第四章 硬件电路设计

第四章 硬件电路设计 该智能门禁管理系统的硬件电路部分可分为三部分 即射频电路 无线传 输电路及相应 TTL 电平转换电路 4 1处理器的选型 随着嵌入式技术的发展 各芯片厂商纷纷推出具有各种功能适用于不同应 用的嵌入式处理器 因此嵌入式小区门禁系统硬件系统中嵌入式处理器选择将 决定硬件系统实现的难易和成功与否 在嵌入式应用开发过程中选择 MCU 时 需要综合考虑以下几个方面 1 MCU 对应用系统的适用性 从对应用系统的适用性出发 要考虑 MCU 是否含有所需的 I O 端口数目一一如果 MCU 的 I O 端口数太少 那么就不可 能满足有关的功能 而 I O 端口数太多 就会造成 MCU 资源的浪费 另外还 有 MCU 是否含有所需的外围端口 部件 CPU 是否有合适的吞吐量 极限性 能是否满足要求等 2 MCU 的可购买性 在 MCU 能够适合应用系统时 还要考虑这种型号的 MCU 的可购买性 是否可直接购买到 是否有足够的供应量 是否仍然在 生产之中 是否在改进之中 在应用中选择有改进版本推出的 MCU 将有利 于产品的升级换代 3 MCU 的可开发性 所选择的 MCU 是否有足够的开发手段 直接影响 到 MCU 能否顺利开发 并且较快的应用于被控对象中 开发 MCU 需要考虑 编译软件 程序写入工具 调试工具 技术支持 语言体系与熟悉程度等因素 AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 高性能 CMOS 8 位单片 机 片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随 机存取数据存储器 RAM 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存 储技术生产 与标准 MCS 51 指令系统及 8052 产品引脚兼容 片内置通用 8 位中央处理器 CPU 和 Flash 存储单元 功能强大 AT89C52 单片机适合于 许多较为复杂控制应用场合 AT89C52 提供以下标准功能 8k 字节 Flash 闪 速存储器 256 字节内部 RAM 32 个 I O 口线 3 个 16 位定时 计数器 一个 6 向量两级中断结构 一个全双工串行通信口 片内振荡器及时钟电路 同时 AT89C52 可降至 0Hz 的静态逻辑操作 并支持两种软件可选的节电工 作模式 空闲方式停止 CPU 的工作 但允许 RAM 定时 计数器 串行通信 口及中断系统继续工作 掉电方式保存 RAM 中的内容 但振荡器停止工作并 禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位 因此 该系统选择了 AT89C52 4 2射频模块的选择 不同类型的 RFID 卡 由于采用的通信协议不同 相应的射频读写芯片也 不同 目前在中国的市场上 RFID 卡主要的厂商有 中国的华虹 复旦微电子 以及荷兰 Philips 瑞士 LEGIC 法国意法半导体 ST 日 本索尼等 其中 基于 Philips 公司 Mifare 芯片的产品在市场上占有绝对的优势 鉴于国内市场 上使用 Mifare 芯片的 RFID 卡应用广泛 本文采用 ACG 公司生产的 H6152 射频处理基站芯片开发读写模块 H6152 是 ISO IEC 14443 标准下低成本 高集成 高性能的 Mifare 非接触 式读写模块 基于 13 56M H z 的非接触通讯模式 H6152 内部有高集成的调制 解调模块 内部发射器可直接驱动基于 13 56MHz 的非接触式天线 最大距离 可达 10 cm 主要应用于各种基于 EC14443A 标准的非接触式通信的应用场合 如公共交通终端 手持终端 计量设备 非接触式公用电话等 H6152 是以 H201014x 为基础 继承了 PCB 板载天线电路和 RS 232 422 接 口的集成读写模块 与 H201014x 相比 H6152 在 PCB 板的背面提供了大小为 45mm 70mm 的天线电路 使读写器有效范围达到 50mm 另外 H6152 还提 供了 RS 232 422 接口与 TTL 接口的转换电路将 H201014x 的 TTL 串口转换为 通用的 RS232 422 接口 使 H6152 可以直接接入 RS232 422 网络 H6152 需外 界 5V 电源供电 H6152 的主要性能及指标如下 1 工作频率 13 56MHZ 2 串口通讯波特率 9600bps 19200 bps 38400 bp 和 57600 bps 3 接口 RS232 422 485 4 天线输出阻抗 50K 欧姆 5 天线尺寸 45mm 70mm 6 电源电压 5V 7 电流供应 80mA 8 工作温度 40 85 9 最大读写距离 50mm 4 3射频电路设计 射频模块主要完成对 IC 卡的读写 在对 H6151 供电后 射频模块进行初始 化 并开始不断发射射频信号以寻找可读范围内的 IC 卡 其工作流程如图 4 1 YesYes No 开始 Start 初始化配置程序 Initialization 打开串口 Opens the serial port 置接收为发送状态 Set receiving to transmission mode 置发送为接收状态 Set transmission to receiving mode 调用采集数据函数 Call for get data 调用发送函数 Call for SendData 发送接收完毕指令 Set receiving finished instruction 重新设为接受状态 Reset to receive TXEN 0 接收到 发送指令 Receive 0 x33 接收到 重发指令 Receive 0 x66 No 图图 4 1 射频模块工作流程图射频模块工作流程图 Fig4 1 RF module flow chart 当射频模块 H6152 读取到卡内信息后将数据传送给无线通讯模块 为了便 于与无线模块通讯和射频模块的移植型 H6152 将数据通过 MAX232 转换后再 将数据发出 原理图如 4 2 4 3 4 4 所示 图图 4 2 射频模块与单片机连接原理图射频模块与单片机连接原理图 Fig4 2 Frequency module connected with the single chip schematic 图图 4 3 232 转换原理图转换原理图 Fig4 3 232 converter schematic 图图 4 4 H6152 与外部连接原理图与外部连接原理图 Fig4 4 H6152 schematic and external connections 4 4无线通讯模块电路设计 无线模块满足电压工作条件后开始初始化设置 其流程如图 4 5 图图 4 5 无线通讯模块工作流程图无线通讯模块工作流程图 Fig4 5 Work flow chart of the wireless communication module 无线通讯模块接收到射频模块发送过来的数据后 通过 MAX232 转换后将 数据直接发送给 PC 机 如图 4 6 4 7 图图 4 6 PTR2000 与单片机连接原理图与单片机连接原理图 Fig4 6 PTR2000 connection with the single chip schematic 图图 4 7 PTR2000 的的 MAX232 电平转换理图电平转换理图 Fig4 7 PTR2000 the MAX232 level transl