基于單片機的低功耗主動式RFID標簽設計

　　射頻芯片是整個RFID卡最核心的部分，直接關系到標簽的讀寫距離和可靠性，同時也直接影響到整個系統的功耗。CC1100是Chipcon公司推出的單片UHF無線發射芯片，體積小，功耗低，數據速率支持1.2~500kbps的可編程控制，其工作電壓范圍為1.9~3.6V，可以工作在915MHz.、868MHz.、433MHz和315MHz四個波段，還可通過程序配置在所有頻段提供-30~10 dBm輸出功率內置地址解碼器、先入先出堆棧區、調制處理器、時鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊。它具有兩種低功耗工作模式：關機模式和空閑模式，在關機模式下工作電流小于200nA。本文中CC1100工作在433MHz的頻率上，采用FSK調制方式，數據速率為100kbps，信道間隔為200kHz。

　　電路設計

　　為簡化系統結構，本系統僅由必須的微處理器單元、射頻收發單元、天線及電池單元組成。省去電池到器件之間的穩壓電路，直接由電池給系統供電。節省了穩壓電路所帶來的靜態電流消耗，使電池壽命進一步延長。為防止發射狀態較大的電流造成電池電壓瞬態降低，使用較大容量電容與電池并聯。MSP430F2012內部集成的零功耗欠壓復位（BOR）保護功能，可以在電壓低于安全操作范圍時執行完全復位，很好地解決了單片機復位不完全而產生的隨機錯誤操作問題。

軟件設計

　　盡量用軟件來代替硬件也是低功耗系統設計常常采取的措施。本次程序開發綜合考慮了時序調度和工作效率兩方面問題，以降低系統的功耗。

　　合理設計工作時序

　　由于CPU的運行時間對系統的功耗影響極大，應盡可能縮短其工作時間，較長地處于空閑方式或掉電方式是軟件設計降低單片機系統功耗的關鍵。程序運行流程圖如圖2（a）、（b）所示，當系統上電完成初始化操作即刻進入低功耗模式，只在系統接收到正確信息產生中斷時才會喚醒單片機進入工作模式，盡量在短時間內完成對信息或數據的處理，當處理結束立即返回低功耗模式等待下一個中斷到來。

提高工作效率

　　用宏定義來代替子程序調用。因為CPU進入子程序時，會首先將當前CPU寄存器推入堆棧（RAM），在離開時又將CPU寄存器彈出堆棧，這樣至少帶來兩次對RAM的操作，所以讀RAM會比讀Flash帶來更大的功耗。用宏定義來代替子程序調用，無疑會降低系統的功耗。

　　盡量減少CPU的運算量，將一些運算的結果預先算好，放在Flash中，用查表的方法替代實時的計算，減少CPU的運算工作量，可以有效降低CPU的功耗；不可避免的實時計算，精度夠了就結束；盡量使用短的數據類型：如盡量使用字符型的8位數據替代16位的整型數據，盡量使用分數運算而避免浮點數運算等。

　　讓I/O模塊間歇運行，不用的I/O模塊或間歇使用的I/O模塊要及時關掉，以節省電能。不用的I/O引腳要設置成輸出或設置成輸入，用上拉電阻拉高。若引腳沒有初始化，可能會增大單片機的漏電流。

結論

　　本文詳細介紹了基于MSP430單片機的低功耗主動式RFID標簽的設計，合理地利用了MSP430單片機的中斷、定時、運算等功能，借助于軟件優勢，對耗能較低的CC1100 模塊采取限能工作措施，提高了電池的壽命，增加了系統可靠運行的時間，與其它設計功耗對比如圖3所示。這種主動式RFID標簽的設計使 RFID 的性能得到了改進，它在很大程度上解決了遠距離、大流量、抗干擾、高速移動的標識物的識別難題。本設計完成的RFID標簽與配套的閱讀器可以組成人員或物品識別定位系統，廣泛應用于采礦、工業生產、道路交通、物流運輸、醫療、醫藥、國防安全等眾多領域。