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基于AVR单片机和EM4094射频卡读写基站的多协议读写器的设计

来源:中国一卡通网  作者:不详  发布时间:2012-09-24 09:28:52  字体:[ ]

关键字:读写器  单片机  读写基站  

摘   要:  本文就说明了怎样利用EM Microelectronic公司的EM4094 RFID读写基站(又称读写芯片、模拟前端模块、基站芯片、收发器)来构建支持多种协议的13.56MHz通用型或能满足上述特定要求的特殊RFID读卡器。


  除了BPSK协议,EM4094没有集成其它帧解码器。一个集成的848kHz BPSK解码器可使微控制器不再需要执行这一苛求的ISO14443 Type B特殊操作,从而允许读卡器制造商选择一个成本效益比更好的微控制器。

  EM4094对于单片机的要求

  EM4094-ISO15693协议对单片机的要求

  • ~3800 字节的程序FLASH内存;

  • ~345 字节的SRAM;

  • 1个带有捕获模式的定时器T1 (ICP1 feature);

  • 3 个I/O接口 (DOUT、 DIN、DCLK);

  •看门狗(可设置为2.2s);

  • 8MHz 晶振;

  • RFID 通讯过程中没有不允许外部中断;

  •支持 ISO15693的优化设计。

  EM4094-ISO14443 A-B-C 协议对于单片机的要求

  • ~15k字节的程序FLASH内存;

  • ~500B字节的SRAM;

  • 2个带有捕获模式的定时器T1、T3;

  •看门狗(可设置为2.2s);

  • 16MHz晶振;

  • RFID 通讯过程中没有不允许外部中断;

  •提供专用固件来支持ISO14443 A、B、C 标准。

  AVR单片机的优点

  ATMEL的AVR系列单片机是一个优秀的RISC 结构单片机系列与MCS51 相比其有以下一些典型特点:

  • AVR的机器周期为1 个时钟周期绝大多数指令为单周期指令因此每MHz时钟有接近1MIPS 的性能;

  •程序存贮器与数据存贮器有分开的总线程序可以高效地执行8MHz 频率下工作的AVR 相当于224MHz 频率下工作的MCS51;

  •内置可重复编程的FLASH 程序存贮器和EEPROM 数据存贮器支持对单片机的在系统编程ISP 在生产中可以先装配后编程从而缩短工艺流程和节约购买万用编程器的费用并且可以方便地升级或修改程序;

  •内置上电复位电路和看门狗定时器电路在提高产品可靠性的同时降低了电路的成本;

  •部分AVR单片机与MCS51 系列单片机管脚兼容如AT90S1200/2313 对应AT89C1051/2051,AT90S4414/8515 对应AT89C51/52。因此可以做到一套PCB板对应两套电路增加了用户备货的可选择性和灵活性;

  •定时/计数器的功能大大增强串口通信时波特率发生不占用定时器。

  硬件设计注意事项

  电源设计

  首先,我们简要讨论一下EM4094的电源设计。该芯片有三个不同的电源引脚,其中的VDDA1和VDDA2用于给内部的天线驱动器ANT1和ANT2供电。每个驱动器可独立受电。由于这两个驱动器可能产生或同步较大的电流,因此建议在VDDA1和VDDA2两引脚之间接入一个3.3μF的电容以给天线提供足够的能量。另外,我们还建议在该电容边上并联两个电容值分别为1nF和100nF的电容,以对电源进行去耦和滤波。

  第三个电源引脚VDD用于给所有其它的内部模块供电。在这条电源线上,工程师将不得不为了上面提到的同样原因接入两个电容值分别为1nF和100nF的滤波电容,它们最好采用由COG和X7R等介电材料制成的陶瓷电容,因此类电容的容差小和温度稳定性较高。这里很重要的一点是,应对这三条电源线施加相同的电压(3.3V或5V)。这些电源线还应当与模拟地相连。 

  振荡器输入

  连接在OSCIN和OSCOUT两个引脚上的外部晶体提供13.56MHz的信号,这一信号将被送至天线驱动器的输出端。跨接于晶振两端的两个NPO电容用于确保晶振的起振和稳定性。NPO电容值由EM4094的可选跨导(通过一个寄存器标识选择)和晶体参数决定。 



  图1 工作原理图



  带隙参考输出(AGD)

  带隙参考电压被不同的内部模块用作模拟参考电压。为了确保读卡器芯片的稳定性和可靠性,用一个1nF和 100nF的电容对AGD电压进行适当去耦是非常重要的。如同在前文所说的那样,我们推荐使用采用COG或X7R电介质材料制造的陶瓷电容。 

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