RFID开发技术及实践（西电版）第3章RFID阅读器开发基础

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1、第3章RFID阅读器开发基础3.1阅读器电路组成3.2AVR单片机概述3.3AVR时钟与熔丝位3.4AVR通用I/O口3.5AVR中断3.6AVR定时器3.7AVRUSART3.8AVRSPI3.1阅读器电路组成从电路上来看，阅读器是一个嵌入式系统，一般由MCU控制器、射频收发、通信接口、天线以及其他外围电路组成，其组成如图3-1所示。　　本章将首先讲解阅读器电路组成，然后讲解作为阅读器核心MCU的AVR单片机及其外围电路。具体收发通道等会根据不同频段RFID系统的需求将在后续章节进行分析和讲解。图3-1阅读器组成3.1.1MCU及外围电路MCU是阅读器的核心，配合外围

2、电路完成收发控制、向应答器发送命令与写数据、应答器数据读取与处理、与应用系统的高层进行通信等任务。MCU及外围电路的结构如图3-2所示。　　本书配套阅读器的MCU为Atmel公司出品的AVR单片机，具体型号为Atmega16A。图3-2MPU及外围电路的结构3.1.2收发通道收发通道主要负责数据的链路和无线链路，由以下两部分组成：发送通道，包括编码、调制和功率放大电路，用于向应答器传送命令和写数据。接收通道，包括解调、解码电路，用于接收应答器返回的应答信息和数据。　　其收发通道电路的结构如图3-3所示。　　另外，需要注意的是在实际的电路设计中，根据应答器的防碰撞

3、能力的设置，还应考虑防碰撞电路的设计。图3-3收发通道电路的结构3.1.3天线阅读器和应答器都需要安装天线，天线的应用目标是取得最大的能量传输效果。选择天线时，需要考虑天线类型、天线的阻抗、应答器附着物的射频特性、阅读器与应答器周围金属物体等因素。RFID系统所用的天线类型主要有偶极子天线、微带贴片天线和线圈天线等。偶极子天线辐射能力强，制造工艺简单，成本低，具有全面方向性，常用于远距离RFID系统。微带贴片天线的方向图是定向的，工艺较复杂，成本较高。线圈天线用于电感耦合方式的RFID系统中(阅读器和应答器之间的耦合电感线圈在这里也称为天线)。线圈天线适用于近距离的

4、RFID系统，在超高频频段和工作距离、方向不定的场合难以得到广泛应用。　　在应答器中，天线和应答器芯片是封装在一起的，由于应答器尺寸的限制，天线的小型化和微型化现已成为RFID系统性能的重要因素。近年来研制的嵌入式线圈天线、分型开槽天线、地坡面圆极化EBG(电磁带隙)天线等新型天线为应答器天线小型化提供了技术保证。3.2AVR单片机概述1997年，Atmel公司挪威设计中心的A先生和V先生利用Atmel公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集高速8位单片机，简称AVR。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通信设备和家用电器等各

5、个领域。3.2.1AVR主要功能特性AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆和单体高速输入/输出的方案，既提高了指令执行速度，又克服了瓶颈现象，增强了功能。同时也减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。因而，AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本等诸多方面取得了优化平衡。AVR单片机其他特点如下：　　哈佛结构，具备1MIPS/MHz的高速运行处理能力。　　超功能精简指令集(RISC)，具有32个通用工作寄存器。快速地存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小和执行效率。部分型号Flash非常大，特别适

6、用于使用高级语言进行开发。　　作输出时可输出40mA(单一输出)；作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10～20mA灌电流的能力。片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠。　　大部分AVR片上资源丰富：带EEPROM、PWM、RTC、SPI、USART、TWI、ISP、AD、AnalogComparator和WDT等。　　大部分AVR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或销毁应用程序。3.2.2ATmega16AATmega16A是AVR系列单片机中的一个型号，因其功能丰富、性价比

7、高而被广泛应用。ATmega16A常用的有两种封装，分别为40引脚PDIP封装和44引脚TQFP封装。其中，40引脚PDIP封装如图3-4所示，44引脚TQFP封装如图3-5所示。本书配套读写器的ATmega16A采用44引脚TQFP封装。ATmega16A引脚功能较多，其具体说明如表3-1所示。图3-440引脚PDIP封装图3-544引脚TQFP封装表3-1ATmega16A引脚说明3.3AVR时钟与熔丝位AVR单片机的运行，需要有时钟的驱动，而时钟源的选择需要设置相关熔丝位。3.3.1AVR系统时钟AVR有一套时钟系统，也