基于ATMEGA64L的RFID讀卡器設計

本文把RFID技術應用到物流系統中，實現了基于RFID技術的物流系統的軟硬件原型。

　　系統硬件設計

　　為了增強讀寫模塊的通用性和擴展性，在硬件設計時遵循模塊化的設計思想。整個讀寫模塊由三大部分組成：

　　。主控MCU，主要提供對射頻讀寫芯片的控制操作。

　　。射頻讀寫芯片，負責接收主控MCU的控制信息并完成與RFID卡的通信操作。為了正常工作，射頻讀寫芯片須選用合適的并行接口與MCU連接。而為了發送、接收穩定的高頻信號，射頻讀寫芯片要通過高頻濾波電路與天線部分連接。

　　。天線部分，包括線圈及匹配電路。

　　在所設計的TRH031M評估板中，主控MCU主要由微控制器ATMEGA64L和電源電路、復位電路、晶振電路、JTAG接口、RS-232串口接口組成;同時增加了人機接口顯示電路，采用EDM12864液晶顯示控制器;射頻讀寫芯片采用TRH031M多協議讀卡器芯片。微控制器ATMEGA64L和TRH031M之間通過鎖存器SN74HC373N連接。TRH031M評估板總體設計見圖1。

　　圖1 TRH031M評估板總體設計框圖

　　RFID接口電路

　　TRH031M是一款三合一的芯片，兼容ISO14443 Type AB以及ISO15693協議。TRH031M工作電壓范圍在2.7V-3.6V，最大特點是功耗極低，芯片的封裝方式也特別適合用在手持機方面的產品上。MCU對TRH031M的控制是通過對其內部寄存器的讀寫來實現的。TRH031M內部共有64個寄存器，分成8頁，每頁8個寄存器。

　　ATmega64L是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmega64 的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。

　　ATmega64L通過 TRH031M并行接口實現對TRH031M芯片的控制和數據傳輸。Atmega64L對TRH031M的并行接口采用獨立的讀、寫信號線連接，用兩個 I/0引腳分別控制TRH031M的讀、寫信號線。為了節省I/O口，這里采用了地址/數據線復用的方式，這樣就不需要專門的I/O口來控制地址線。 ATmega64L與TRH031M連接示意圖參見圖2。

　　圖2 ATmega64L與TRH031M連接示意圖

　　ATmega64L的 PTA0～PTA7連接TRH031M的DATA0～DATA7，作為數據/地址線，傳輸數據及地址信息。由于采用數據/地址復用的連接方式，Atmega64L 的PTA0～PTA7通過鎖存器SN74HC373DBLE與TRH031M的地址線引腳A0，Al，A2連接。

　　天線電路

　　TRH031M的天線部分組成，主要分為發射和接收部分，發射部分又分為EMC低通濾波器，天線匹配部分和天線線圈。天線直接連接到TRH031M.，圖3為天線的結構原理圖。

　　圖3 天線結構原理圖

　　由RTH031M的數據手冊可知，芯片模擬部分(不含接收機部分)作為負載時，負載阻抗最高為15W。這是因為優化設置輸出阻抗為15W時，這時可以達到最低噪音，最大增益和最大輸出功率。

　　天線的阻抗我們按500W進行匹配。

　　EMC低通濾波器

　　TRH031M系統工作于 13.56MHz頻率下，這一頻率是由石英晶體振蕩器產生。但是除了13.56MHz以外，還會有可能以高次諧波的方式向外發射。為了符合國際EMC 規定，13.56MHz 中的三次五次和高次諧波要被良好地抑制，因此，必須要有一個合適的濾波器濾波輸出信號以滿足此規定。為了減少信號線上的干擾，使用了EMC高頻濾波電路。 EMC濾波電路和接收電路的原理圖見圖4。低通濾波器由L0和C0組成，它們的值見表1。

　　表1

　　圖4 EMC濾波電路和接收電路的原理圖

　　根據f=，當我們選取=1mH時，則TRH031M的內部接收電路利用卡的回應信號在副載波的雙邊帶上都有調制這一概念來進行工作。采用芯片內部產生的VMID作為RX引腳輸入。為了穩定 VMID的輸出，必須在VMID和GND之間連接一個電容C4。接收電路需要在RX和VMID之間連接一個分壓電路。另外，建議在天線線圈和反壓器之間串連一個電容。這個接收電路由R1，R2，C3和C4組成，數值示于表1。