课程设计（论文）-无线识别装置中无源式应答器的设计.doc

1 无线识别装置中无源式应答器的设计 第一章第一章 绪论绪论 射频识别技术是无线电技术在自动识别领域应用中的具体运用。它通过射频信号自动识 别目标对象并获取相关数据。近年来，随着芯片技术，天线技术以及计算机技术的不断发展， rfid 系统的体积，功耗越来越小，成本越来越低，功能日趋灵活，操作快捷方便，加上其 擅长多目标识别，运动目标识别，方便物品跟踪和物流管理的突出特点，rfid 系统日益广 泛的应用于各种生产生活场所，扮演着越来越重要的角色，被评为“带来了一个进化的无线 市场” 。 本文论述了作者大学期间进行的 rfid 技术在无线识别装置中无源式应答器的研究与设 计实践。 1.1 rfid 系统 1.1.1 什么是 rfid 系统 rfid（radio frequency identification）系统称为射频识别系统。它不传统意义上的 识别方式的本质区别在于：它的能量供应和数据交换是运用无线电和雷达技术实现的。rfid 系统一般由两个部分组成:阅读器和应答器。如图 1.1 所示，是 rfid 系统的基本结构。 图 1.1 rfid 系统的基本结构 fig. 1.1 the basic structure of rfid system 应答器是射频识别系统（rfid）的数据载体，它通常放在需要识别的物件上，可以发送 和接收信息，并以此进行读/写操作。应答器分为两大类，即：有源应答器和无源应答器。 所谓有源应答器顾名思义就是自己提供能量，来进行信息的收发；而我们通常意义上所讲的 应答器都是指无源应答器，它由耦合组件和微电子芯片组成。在阅读器的响应范围外，它处 于无源状态；而在阅读器的响应范围内，它才处于有源状态，所以我们称之为无源应答器。 而它工作所需要的能量要通过耦合单元的传输。当然，有源应答器和无源应答器都有自己的 缺陷，比如，有源应答器它就要在芯片上提供一个电源，这就增加了应答器的体积，而且如 射频识别阅读器 计算机 应答器（非接触 数据载体） 时序 能量 耦合组件（线 圈，微波天线） 2 果是集成的话还限制了应答器的寿命，因为不管应答器的工作功率有多小，待机模式的耗电 有多么的少，但是它总要消耗一定的能量，当然如果电池可换的话就是另外一回事了，前提 当然是要牺牲体积了。而无源应答器的一个致命的缺点便是工作距离，关于这部分的解释作 者会在后面的章节详细的介绍，在这里就不想再多占篇幅了。 应答器有几种实现的方式，通常我们接触到的射频卡就是一种比较常见的模式，还有一 种是以器件的形式实现的，它的数据可以读、写、改，而且它的功能也要比射频卡强得多， 比如在本课题识别上的应用，我们甚至可以看到它响应阅读器指令的结果：如果认证成功， 则在应答器的终端显示结果；如果失败，则可以显示结果并给出失败的原因。当然如果设计 和微机的接口的话就更方便数据的管理了，但是一个比较大的缺点就是体积太大了，不过在 本文的设计中，作者以功能的实现为主要目标，所以其它的问题都是课题以后仍旧要努力的 目标。 1.1.2 rfid 系统的发展状况 自动识别系统出现了迅速的发展，而且技术种类繁多。相继出现的主要自动识别系统有： 条码系统、光学码系统、光学符号识别系统、生物识别法(包括语音识别、指纹鉴定法等)、 ic 卡、射频识别(rfid)系统。 射频识别系统是 ic 技术的延伸和发展，它是无线电电频率识别的简称，即通过无线电 波进行识别，同其它识别系统相比，射频识别有很多的优点。因此，射频识别开始有了较大 的市场占有率，并且正在逐步取代原有的很多自动识别系统，如表 1.1 所示，表明了射频识 别和其它的识别系统相比，有很多的优点： 1)使用时无需和阅读器接触，操作快捷。 2)抗干扰性强，允许多个应答器的同时操作。 3)配合具体应用，具有多种工作距离。 4)由于使用时没有机械触点，提高了反应的可靠性和设备的寿命。 5)应答器可以多功能使用。 6)安全性高。 7)不怕污染，可以在很恶劣的条件下替代其它接触式的识别方式。 rfid 系统最早的运用是在 1945 年，二次世界大战中用于战斗机 iff(identify friend or foe)。但是作为真正的广泛应用却是近十几年的事情。比如 1985 年底瑞士开始投入研究 铁路管理的 rfid 系统，到 1989 年共用了 4 年的时间才成功的将其应用到铁路管理系统，使 铁路的管理以及火车的调度效率得到了大大的提高。到了 90 年代，国外有大量的研究及生 产 rfid 系统的机构、公司成立，所有的这些都促进了 rfid 系统的标准化。比如 iso 于 1995 年后相继推出了 iso-11784 动物识别，iso-10374 集装箱等标准。 近年来在国外有很多公司都投入了一定的力量来研究移植性强的 rfid 系统的统解决方 案，如 tagmaster、ti、motorola、intel等；在韩国已经成功地将研究成果应用到了 公交行业；欧盟将 rfid 技术用到“icare”和“calypso”项目上，形成了一个基于 rfid 技 术的“信用卡”系统；德国汉莎航空公司对高频率乘客发放的 miles&more 卡，也是用 rfid 3 技术的，大大提高了机场的效率，节省了乘客的时间。这些应用的成功标志着 rfid 系统已 经取得了信息系统中举足轻重的地位。现在国外已经在许多领域，比如：服务领域、货物销 售、后勤分配、商业部门、生产企业和材料流通等领域得到了快速的普及和推广。 而在我国也有很多公司在进行这项技术的开发，如上海科芯智能卡科技有限公司、烟台 威尔数据系统有限公司、杭州力汇电子有限公司、tagmaster(中国)有限公司、北京兰德华 电子技术有限公司、上海华虹集成电路有限公司等，且已经开发了许多产品。这些产品已广 泛用于服务、销售、分配等领域，如动物识别器、卡门禁机、指纹考勤机、电子闭锁防盗专 置、产品产量统计、产品质量跟踪、产品防伪、公交车系统等。 1.2 主要工作及章节提要 无线识别装置是 2007 年索尼杯全国大学生电子设计竞赛中的一个题目，无线识别装置 由阅读器和应答器组成，本文所论述的主要工作是无线识别装置中的无源式应答器的设计， 无源部分的实现一是应答器上要有为应答器工作提供能量的无源单元，二是阅读器 所以尽管会涉及到阅读器部分，但是重点无疑是在应答器部分，而本论文的工作也将着重介 绍无源式应答器部分。在本设计中的要求是不能使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片， 所以在设计中基本都采用的是集成电路和分离元件，而在无源式应答器和阅读器当中分别采 用了 pt2262 编码芯片和 pt2272 解码芯片，这样不仅系统组成简单，成本低，功耗小，而且 pt2262 起始工作电压低，能很好的满足无源式应答器的无源要求。 章节提要：章节提要： 第一章主要介绍了射频识别（rfid）系统的定义、组成以及 rfid 系统的发展状况。 第二章是本人设计无线识别装置所提出的总体方案和调制方式的方案并对这些方案进行 的论证和比较。 第三章是无线识别装置总体电路设计，包括了阅读器部分以及无源式应答器部分的组成 方框图和总体电路图。 第四章是无线识别装置各主要电路设计，包括耦合线圈的匹配理论，阅读器的发射电路 分析、接收电路分析、有源晶振单元、功率放大单元、电源单元以及 pt2272 解码单元，并 着重介绍了无源式应答器的电路设计，包括无源式应答器的电源单元、555 时钟单元以及 pt2262 编码单元，在本章最后列出了该系统阅读器和无源式应答器的工作流程图。 第五章介绍的是作者对该系统进行测试的测试方法与测试数据。 第六章是作者对无线识别装置设计的总结以及对无线识别装置的展望。 4 第二章 无线识别装置方案论证与比较 2.1 总体方案论证与比较 方案一：方案一：如图 2.1 所示，采用单片机与有源晶振振荡器组成无线识别系统。阅读器：用 串口通信方式扫描应答信号，接受到应答信号后，判别其是否有效，若有效则显示应答器信 息，并蜂鸣提示。应答器：当靠近阅读器时，通过线圈耦合获得工作能量，读取拨码开关状 态，发送应答信号。 特点：采用单片机异步串口通信方式，具有较高的显示正确率。但对于本设计任务，考 虑到耦合能量有限，不足以驱动单片机。该方案不太合适。 89s5289s52 耦合线圈耦合线圈 串口无线传输 无源式应答器阅读器 图 2.1 无线识别装置方案一方框图 fig.2.1 block diagram of the first programme of wireless identification device 振荡器 拨码开关发光二极管 检波 整形 方案二：方案二：如图 2 所示，采用 pt2262 编码芯片，与 pt2272 解码芯片组成无线识别系统。 应答器通过四位拨码开关进行卡号设置，pt2262 对卡号进行编码并通过耦合线圈发射出去； 阅读器通过耦合线圈接收信号并交给 pt2272 解码芯片译码输出应答器卡号，由发光二极管 显示。 特点：系统组成简单，成本低，功耗小，且 pt2262 起始工作电压低非常适合能量供应 有限的场合。 编码 芯片 解码 芯片 发光二极管 四位拨码开关 耦合线圈耦合线圈 无线传输 无源式 应答器 阅读器 图 2.2 无线识别装置方案二方框图 fig.2.2 block diagram of the secend programme of wireless identification devices 5 结合以上分析实际情况，我们采用方案二。 2.2 调制方式论证与比较 方案一：方案一：频移键控（fsk） 。传输速率快，数据正确率高，但调制电路复杂，成本高，尤 其功耗较高，而且解调电路较为复杂。本题目要求低功耗，且对通讯指标要求不是很苛刻， 如传输数据正确率80%，响应时间5s，故不宜选用该方案。 方案二：方案二：幅移键控（ask）。调制电路简单，功耗较低，常用于简单的低速数据通信， 解调电路也十分简单，满足本设计任务要求，综合考虑我们选用该方案。 2.3 555 时钟电路的控制对象论证与比较 方案一：方案一：用 555 时钟电路控制阅读器和应答器，也就是在阅读器和应答器当中都使用 555 时钟电路。当阅读器向应答器辐射能量时应答器只接收能量，当应答器进行编码并发射 时阅读器停止向应答器辐射能量而只接收应答器发来的编码信号并对其进行解码和显示，但 在实际工作中，很难保证阅读器和应答器同步，所以不采用此方案。 方案二：方案二：用 555 时钟电路控制应答器，阅读器不使用该电路。这样的设计就是让阅读器 不停地工作，定时电路控制应答器接受能量、储能以及编码并发送，但因为应答器的输出功 率太小，如果阅读器那边连续辐射信号，阅读器就无法接收到应答器的信号，所以也不采用 此方案。 方案三：方案三：用 555 时钟电路控制阅读器，应答器不使用该电路。也就是应答器会不停地工 作，而阅读器间歇的工作，这样就能够很好的保证阅读器能够接收到应答器发送的编码信号 并进行解码显示。所以本设计中采用此方案。 2.4 功率放大电路设计的论证与比较 方案一：方案一：采用 3355 和 2035 两种三极管的功率放大电路，如图 2.3 所示。 这个放大电路理论上能够满足本设计的需要，但在实际操作的过程中因为实验室的接地 不好，电烙铁带电，3355 很容易烧坏，因此本设计中不采用该方案。 方案二：方案二：采用 9014 和 2053 的功率放大电路，用 9014 代替 3355。 6 该电路不仅能够满足本设计的需要而且 9014 不易烧坏、工作也比较稳定，因此本设计 中采用该方案 7 第三章 无线识别装置总体电路设计 对于无线识别装置本设计采用这样的设计思想：阅读器所需电能由单电源供电，首先振 荡电路产生电能，经过放大电路放大后由线圈发射给应答器，应答器线圈接收到能量信号后 对该信号进行放大整流为应答器的提供所需的工作电压，这样就实现了应答器的无源，然后 应答器中有了电能后，pt2262 读取拨码开关值并对其进行编码，编码信号经过 ask 调制后 由振荡电路发射出去，此时阅读器线圈感应到由无源式应答器发送来的编码信号通过检波电 路检波之后发送给 pt2272，pt2272 对编码信号进行解码并在发光二极管上显示，二极管的 显示与无源式应答器的拨码开关值相对应，这样就完成了无线识别。 本章主要介绍了无线识别装置的阅读器和应答器的总体电路设计。 3.1 阅读器部分 如图 3.1 所示，电能由振荡电路产生经后续多级放大电路放大，通过耦合线圈发送出去； 阅读器通过耦合线圈接收应答器发送的信号，信号经检波电路检波后送给 pt2272 串口接收， pt2272 对编码信号进行解调后输出识别结果。振荡电路与检波电路是独立周期工作的，周 期由 555 时钟电路产生，独立工作由继电器控制。 发光二极管 演 pt2272 耦合线圈 检波电路 振荡电路单电源 信号 电磁能 放大电路 555 时钟 电路 继电器 图 3.1 阅读器组成方框图 fig.3.1 block diagram of readers 3.2 无源式应答器部分 如图 3.2 所示，应答器通过耦合线圈谐振耦合获取能量，再经放大整流电路向储能电容 充电获得系统工作所需电能；当电容电压经电压判断电路判断达到指定幅值时，应答器开始 工作，pt2262 读取拨码开关值，并通过串口发送编码信号，此时有源晶振产生载波信号， 编码信号再经 ask 调制，从耦合线圈辐射出去。 8 pt2262 耦合线圈 图 3.2 无源式应答器组成方框图 fig.3.2 block diagram of the passive pransponder 放大整流电路 信号 电磁能 电能 拨码开关 ask 调制振荡电路 3.3 无源式应答器总体电路图 无源式应答器电路，见图 3.3 图 3.3 无源式应答器电路图 fig.3.3 the circuit of the passive pransponder 9 第四章 无线识别装置各主要电路设计 4.1 耦合线圈的匹配理论 耦合线圈的匹配主要采用磁场耦合，通过电感与电容发生 lc 谐振。在指定的频率下， 可以通过改变电感大小或者电容大小，从而达到谐振频率。当两个线圈发生谐振并且靠得比 较近时，其中一个线圈里的电流所产生的磁场在另一个线圈中产生感应电动势。 本设计中的耦合线圈根据大学生电子竞赛的要求采用直径约为 0.5mm 的漆包线密绕 10 圈形成直径为 6.5cm 的线圈，线圈总长 2.14 米，厚度为 5mm。 由圆形线圈的电感计算公式： （4-1）726 . 0 2235 . 0 lg*303 . 2 008 . 0 2 r cb cb r rnl 其中：n 为线圈匝数；r 为线圈的半径(cm)；b 为线圈绕制的长度（cm） ；c 为线圈的厚 度(cm)；耦合线圈 1、2 的电感计算值为 14.1uh，实际测量两个线圈电感值都为 11.2uh,可 以看出电感线圈的计算值与实际值非常接近。 线圈与可变电容组成并联谐振回路，线圈电感为 11.2uh,可变电容容量为 525pf，根 据谐振频率公式： （4-2） 1 2 f lc 可得谐振频率为：21mhz 到 9mhz 之间。对回路进行谐振频率测量得到谐振频率为 11.4mhz。 因而，阅读器采用 11.0952mhz 有源晶振产生接近与谐振频率的能源载波频率。应答器 也采用 11.0952mhz 有源晶振作为载波频率。 4.2 阅读器部分电路设计 本设计的题目是无源式应答器的设计，应答器要实现无源的过程是阅读器发射电路产生 频率为 11.0952mhz 的信号，经过耦合线圈发送至应答器，应答器接收信号后经过无源式应 答器的电源单元为应答器工作提供能量。阅读器发射电路由有源晶振单元和功率放大单元组 成。在本节中将介绍阅读器中与实现无源式应答器功能相关的一部分电路设计。 4.2.1 阅读器发射电路分析 1.阅读器有源晶振单元 阅读器和无源式应答器都采用有源晶振单元，不同的是阅读器的有源晶振单元供电是来 外接电源，而无源式应答器的有源晶振单元则是由自身的电源单元供电，关于有源晶振单元 将会在本章的无源式应答器电路设计部分详细介绍。 2.功率放大单元 如图 4.1 所示，q1、r1、t1、c5 组成缓冲级，增大信号的驱动能力，然后送给由 l2、c10 组成的二阶低通滤波器，滤除放大过程中产生的谐波。q2、l1、r2 组成功率放大级， 10 q2 采用 2sc2053，2053 是高频中功率三极管，有较大的输出功率，而且能够承受较大的电 流，综合功耗和作用距离等相关因素，可知 2053 是极佳的选择。经过 2053 功率放大后的信 号再次经过一个由 l3、c11 组成的二阶低通滤波器，滤除功率放大过程中产生的谐波，以便 使电路工作在最佳状态，最后，能量信号经电感线圈辐射出去，供给应答器使用。 这里需要指出，缓冲级和功率放大级采用的都是甲类放大电路的形式，所以比较容易产 生谐波，所以需要不断的进行滤除高次谐波，使电路工作在最佳状态。而考虑到 9014 的静 态工作点，则必须要使用中周即 t1，如果没有中周，相当于 9014 没有供电，9014 不会工作。 图 4.1 功率放大单元电路 fig.4.1 power amplifier module circuit 4.2.2 电源单元 在阅读器设计中，有源晶振单元和 pt2272 解码芯片使用 5v 电源，功率放大单元采用 8v 供电，因此，使用三端集成稳压器 lm7805 为有源晶振单元和 pt2272 解码芯片提供 5v 电 源，而功率放大单元所需的 8v 由外接电源直接供给，本着简洁实用的原则，电源电路如图 4.2 所示。 图 4.2 阅读器电源单元电路 fig.4.2 power unit circuit of reader 11 4.2.3 555 时钟单元 555 时钟单元在本设计中也起到了关键的作用，它控制着阅读器的工作状态，当 555 输 出高电平时控制振荡电路开始工作，并向应答器辐射能量；当 555 输出低电平时振荡电路停 止工作而 2272 芯片开始工作，对发来的信号进行解码并显示。 555 时钟单元采用 lm555 芯片，lm555 是美国国家半导体公司的时基电路，是使用极为 广泛的的一种通用集成电路。lm555 功能强大、使用灵活、适用范围广，可用来产生时间延 迟和多种脉冲信号，别广泛用于各种电子产品中。 lm555 引脚图及各引脚说明见图 4.3 和表 4.1。 图 4.3 lm555 引脚图 fig.4.3 figure-pin of lm555 表 4.1 lm555 各引脚说明 tab.4.1 the description of pin of lm555 编号名称说 明 1gnd 地线 2trigger 触发 3output 输出 4reset 复位 5control voltage 控制电压 6threshold 阈值 7discharge 放电 8v+ 电源 lm555 时基电路内部由分压器、比较器、触发器、输出管和放电管组成，如图 4.11 所 示，是模拟电路和数字电路的混合体。其中 6 脚为阈值阀，是比较器的输入；2 脚为触发器， 是下比较器的输入；3 脚为输出端，有 0 和 1 两种状态，它的状态由输入端所加电平决定； 7 脚为放电端放电端，是内部放电管的输出，它有悬空和接地两种状态，也是由输出端的状 态决定；4 脚为复位端，低电平时可使输出端为低电平；5 脚为控制电压端，可以用它改变 上下触发电平值；8 脚为电源，1 脚为地。 12 图 4.4 lm555 时基电路内部结构图 fig.4.4 the internal structure of the clock circuit of lm555 lm555 的 8 脚是集成电路工作电压输入端，电压为 518v，以 vcc 表示；从图 4.4 内部 结构图上可以看出，上比较器 a1 的 5 脚接在 r1 和 r2 之间，所以 5 脚的电压固定在 2vcc/3 上；下比较器 a2 接在 r2 与 r3 之间，a2 的同相输入端电位被固定在 vcc/3 上。 在这个图中 1 脚为地；2 脚为触发输入端；3 脚为输出端，输出的电平状态受触发器控 制，而触发器受上比较器 6 脚和下比较器 2 脚的控制。当触发器接收到上比较器 a1 从 r 脚 输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3 脚输出低电平；当触发器接受下比较器 a1 从 s 脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3 脚输出高电平；2 脚和 6 脚是互补的，2 脚 只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于 1vcc/3，此时 3 脚输出高电平。6 脚 为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于 2vcc/3，3 脚输出低 电平，但有一个先决条件，即 2 脚电位必须大于 1vcc/3 时才有效。3 脚在高电位接近电源 电压 vcc，输出电流最大可达 200ma。4 脚是复位端，当 4 脚电位小于 0.4v 时，不管 2、6 脚状态如何，输出端 3 脚都输出低电平。5 脚是控制端。7 脚是放电端，与 3 脚输出同步， 输出电平一致，但 7 脚并不输出电流，所以 3 脚称为实高（或低） 、7 脚称为虚高。 一般可以把 lm555 电路等效成一个大放电开关的 r-s 触发器，如图 4.5 所示。这个特殊 的触发器有两个输入端：阈值端（th）可以看成是置零端 r，要求高电平；触发端（tr）可 以看成是置位端 s，低电平有效。它只有一个输出端 out，out 可等小城触发器的 q 端。放 电端（dis）可以看成有内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的反 q 端控制： 反 q=1 是 dis 端接地；反 q=0 时 dis 端悬空。此外这个触发器还有复位端 r，控制电压端 cv，电源端 vcc 和接地端 gnd。 13 rvcc th 51 48 72 63r s q q gndcv trdis out thrthtroutdis 110接地 101qn保持 *01开路 0*0接地 图 4.5 lm555 等效为 r-s 触发器 fig.4.5 lm555 equivalent to r-s trigger 图 4.6 就是本阅读器的时钟单元，其中 555，r1，c3，r2 组成了周期为 3 秒左右，占空 比为 5/6 的时钟电路，3 脚与有源晶振和继电器相连，用 9014 的导通与截止来控制晶振的 工作与否，而继电器是控制耦合线圈与检波电路的通断。具体来讲就是当 555 输出为1 时，9014 导通，有源晶振模块开始工作，继电器控制的耦合线圈与检波电路的断开；当 555 输出为0时，有源晶振模块停止工作，而由继电器控制的耦合线圈与检波电路的连接， 从而使 pt2272 模块开始工作。 图 4.6 lm555 时钟单元 fig.4.6 the structure of the clock circuit of lm555 14 这里需要指出，之所以采用这样的控制方式是因为当应答器向阅读器发射编码信号时的 输出功率太小，如果阅读器正在向外辐射能量，那么阅读器就无法接收到应答器的信号，所 以阅读器一定要间歇的向应答器辐射能量，以保证阅读器能够接收到应答器发射来的编码信 号。在本设计中，555 输出的时钟占空比为 5/6，既使 555 大多数时间都输出高电平，既有 效信号，因为周期是 3 秒，采用这样的占空比可以让晶振电路工作 2.5 秒，停止 0.5 秒，这 样阅读器就可以有 0.5 秒的时间来接收应答器发来的编码信号了。 4.3 无源式应答器电路设计 无源式应答器包括有源晶振单元、无源式应答器的电源单元和 2262 编码单元三部分， 这些单元电路设计将会在下面的小节当中逐一介绍。 4.3.1 无源式应答器的电源单元 如图 4.7 是应答器的电源单元，d6d9 组成了桥整流，c1 为整个应答器储存能量，图 中 l1 就是应答器的耦合线圈。 图 4.7 无源式应答器电源单元 fig.4.7 power unit of the passive transponder 4.3.2 pt2262 编码单元及 pt2272 解码单元 在本设计中 pt2262 和 pt2272 是实现无线识别装置中“识别”的重要的两个芯片， pt2262 用在无源式应答器当中，用来读取拨码开关值并对其进行编码，而 pt2272 用在阅读 器部分，是对无源式应答器发送来的编码信号进行解码并在发光二极管上显示，显示结果与 拨码开关值相同则实现了识别的功能。虽然 pt2272 与无源式应答器的电路设计无关但考虑 到两个芯片关系密切，而且是本系统中的重要组成部分，所以在此一并介绍。 pt2262/2272 芯片是一种 cmos 工艺制造的低功耗低价位通用编解码芯片，是目前在无 线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。pt2262/2272 最多可有 12 位(a0-a11)三 态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供 531441 地址码。 15 pt2262 最多可有 6 位(d0-d5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出，可 用于无线遥控发射电路。编码芯片 pt2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组 成一个完整的码字，解码芯片 pt2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，vt 脚 才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。 pt2262 特点： 1、cmos 工艺制造，低功耗 2、外部元器件少 3、rc 振荡电阻 4、工作电压范围宽：2.6-15v 5、数据最多可达 6 位 6、地址码最多可达 531441 种 pt2262 编码芯片引脚图如图 4.8 所示；各引脚功能如表 4.2 所示。 图 4.8 pt2262 引脚图 fig.4.8 figure-pin of pt2262 表 4.2 pt2262 各引脚功能 tab.4.2 function of pin of pt2262 名称管脚说 明 a0-a11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空), d0-d5 7-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 vcc18 电源正端（） vss9 电源负端（） te14 编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效； osc116 振荡电阻输入端，与 osc2 所接电阻决定振荡频率； osc215 振荡电阻振荡器输出端； 16 dout17 编码输出端（正常时为低电平） 34ms 第二次发送的编码 11ms 第一次发送的编码 图 4.9 pt2262 波形图 fig.4.9 waveform of pt2262 图 4.9 是 pt2262 的一段波形，可以看到一组一组的字码，每组字码之间有同步码隔开。 2262 每次发射时至少发射 4 组字码，2272 只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码时 才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动 vt 端同步为高电平。 下面我们来仔细看一下 pt2262 的波形特征： 振荡频率 f=2*1000*16/rosc（），其中 rosc为振荡电阻单位为。这里我们选用的khzk 是一种比较常用的频率f10（）, rosc =3.3(以下同)。khzm 下图是振荡频率与码位波形的对应关系： a=两倍的时钟振荡周期 a 32a 2*osc 数据 “0” 数据 “1” 数据 “f” 同步码头波形： 注：1 位宽 =32a 4 倍位宽=128s 1/8 位宽=4a pt2262 有三种编码：0，1，和悬空(表示为 f)。 数据“0”发送的码位如下： 1078s 0 码 359s359s 1078s 17 数据“1”发送的码位如下： 1078s1078s 359s359s 1 码 数据“f”发送的码位如下： f 码 359s 359s 1078s 1078s pt2272 解码芯片引脚图，如图 4.10 所示；各引脚功能如表 4.3 所示。 图 4.10 pt2272 解码电路引脚图 fig.4.10 figure-pin of pt2272 decoding circuit 表 4.3 pt2272 各引脚功能 tab.4.3 function of pin of pt2272 名称管脚说 明 a0-a11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空), 必须与 2262 一致,否则不解码 d0-d5 7-8、10-13 地址或数据管脚,当作为数据管脚时,只有在地址码与 2262 一致, 数据管脚才能输出与 2262 数据端对应的高电平,否则输出为低电 平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换 vcc18 电源正端（） vss9 电源负端（） 18 din14 数据信号输入端，来自接收模块输出端 osc116 振荡电阻输入端，与 osc2 所接电阻决定振荡频率； osc215 振荡电阻振荡器输出端； vt17 解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态） pt2272 解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有 l4/m4/l6/m6 之分，其中 l 表示 锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次数据发生变化时改变。 m 表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类 似点动的控制。后缀的 6 和 4 表示有几路并行的控制通道，当采用 4 路并行数据时 （pt2272-m4)，对应的地址编码应该是 8 位，如果采用 6 路的并行数据时(pt2272-m6)，对 应的地址编码应该是 6 位。 在通常使用中，我们一般采用 8 位地址码和 4 位数据码，这时编码电路 pt2262 和解码 pt2272 的第 18 脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态， 3 的 8 次方为 6561，所以地址编码不重复度为 6561 组，只有 pt2262 和 pt2272 的地址编码 完全相同，才能配对使用，所以 pt2262 和 pt2272 在出厂时八位地址编码端全部悬空，这样 可以很方便选择各种编码状态，如果想改变地址编码，只要将 pt2262 和 pt2272 的 18 脚 设置相同即可，例如将 pt2262 的第 1 脚接地第 5 脚接正电源，其它引脚悬空，那么 pt2272 只要也一样第 1 脚接地第 5 脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对。当两者地址编码完全 一致时，d1d4 端输出约 4v 互锁高电平控制信号，同时 vt 端也输出解码有效高电平信号。 在本设计中 pt2272 采用的是锁存型的芯片，即 pt2272-l4，这种芯片可以有较高的稳 定性。 以上就是对本设计中编码单元 pt2262 芯片和解码单元 pt2272 芯片的介绍，pt2262 和 pt2272 的工作过程是：阅读器上电后，无源式应答器接收到阅读器提供的电能 pt2262 就开 始不停地工作，pt2262 读取拨码开关值并对其进行编码，编码信号通过 ask 调制和晶振电 路后通过线圈发射出去，应答器接收到编码信号后经过检波电路把信号发送至 pt2272，pt2272 对该信号进行解码并使发光二极管显示结果。 4.3.34.3.3 无源式应答器的发射电路设计 无源式应答器的发射电路应该由晶振单元和功率放大单元组成，但考虑到本设计的应答 器是无源的，而功率放大电路功耗太高，无源式应答器不足以提供，而且本设计中的晶振单 元的输出幅度已经足够大，足以让阅读器接收到，综合以上考虑，在无源式应答器的发射电 路设计中不采用功率放大电路，而只用晶振电路。 在本设计中，为了简化电路，采用有源晶振作为振荡器，它频率稳定，电路简单，调试 容易而且输出幅度大，如图 4.3 所示，就是是阅读器和应答器都采用的有源晶振单元。 设计有源晶振电路采用了这种思想，就是因为有源滤波器输出的是方波，方波是由基波 19 和奇次谐波合成的，可知，谐波的频率大于基波，所以，在有源晶振的输出端加上一个低通 滤波器，经过二阶低通滤波器滤除高次谐波，从而得到稳定的正弦波输出，这样的设计会使 整个设计极大地简化，如果按照常规做法，则这个设计必然会相当复杂，而且调试极为困难。 并联谐振回路由线圈与可变电容组成，测得线圈电感为 11uh,可变电容容量为 525pf，所以由谐振频率公式： （4-1） 1 2 f lc 可得谐振频率为：9mhz 到 21mhz 之间。对回路进行谐振频率测量得到谐振频率为 11.4mhz。 因而，阅读器采用 11.0952mhz 有源晶振产生接近与谐振频率的能源载波频率。 图 4.11 中，l5 和 c9、c13 组成了二阶低通滤波器。有源晶振产生的方波经二阶低通滤 波器后得到频率为 11.0592mhz 的正弦波，通过 c8 送给功率放大级。这里需要指出，有源晶 振本身输出的波形幅值已经很大，所以在无源式应答器部分不需要在进行功率放大，而阅读 器部分只需要两级简单的功率放大就可以达到要求。 图 4.11 有源晶振单元电路 fig.4.11 active crystal unit circuit 4.3.44.3.4 askask 调制单元调制单元 本设计中的实现 ask 调制采用 9014 三极管，当 2262 输出“1”时，9014 导通，有源晶 振工作；当 2262 输出“0”时，9014 截止，有源晶振不工作，这样就实现了 ask 调制。 4.4 无线识别装置工作流程图 1阅读器工作流程图，见图 4.12 2无源式应答器工作流程图，见图 4.13 能量辐射，持续 2.5s 2272 译码芯片译码 显示应答器信息 结束 图 4.12 无线识别装置阅读器 工作流程图 fig.4.12 work flow chart of the reader of wireless identif