低功耗便携式射频巡更读写器设计

　　图3 蜂鸣器驱动电路

　　时钟电路设计

　　实时时钟采用低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片PCF8563实现，PCF8563提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，其所有地址和数据通过I2C 总线接口串行传递（由STC89LE58R的P1.6和P1.7构成模拟I2C串行口）。时钟电路主要是采集实时时间，以便进行实时跟踪记录。同时考虑到PCF8563为实时时钟芯片，在没有外接电源时仍然要求连续供电，以保持时间的准确无误。所以，该部分电路还加了掉电保护功能。

　　通信接口设计

　　本系统采用USB进行通信，USB接口芯片采用的是CH375，支持HOST主机方式和SLAVE设备方式。在USB主机方式下，CH375提供了并行和串行两种通信方式，本次设计中采用并口通信方式，通过8位被动并行接口的D7～D0、RD、WR、A0、CS直接挂接到MCU的系统总线上，电路连接简单。CH375内置了处理海量存储设备的专用通信协议的固件，所以读写器系统的MCU可通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通信，可将U盘作为可移动的大容量存储器，无须详细了解USB通信协议，便可能数据进行读写操作。

　　系统软件设计

　　系统软件设计主要分为三部分，即对FM1702N的应用程序设计、USB接口程序设计和主程序设计。

　　读写器从休眠中被唤醒后进行卡探测，如果有卡或有通信请求，就进行读卡、写记录、通信等正常的工作过程，工作结束就进入休眠。如果无卡，就直接进入休眠状态。唤醒脉冲固定500ms一次，正常工作状态时，屏蔽唤醒中断。所以终端在无卡状态下，每间隔500ms被唤醒一次，进行卡探测。卡探测的时间就是电流的主要消耗时间，因此缩短卡探测的时间是很关键的。本设计的系统卡探测时间为2ms，这样，终端在无外界干预的情况下实现卡探测，功耗很低。在无卡状态下，每个500ms循环中，有2～3ms处于工作状态，瞬态最大电流为40mA，有497～498ms处于休眠状态，电流只有几个微安，总体平均电流为 50μA，从而达到手持式终端的低功耗的要求。

　　MCU采用C51语言编程，系统软件流程图如图4所示。 

　　图4 系统软件流程图

　　读写器的功耗测试结果

　　当对设计好的系统进行实际测试时，经常发现功耗并不像理论上计算的那样小。此时，首先要分清电能主要是MCU本身消耗了还是I/O引脚驱动外围电路消耗了。最简单的判断方法是分别测出MCU电源输入引脚的电流和MCU接地引脚的电流，只有当两者的数值基本相等时，整个系统的功耗最低。可从以下几个方面进行分析：所有输入引脚不能悬空。如果悬空的将使得数字输入缓冲区产生切换电流，从而增大功耗。所有未用的引脚设置为输出，并设置为固定的高电平或低电平。如果MCU电源输入引脚电流和接地引脚流出电流不相等，则I/O引脚一定输出或吸收了电流，应该仔细查找输出或吸收电流的I/O引脚并采取的措施以降低功耗。检查是否所有片上的外围电路都给关闭了，否则外围电路会消耗额外的电流。

　　本设计的测试结果如下：待机电流为7mA，在读写 IC卡时电流为38mA。读写器的功耗和输入电压密切相关，输入电压升高，读写器的功耗也相应加大，所以合理选项用输入电压很重要。若以3节5号镍氢电池供电，读写器可连续工作半年以上。对设计实现的读写器进行测试，结果表明：一般环境中可在0～8cm范围内寻到IC卡；读写距离为0～4cm，正常完成各项工作设计功能，运行稳定，基本达到了技术指标要求。

　　然而，本次设计在很多方面需要改进，例如，可为读写器加上LCD显示，加装键盘；本设计没有考虑到上位机的软件设计问题；应用程序可以进一步的优化，以提高程序的执行效率。