基于TRF7960的多協議射頻讀卡器設計

摘要：設計了一款基于TRF7960和STCllF32XE單片機的多協議自適應功能的射頻讀卡器，給出了射頻讀卡器的具體硬件和軟件設計方案，并對設計中的難點作了分析。該讀卡器支持多協議，支持防碰撞和多標簽識別，功能完備，操作靈活，可以為各種RFID應用提供靈活有效的解決方案，同時也可為學習RFID技術的人員提供一個多協議、低價位的開發平臺。
關鍵詞：TRF7960；ISO14443；ISO15693；STCllF32XE；W25X80；PL2303

引言
無線射頻識別技術(RFID)作為一項先進的自動識別和數據采集技術，已經廣泛應用到生產制造、物流管理、公共安全等各個領域，并帶動了讀寫機具和各類應用產品及系統的開發、生產和推廣應用。目前，在我國應用于13．56 MHz的無線射頻識別技術領域主要有2個ISO標準，一個是IS014443，另一個是ISO15693。ISO14443定義了TYPE A、TYPE B兩種類型協議，通信速率為106 kb／s，它們的區別主要在于載波的調制深度及位的編碼方式。ISO15693讀寫距離較遠，而ISO14443讀寫距離稍近，但后者應用較廣泛。這三種協議的卡在各個領域都有著比
較廣泛的應用，而國內現有的13．56 MHz的射頻讀卡器，一般僅支持一種協議，且功能較為單一。基于這種現狀，本文提出了基于TI公司的TRF7960射頻芯片和宏晶公司的STCllF32XE高速單片機來設計多協議射頻讀卡器的設計方案。在該讀卡器上擴展了點陣圖形液晶LCD和串行存儲器W25X80以及USB芯片PL2303等外圍設備。LCD可以顯示各種圖形和漢字，串行存儲器用來存儲點陣字庫、圖形庫等，USB芯片使得該讀卡器省去了串口和電源供電端口，可以通過該USB接口和PC管理軟件通信。該讀卡器使用方便，簡單，成本低，電路運行穩定，可以應用到各種場合。

1 讀卡器的硬件設計
STCllF32XE單片機是宏晶科技公司設計生產的單時鐘／機器周期(IT)的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。內部集成高可靠復位電路，可用在高速通信、智能控制、強干擾等場合。STCllF32XE內部有32 KB的Flash，29 KB的EEPROM和1 280字節的SRAM。本文采用的STCllF32XE是LQFP-44引腳，除了EA、ALE、PSEN和RST引腳可以定義為通用I／O外，還多了1個P4口。編程支持ISP下載功能，使用起來比較方便。
TRF7960是TI(德州儀器)公司推出的高頻(13．56MHz)多標準射頻識別(RFID)閱讀器IC產品系列之一。TRF7960采用超小32-pin QFN的高級封裝設計，支持ISO／IEC 14443A／B、ISO／IEC 15693、ISO／IEC 18000-3以及TI公司的非接觸支付商務與Tag-It應答器產品系列。采用TRF7960的讀卡器為微控制器提供了內部時鐘，只需1個13．56 MHz的晶振就能工作，而不需要2個標準晶體，從而有助于降低終端讀卡器產品的總物料單成本。由于組件很少，讀卡器IC耗電、占用的空間也很少，因此可以解決敏感度和噪聲衰減問題。其他集成功能還包括故障檢查、數據格式化、成幀以及適合多讀卡器環境的防碰撞支持等。TRF7960與微控制器之間通信可以使用8位并行或者串行(SPI)的靈活的通信方式。該芯片還具有寬泛的操作電壓(2．7～5．5 V)。TRF7960非常適用于安全訪問控制、產品認證以及非接觸支付系統等應用。
為了使用STCllF32XE單片機內部1 KB的擴展SRAM，此處采用的是8位并行模擬總線接口方式，用單片機的P1口和TRF7960的DO～D7相連，用P2．6、P2．7、P3．2作為控制線分別和TRF7960的DATA CLK、EN、IRQ引腳相連。需要注意，為了使TRF7960通信接口支持5 V的邏輯電平，應該把TRF7960的VDD_I／O引腳接5 V電壓。采用模擬總線方式是一種通用的方法，特別是對于不支持總線擴展的單片機更為重要。該設計中使用模擬總線的方式可防止TRF7960和單片機內部的SRAM發生總線沖突。圖1是讀卡器的系統硬件原理圖。