原標(biāo)題：基于射頻識(shí)別讀寫器芯片實(shí)現(xiàn)非接觸式IC識(shí)別器的設(shè)計(jì)

基于P89LPC932微控制器+射頻識(shí)別讀寫器芯片MF RC632+實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563+AT45DB021實(shí)現(xiàn)非接觸式IC識(shí)別器的設(shè)計(jì)方案

引言

非接觸式IC識(shí)別器作為現(xiàn)代自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于門禁系統(tǒng)、公共交通、供應(yīng)鏈管理等多個(gè)領(lǐng)域。本文詳細(xì)介紹了一種基于P89LPC932微控制器、射頻識(shí)別讀寫器芯片MF RC632、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563及AT45DB021存儲(chǔ)器的非接觸式IC識(shí)別器的設(shè)計(jì)方案。該方案充分利用了各芯片的功能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定、安全的非接觸式IC卡識(shí)別與數(shù)據(jù)處理。

一、系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)采用P89LPC932作為核心控制單元，結(jié)合MF RC632射頻識(shí)別讀寫器芯片、PCF8563實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片及AT45DB021存儲(chǔ)器，構(gòu)建了一個(gè)高性能的非接觸式IC識(shí)別器。系統(tǒng)具有讀寫速度快、識(shí)別準(zhǔn)確率高、防監(jiān)聽、防解密能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種自動(dòng)識(shí)別場(chǎng)景。

二、主控芯片型號(hào)及作用

2.1 P89LPC932微控制器

型號(hào)說(shuō)明：
P89LPC932是飛利浦公司生產(chǎn)的一款高性能、低功耗的單片封裝微控制器，屬于高速51系列產(chǎn)品。該芯片集成了豐富的系統(tǒng)級(jí)功能，適合要求高集成度、低成本的場(chǎng)合。

在設(shè)計(jì)中的作用：

1. 核心控制：作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，P89LPC932負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各模塊的工作，執(zhí)行指令集，處理數(shù)據(jù)交互。

2. 指令執(zhí)行：其高性能的處理器結(jié)構(gòu)使得指令執(zhí)行時(shí)間僅需2～4個(gè)時(shí)鐘周期，遠(yuǎn)快于標(biāo)準(zhǔn)80C51器件，提高了系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。

3. 電源管理：通過(guò)軟件控制，P89LPC932能夠有效地管理各模塊的供電，降低系統(tǒng)功耗，提高電源使用效率。

4. I/O資源管理：利用P89LPC932豐富的I/O資源，可以方便地連接各種外設(shè)，如射頻識(shí)別模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)模塊等。

2.2 MF RC632射頻識(shí)別讀寫器芯片

型號(hào)說(shuō)明：
MF RC632是飛利浦公司推出的高集成度非接觸通訊讀卡IC，適用于工作頻率為13.56MHz的非接觸式智能卡和標(biāo)簽，支持ISO1443和ISO15693等多種非接觸式標(biāo)準(zhǔn)。

在設(shè)計(jì)中的作用：

1. 射頻識(shí)別：MF RC632通過(guò)改變射頻信號(hào)的振幅，實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID智能卡、標(biāo)識(shí)和標(biāo)簽的識(shí)別與讀寫。其特別的調(diào)制解調(diào)概念，使系統(tǒng)能夠靈活應(yīng)對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景。

2. 數(shù)據(jù)交互：該芯片提供的并行接口可直接連接到P89LPC932等8位微處理器，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，SPI總線接口也為I/O資源有限的設(shè)計(jì)提供了有效解決方案。

3. 兼容性：MF RC632的設(shè)計(jì)與飛利浦現(xiàn)有的讀取IC管腳到管腳兼容，便于系統(tǒng)集成與升級(jí)。

2.3 PCF8563實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片

型號(hào)說(shuō)明：
PCF8563是一款低功耗、可編程的CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷芯片，具有時(shí)鐘輸出、中斷輸出和低電壓檢測(cè)功能。所有地址和數(shù)據(jù)均通過(guò)串行I2C總線傳輸，最高速率可達(dá)400kbps。

在設(shè)計(jì)中的作用：

1. 時(shí)間基準(zhǔn)：為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)記錄與處理的時(shí)效性。

2. 時(shí)間管理：通過(guò)編程，PCF8563可實(shí)現(xiàn)定時(shí)喚醒、定時(shí)中斷等功能，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

3. 低功耗：低功耗設(shè)計(jì)使得PCF8563在電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出色，延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用壽命。

2.4 AT45DB021存儲(chǔ)器

型號(hào)說(shuō)明：
AT45DB021是一款高性能的Flash存儲(chǔ)器，具有大容量、高速度、低功耗等特點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)置、用戶數(shù)據(jù)等。

在設(shè)計(jì)中的作用：

1. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，AT45DB021負(fù)責(zé)存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)置、用戶數(shù)據(jù)、歷史記錄等信息。

2. 數(shù)據(jù)保護(hù)：Flash存儲(chǔ)器的特性使得數(shù)據(jù)在斷電后不會(huì)丟失，保證了數(shù)據(jù)的持久性和安全性。

3. 快速訪問(wèn)：高速度的數(shù)據(jù)訪問(wèn)能力使得系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)數(shù)據(jù)處理需求，提高用戶體驗(yàn)。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)主要由P89LPC932微控制器、MF RC632射頻識(shí)別讀寫器芯片、PCF8563實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、AT45DB021存儲(chǔ)器以及必要的電源管理、接口電路等部分組成。各芯片通過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌陔娐愤B接到P89LPC932微控制器，形成一個(gè)完整的硬件系統(tǒng)。

3.2 接口電路設(shè)計(jì)

• MF RC632接口電路：MF RC632通過(guò)并行接口或SPI接口與P89LPC932連接。在本設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)和提高數(shù)據(jù)傳輸效率，選擇并行接口方式。需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換和緩沖電路，以確保信號(hào)的完整性和穩(wěn)定性。

• PCF8563接口電路：PCF8563通過(guò)I2C總線與P89LPC932通信。I2C總線接口電路簡(jiǎn)單，只需連接SCL（時(shí)鐘線）、SDA（數(shù)據(jù)線）以及電源和地線即可。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，需注意I2C總線的上拉電阻和總線電容的選取，以確保通信的穩(wěn)定性和可靠性。

• AT45DB021接口電路：AT45DB021同樣通過(guò)SPI接口與P89LPC932連接。SPI接口電路包括MISO（主設(shè)備輸入/從設(shè)備輸出）、MOSI（主設(shè)備輸出/從設(shè)備輸入）、SCK（時(shí)鐘信號(hào)）以及CS（片選信號(hào)）等信號(hào)線。需要設(shè)計(jì)合適的電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)電路，以匹配P89LPC932的SPI接口要求。

3.3 電源管理

系統(tǒng)采用適當(dāng)?shù)碾娫垂芾矸桨?，以確保各芯片在穩(wěn)定的工作電壓下運(yùn)行。P89LPC932、MF RC632、PCF8563和AT45DB021等芯片的工作電壓范圍可能有所不同，因此需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)碾妷恨D(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路。同時(shí)，考慮到系統(tǒng)的低功耗要求，可以設(shè)計(jì)電源休眠和喚醒機(jī)制，以在不需要時(shí)關(guān)閉部分電路的供電，從而降低系統(tǒng)功耗。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件架構(gòu)

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)劃分為多個(gè)功能模塊，包括射頻識(shí)別模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及主控制模塊等。每個(gè)模塊負(fù)責(zé)完成特定的功能，并通過(guò)接口函數(shù)與主控制模塊進(jìn)行交互。

4.2 射頻識(shí)別模塊

射頻識(shí)別模塊負(fù)責(zé)控制MF RC632芯片進(jìn)行RFID卡的讀寫操作。該模塊需要實(shí)現(xiàn)RFID卡的檢測(cè)、認(rèn)證、數(shù)據(jù)讀寫等功能。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)處理算法，以確保RFID卡的正確識(shí)別和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確讀寫。

4.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊

實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊負(fù)責(zé)管理PCF8563芯片的時(shí)間信息。該模塊需要實(shí)現(xiàn)時(shí)間的讀取、設(shè)置、校準(zhǔn)以及定時(shí)中斷等功能。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要編寫相應(yīng)的I2C通信程序和時(shí)間管理算法，以確保系統(tǒng)時(shí)間的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

4.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)控制AT45DB021芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取操作。該模塊需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入、讀取、刪除以及數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)等功能。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要編寫相應(yīng)的SPI通信程序和文件管理系統(tǒng)算法，以確保數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)和高效訪問(wèn)。

4.5 主控制模塊

主控制模塊是整個(gè)軟件系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各功能模塊的工作。該模塊需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化、任務(wù)調(diào)度、異常處理以及用戶交互等功能。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要編寫清晰的控制流程和邏輯判斷語(yǔ)句，以確保系統(tǒng)能夠按照預(yù)定的方式運(yùn)行并響應(yīng)用戶的操作。

五、系統(tǒng)測(cè)試與優(yōu)化

在系統(tǒng)開發(fā)完成后，需要進(jìn)行全面的測(cè)試以驗(yàn)證系統(tǒng)的功能和性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。測(cè)試內(nèi)容包括射頻識(shí)別準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)時(shí)鐘精度、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠性以及系統(tǒng)整體穩(wěn)定性等方面。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的優(yōu)化和調(diào)整，以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

六、結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了一種基于P89LPC932微控制器、MF RC632射頻識(shí)別讀寫器芯片、PCF8563實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片和AT45DB021存儲(chǔ)器的非接觸式IC識(shí)別器的設(shè)計(jì)方案。該方案充分利用了各芯片的功能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定、安全的非接觸式IC卡識(shí)別與數(shù)據(jù)處理。通過(guò)合理的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，系統(tǒng)能夠滿足多種自動(dòng)識(shí)別場(chǎng)景的需求，并具備較高的實(shí)用價(jià)值和推廣前景。