基于ATMEGA64L的RFID读卡器设计

　　概述

　　RFID(无线射频识别技术)作为一种新兴的非接触自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，可识别高速运动物体，可同时识别多个标签，可工作于恶劣环境，操作快捷方便，在物流、交通、收费、身份识别等众多领域有广泛应用。RFID技术在国外发展的很快，RFID产品种类很多，像TI， MOTOROLA，PHILIPS等世界著名厂商都生产RFID产品，并且它们的产品各有特点，自成系列。目前，中国射频识别技术及应用处于初级发展阶段。RFID技术作为一种新兴的自动识别技术，也已开始在国内应用，并且应用领域越来越广。

　　本文把RFID技术应用到物流系统中，实现了基于RFID技术的物流系统的软硬件原型。

　　系统硬件设计

　　为了增强读写模块的通用性和扩展性，在硬件设计时遵循模块化的设计思想。整个读写模块由三大部分组成：

　　。主控MCU，主要提供对射频读写芯片的控制操作。

　　。射频读写芯片，负责接收主控MCU的控制信息并完成与RFID卡的通信操作。为了正常工作，射频读写芯片须选用合适的并行接口与MCU连接。而为了发送、接收稳定的高频信号，射频读写芯片要通过高频滤波电路与天线部分连接。

　　。天线部分，包括线圈及匹配电路。

　　在所设计的TRH031M评估板中，主控MCU主要由微控制器ATMEGA64L和电源电路、复位电路、晶振电路、JTAG接口、RS-232串口接口组成;同时增加了人机接口显示电路，采用EDM12864液晶显示控制器;射频读写芯片采用TRH031M多协议读卡器芯片。微控制器ATMEGA64L和TRH031M之间通过锁存器SN74HC373N连接。TRH031M评估板总体设计见图1。

　　图1 TRH031M评估板总体设计框图

　　RFID接口电路

　　TRH031M是一款三合一的芯片，兼容ISO14443 Type A&B以及ISO15693协议。TRH031M工作电压范围在2.7V-3.6V，最大特点是功耗极低，芯片的封装方式也特别适合用在手持机方面的产品上。MCU对TRH031M的控制是通过对其内部寄存器的读写来实现的。TRH031M内部共有64个寄存器，分成8页，每页8个寄存器。

　　ATmega64L是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega64 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

　　ATmega64L通过 TRH031M并行接口实现对TRH031M芯片的控制和数据传输。Atmega64L对TRH031M的并行接口采用独立的读、写信号线连接，用两个 I/0引脚分别控制TRH031M的读、写信号线。为了节省I/O口，这里采用了地址/数据线复用的方式，这样就不需要专门的I/O口来控制地址线。 ATmega64L与TRH031M连接示意图参见图2。

　　图2 ATmega64L与TRH031M连接示意图

　　ATmega64L的 PTA0～PTA7连接TRH031M的DATA0～DATA7，作为数据/地址线，传输数据及地址信息。由于采用数据/地址复用的连接方式，Atmega64L 的PTA0～PTA7通过锁存器SN74HC373DBLE与TRH031M的地址线引脚A0，Al，A2连接。

　　天线电路

　　TRH031M的天线部分组成，主要分为发射和接收部分，发射部分又分为EMC低通滤波器，天线匹配部分和天线线圈。天线直接连接到TRH031M.，图3为天线的结构原理图。

　　图3 天线结构原理图

　　由RTH031M的数据手册可知，芯片模拟部分(不含接收机部分)作为负载时，负载阻抗最高为15W。这是因为优化设置输出阻抗为15W时，这时可以达到最低噪音，最大增益和最大输出功率。

　　天线的阻抗我们按500W进行匹配。

　　EMC低通滤波器

　　TRH031M系统工作于 13.56MHz频率下，这一频率是由石英晶体振荡器产生。但是除了13.56MHz以外，还会有可能以高次谐波的方式向外发射。为了符合国际EMC 规定，13.56MHz 中的三次五次和高次谐波要被良好地抑制，因此，必须要有一个合适的滤波器滤波输出信号以满足此规定。为了减少信号线上的干扰，使用了EMC高频滤波电路。 EMC滤波电路和接收电路的原理图见图4。低通滤波器由L0和C0组成，它们的值见表1。

　　表1

　　图4 EMC滤波电路和接收电路的原理图