一段語音的錄制。同樣的方法可錄制第二段，第三段等等。錄音時間不能超過預先設定的每段語音的時間。放音時，根據(jù)需要播放的語音內(nèi)容，找到相應的語音段起始地址，并通過口線送出，再將端設置為高電平，PD端設置為低電平，并讓端產(chǎn)生一負脈沖啟動放音，這時，單片機只需等待ISD2560結束信號，即的產(chǎn)生。信號為一負脈沖，在負脈沖的上升沿，該段語音才播放結束，所以單片機必須要檢查到的上升沿才能釋放第二段，否則播放的語音就不連續(xù)，而且會產(chǎn)生啪啪聲。系統(tǒng)的語音報警程序框圖如圖3.3.3-1所示：圖3.3.3-1語音報警程序框圖3.4串行通信程序設計串行通信程[11]序包括兩方面，一方面是單片機的通信程序，另一方面是PC機的通信程序，在編程之前，制定其雙方通信協(xié)議是非常重要的，否則將無法保證通信數(shù)據(jù)的可靠性，從而失去通信的意義。通信協(xié)議可約定為：幀格式為：一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一個可編程的第九位（此位為發(fā)送和接收的地址/數(shù)據(jù)的標志位），一位停止位：設定單片機的地址碼為F1H，在傳送數(shù)據(jù)前先聯(lián)絡地址碼，如地址碼正確則傳送數(shù)據(jù)，否則繼續(xù)聯(lián)絡地址碼；無奇偶校驗位。數(shù)據(jù)的通信采用累加和校驗的方法，即每傳送一組數(shù)據(jù)（個數(shù)自定，設為100個），校驗一次累加和是否正確，正確則回送00H，否則回送FFH；通信有中斷傳送方式和查詢方式，在這里用查詢方式通信；聯(lián)絡方式為PC機主動聯(lián)絡單片機；PC機采用COM2通信。4設計總結隨著計算機科學技術的高度發(fā)展，信息化在當今世界經(jīng)濟和社會發(fā)展中的作用越來越重要，也是我國實現(xiàn)工業(yè)化、現(xiàn)代化的關鍵環(huán)節(jié)。射頻技術是從20世紀80年代興起的一項自動識別技術，射頻識別的應用領域眾多（如票務、身份證、門禁、電子錢包、物流、動物識別、體育運動等等），已經(jīng)滲透到人們?nèi)粘９ぷ骱蜕畹母鱾€方面，給人們的社會活動、生產(chǎn)活動、思維觀念、行為方面帶來了巨大的變革。應用和不斷增長的市場需求是技術發(fā)展的動力，射頻識別系統(tǒng)的產(chǎn)品是市場上增長最快的電子產(chǎn)品之一，具有極好的產(chǎn)業(yè)前景。本設計重點介紹了基于射頻識別的汽車防盜裝置的設計開發(fā)。該裝置主要由安裝在汽車啟動鑰匙頂部的應答器和汽車內(nèi)部的閱讀器組成。此閱讀器控制著汽車發(fā)動機的電子點火系統(tǒng)，閱讀器電路由汽車內(nèi)部電源供電，具有語音報警，鍵盤輸入等功能。當帶有應答器的鑰匙啟動汽車時，如果應答器里面的密匙正確，閱讀器就發(fā)出正確的信號給汽車電子點火系統(tǒng)，汽車才可以啟動；非法者如果用配置鑰匙啟動汽車時，閱讀器就發(fā)出信號給語音系統(tǒng)，語音系統(tǒng)立刻發(fā)出警報聲音。該裝置克服了市場上使用的電池遙控裝置的弱點，能夠有效地達到汽車防盜的目的。本設計主要進行了整個裝置的硬件電路與系統(tǒng)軟件的設計。通過對射頻識別系統(tǒng)各個頻段的分析和現(xiàn)有的環(huán)境確定系統(tǒng)的工作頻段，同時選擇好閱讀器所需的基站芯片、射頻卡和處理器芯片；設計出整個系統(tǒng)的射頻識別的讀寫電路、語音報警電路、電源監(jiān)控電路和存儲接口電路等。對射頻識別讀寫電路頻率漂移的控制采用了二極管負反饋回路，電路簡單，性能穩(wěn)定。通過對射頻卡內(nèi)部模式寄存器的設置確定整個射頻識別系統(tǒng)工作的編碼方式和位傳輸速率，編寫和調試系統(tǒng)的讀寫卡程序、錄放音程序、電源監(jiān)控程序、存儲接口程序和一些必要的軟件程序，軟件調試時單片機采用串行通信方式與PC機進行通信，故用VB設計了串行通信程序。針對讀寫軟件編解碼中的信號抖動，在對其脈沖寬度進行計時時設置了合理的闕值，可以達到可靠的讀寫目的。參考文獻：[1]沈宇超、沈樹群：射頻識別技術及其發(fā)展狀況[J],電子技術應用，2004年第2期，P4-P10[2]劉錚、張兢：非接觸式IC卡中的射頻識別技術[J],信息技術，2005年第4期，P23-P25[3]杜玉梅：射頻識別技術(RFID)及其在防盜系統(tǒng)中的應用[J]，企業(yè)技術開發(fā)，2004年第10期，P12-P14[4][德]KlausFinkenzeller著，陳大才譯：射頻識別（RFID)技術[M]，北京電子工業(yè)出版社，2005,P23-P81[5]吳春華、陳軍：動態(tài)ALOHA法在解決RFID反碰問題中的應用[J]，電子器件，2006年第2期，P173-P176[6]樓然苗、李光飛：51系列單片機設計實例[M]，北京航空航天大學出版社，2007，P8-P58[7]任志遠：語音錄放和識別集成電路應用與錄制實例[M]，北京人們郵電出版社，2006，P14-30[8]馮秀麗、韓建國：24LC系列EEPROM原理及應用[J],北京化工大學學報，2004年第4期，P63-P66[9]李欣：單片機與PC通訊的實現(xiàn)與應用[J],陜西可以大學學報，2004年第1期，P103-P106[10]劉欣、安欣賞、劉大生：ISD語言器件分段地址的獲取[J]，電子技術應用，2005年第10期，P64-P65[