RFID应用设计.doc

西华大学课程设计说明书 目录前言21.1 课程设计目的31.2 RFID技术的介绍31.3我国RFID技术应用领域分析42.射频识别技术的相关标准53.不同频段RFID系统分析84. 射频识别技术的工作原理84.1.硬件组件94.2 . 软件组件105.总体方案设计125.1 设计内容125.2 方案比较125.3方案选择与论证136.单元模块电路简介与设计146.1射频模块146.2晶体振荡电路模块166.3 电源电路模块176.4 实时时钟电路模块与数据存储模块186.6 微控制器模块197.设计总结217.1 设计总结217.2 设计收获218.致谢229参考文献23附录一：简易读写器原理图24前言RFID(RadioFrequencyIdentification)是一种无线射频识别技术， 手持式rfid读写器它是自动识别技术的一种。从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。1 标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag，有源标签或主动标签)；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。最初在技术领域，应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块，近些年，由于射频技术发展迅猛，应答器有了新的说法和含义，又被叫做智能标签或标签。RFID电子电梯合格证的阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块（发送器和接收器）、控制单元以及阅读器天线。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 RFID技术并不是全新的技术，其应用最早可以追溯到第二次世界大战时期英国空军基地的军事设施上。近年来随着微电子、计算机和网络技术的发展，RFID技术的应用范围和深度都得到了迅速地发展。美国在伊拉克战争中对RFID技术的成功应用，以及全球有影响的大企业计划未来几年里在零售商店和货栈开始使用RFID系统，使得该技术现在迅速成为全球瞩目的焦点，并被列为21世纪最有前途的重要产业和应用技术之一。 作为快速、准确地采集与处理ID信息的这项技术，因其具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签数据可加密、存储数据容量大、存储信息更改自如等优点，所以在生产制造、交通运输、流通零售、物流与供应链、安全防伪、人员和动物跟踪以及监管等方面都具有广阔的应用前景，现已逐渐成为企业提高物流供应链管理水平，降低成本，企业管理信息化、参与国际经济大循环、增强企业核心竞争力的不可缺少的工具和手段 。 RFID技术作为我国一种新兴的自动识别技术，除了政府着手制定政策并采取有效措施，引导、支持相关技术产品研发，积极拓展RFID应用领域，实施示范工程之外，还有为数众多的企业投入了大量的人力、物力和财力用于RFID产品研发和应用拓展。目前，我国RFID标准正在制定，该技术的应用正在向日常生活和工作的各个方面快速渗透。 RFID系统主要由数据采集和后台数据库网络应用系统两大部分组成。目前已经发布或者是正在制订中的标准主要是与数据采集相关的，主要有电子标签与读写器之间的空中接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、RFID电子标签与读写器的性能和一致性测试规范以及RFID电子标签的数据内容编码标准等。1.1 课程设计目的RFID技术是一个崭新的技术应用领域，它不仅涵盖了射频技术，还包含了射频技术、密码学、通信原理和半导体集成电路技术，是一个多学科综合的新兴学科。因此，对RFID技术的认识和研究具有深远的理论意义。随着21世纪数字化时代的到来，基于远程信息化网络管理技术和移动商务的社会需求，RFID技术智能管理系统将在各个领域中发挥巨大的作用。RFID技术正在成为一个新的经济增长点，在全球范围内蔓延开来，研究开发RFID技术有着巨大的经济效益和社会意义。1.2 RFID技术的介绍RFID系统由电子标签（Tag）、读写器（Reader）和天线（Antenna）三部分组成。具体的工作原理如下图所示：上位机发送指令使读写器工作，读写通过天线发送射频信号，电子标签接收到射频信号后，转化为电流，供芯片工作，读出内部所储存的数据，经调制后发送出去；天线接收标签反馈的信息并送至读写器，经解调后还原出标签数据，发送给上位机进行处理。图1.2 RFID系统工作原理图 通常阅读器发送时所使用的频率被称为RFID系统的工作频率，从工作频率来看，可以分为低频（125KHz135KHz）,高频（13.56MHz），超高频（UHF，868MHz928MHz）,微波（2.45GHz,5.8GHz）等几 大类。1.3我国RFID技术应用领域分析RFID技术作为未来最有前途的信息技术之一，近些年得到了全世界的高度重视。RFID技术作为我国一种新兴的自动识别技术，除了政府着手制定政策并采取有效措施，引导、支持相关技术产品研发，积极拓展RFID应用领域，实施示范工程之外还有为数众多的企业投入了大量的人力、物力和财力用于RFID产品研发和应用拓展。目前我国RFID标准正在制定，该技术的应用正在向日常生活和工作的各个方面快速渗透。2005年，我国RFID技术的应用开始进入理性阶段，务实成为最大特点。本文试图从RFID技术在我国的应用领域、频段实用、市场状况、发展特征以及应用中所面临的问题等对我国RFID技术的应用进行多方位的分析，为该技术的应用和推广提供参考性的策略和建议。 我国RFID技术应用领域分析 目前RFID技术在我国比较典型的应用主要有防伪、工业自动化、交通信息化管理、物流与供应链管理等几个方面。在仿伪领域，RFID技术主要应用于各类电子票证、身份鉴别、特殊商品防伪等。目前，在交通信息化方面的应用主要是城市“公交卡通”工程、公路和铁路的调度和统计系统，以及高速公路的不停车收费系统、智能化停车场等。“公交卡通”工程使用非接触式IC卡作为地铁、出租、公交的电子车票，电子标签使用13.56MHz频率下的ISO/LEC14443标准，交易便捷，快速通过，可靠性高，而且越来越多的城市正在为准备使用的电子车票增加更多的功能。RFID技术在全网通讯、民航行李和邮政速递包裹管理、图书和文档管理、医药卫生、食品安全、检验检疫、港口生产、海关监管、汽车防盗、车辆管理、货物（危险品）和动物体以及人员的追踪管理与监控、运动计时、资产管理等方面也有所应用，其它一些新的应用也在不断开拓。 尽管现在我国RFID技术的应用已经从前两年较为少见发展到在很多领域均可见到，但总体来说仍处于初级阶段，其主要标志是规模化的行业应用较少，成功案例不是很多。与发达国家相比，我国在RFID技术的应用上还处于发展初期特别是超高频应用方面基础薄弱、应用分散和缺乏规模优势，没有掌握芯片设计制造、天线设计、封装技术及装备等核心技术。目前，由于RFID无论是设备成本还是系统导入成本均比较高，用户希望通过采用新系统来实现降低成本、带来实际收益的愿望要最终实现还存在一定难度。故目前的应用普遍存在于以提升管理的信息化水平为主要目的对价格不敏感的行业或组织。因为低频、高频RFID技术门槛较低、参与的企业多、产品应用成本较低，所以这两个频段的RFID技术有着良好的应用，进来得到了充分发展，应用也趋于成熟并得以全面推广，其市场占有率达到80%以上，主要应用为电子票证不过产品同质化十分严重。而超高频RFID技术因为门槛略高，再加上相关的工作频率标准没有确定，涉足的企业相对少，产品应用成本高，因此该频段的RFID技术应用相对滞后，其市场占有率还不到10%，有待于进一步发展，但是由于其在高速度、远距离识别应用中有低频、高频无法比拟的优势超高频的应用现在正在快速增长。2.射频识别技术的相关标准 目前RFID技术存在三个标准体系：ISO标准体系、EPC Global标准体系和Ubiquitous ID标准体系。（1）ISO标准体系国际标准化组织（ISO）以及其他国际标准化机构如国际电工委员会（IEC）、国际电信联盟（ITU）等是RFID国际标准的主要制定机构。大部分RFID标准都是由ISO（或与IEC联合组成）的技术委员会（TC）或分技术委员会（SC）制定的。RFID领域的ISO标准可以分为以下四大类：技术标准（如射频识别技术、IC卡标准等）数据内容与编码标准（如编码格式、语法标准等）性能与一致性标准（如测试规范等标准）应用标准（如船运标签、产品包装标准等）（2）EPC Global标准体系EPC Global是由美国统一代码协会（UCC）和国际物品编码协会（EAN）于2003年9月共同成立的非盈利性组织，其前身是1999年10月1日在美国麻省理工学院成立的非盈利性组织Auto-ID 中心，以创建“物联网”(Internet of Things)为自己的使命。为此，该中心将与众多成员企业共同制订一个统一的、类似于Internet的开放技术标准，在现有计算机互联网的基础上，实现商品信息的交换与共享。旗下有沃尔玛集团、英国Tesco等100多家欧美的零售流通企业，同时有IBM、微软、飞利浦、Auto-ID Lab等公司提供技术研究支持。EPC Global致力于建立一个向全球电子标签用户提供标准化服务的EPC Global网络，前提是遵循该公司制定的技术规范。目前EPC global Network技术规范1.0版给出了所有的系统定义和功能要求。EPC Global已在加拿大、日本、中国等国建立了分支机构，专门负责EPC码段在这些国家的分配与管理、EPC相关技术标准的制定、EPC相关技术在本土的宣传普及以及推广应用等工作。EPC Global提出的“物联网”体系架构由EPC编码、EPC标签及读写器、EPC中间件、ONS服务器和EPCIS服务器等部分构成。EPC是赋予物品的唯一的电子编码，其位长通常为64位或96位，也可扩展为256位。对不同的应用，规定有不同的编码格式，主要存放企业代码、商品代码和序列号等。最新的GEN2标准的EPC编码可兼容多种编码。EPC中间件对读取到的EPC编码进行过滤和容错等处理后，输入到企业的业务系统中。它通过定义与读写器的通用接口（API）实现与不同制造商的读写器的兼容。ONS服务器根据EPC编码及用户需求进行解析，以确定与EPC编码相关的信息存放在哪个EPCIS服务器上。EPCIS服务器存储并提供与EPC相关的各种信息。这些信息通常以PML的格式存储，也可以存放于关系数据库中。（3）Ubiquitous IDUbiquitous ID Center是由日本政府的经济产业省牵头，主要由日本厂商组成，目前有日本电子厂商、信息企业和印刷公司等达300多家参与。该识别中心实际上就是日本有关电子标签的标准化组织。uID Center的泛在识别技术体系架构由泛在识别码（ucode）、信息系统服务器、泛在通信器和ucode解析服务器等四部分构成。ucode是赋予现实世界中任何物理对象的唯一识别码。它具备了128位的充裕容量，并可以用128位为单元进一步扩展至256、384或512位。ucode的最大优势是能包容现有编码体系的元编码设计，可以兼容多种编码。ucode标签具有多种形式，包括条码、射频标签、智能卡、有源芯片等。泛在识别中心把标签进行分类，设立了9个级别的不同认证标准。信息系统服务器存储并提供与ucode相关的各种信息。ucode解析服务器确定与ucode相关的信息存放在哪个信息系统服务器上。ucode解析服务器的通信协议为ucodeRP和eTP，其中eTP是基于eTron（PKI）的密码认证通信协议。泛在通信器主要由IC标签、标签读写器和无线广域通信设备等部分构成，用来把读到的ucode送至ucode解析服务器，并从信息系统服务器获得有关信息。泛在识别中心对网络和应用安全问题非常重视，针对未来可能出现的安全问题如截听和非法读取等，节点进行信息交换时需要相互认证，而且通信内容是加密的，避免非法阅读。下表列出了EPC global和uID Center的概要对比。EPCglobaluID Center编码体系EPC编码，通常为64位或96位，也可扩展为256位。对不同的应用，规定有不同的编码格式，主要存放企业代码、商品代码和序列号等。最新的GEN2标准的EPC编码可兼容多种编码。ucode编码，码长为128位，并可以用128位为单元进一步扩展至256、384或512位。ucode的最大优势是能包容现有编码体系的元编码设计，可以兼容多种编码。技术支撑体系对象名解析服务ONSucode解析服务器中间件EPC中间件泛在通信器网络信息共享EPCIS服务器信息系统服务器安全认证基于互联网的安全认证提出了可用于多种网络的安全认证体系eTron日本UID标准和欧美EPC标准，主要涉及产品电子编码、射频识别系统及信息网络系统三个部分，其思路在大多层面上都是一致的。在使用的无线频段、信息位数和应用领域等方面有许多不同点。例如，日本的电子标签采用的频段为2.45GHz和13.56MHz，欧美的EPC标准采用UHF频段，从902928MHz；日本的电子标签的信息位数为128位，EPC标准的位数为96位。在RFID技术的普及战略方面，EPC global将应用领域限定在物流领域，着重于成功的大规模应用；而uID Center则致力于RFID技术在人类生产和生活的各个领域中的应用，通过丰富的应用案例来推进RFID技术的普及。3.不同频段RFID系统分析（1）低频段(LF)射频标签（10KHz1MHz） 低频段射频标签，一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于lm。低频标签主要用于短距离、低成本的系统中，其典型应用主要有：动物监管、马拉松赛跑、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带有内置应答器的汽车钥匙)、自动停车场收费和车辆管理等方面。（2）中高频段射频标签（1MHz400MHz） 中高频段射频标签，一般也采用无源为主，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器进行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。中频标签的阅读距离一般情况下也小于lm。中频标签由于可方便地做成卡状，故被广泛应用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统中。（3）超高频(UHF)与微波频段的射频标签（400MHz1GHz） 超高频与微波频段的射频标签简称为微波射频标签， 可分为有源标签与无源标签两类。工作时，射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。阅读器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒。相应的射频识别系统阅读距离一般大干1m ，典型情况为4m 6m，最大可达1 0 m 以上。阅读器天线一般均为定向天线，其天线波束方向较窄，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读写。由于阅读距离的增加，应用中有可能在阅读区域中同时出现多个射频标签的情况，从而提出了多标签同时读取的需求。超高频标签主要用于铁路车辆自动识别、集装箱识别、反向散射射频识别、供应链上的管理、航空包裹识别、后勤管理、生产线自动化管理，还可用于公路车辆识别与自动收费等领域。4. 射频识别技术的工作原理 典型的RFID系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件组成 图4.1 RFID工作原理4.1.硬件组件1. 阅读器 阅读器（Reader）又称读写器。阅读器主要负责与电子标签的双向通信，同时接收来自主机系统的控制指令。阅读器的频率决定了RFID系统工作的频段，其功率决定了射频识别的有效距离。阅读器根据使用的结构和技术的不同可以是读或读/写装置，它是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分组成。（1）射频接口 射频接口模块主要任务和功能： 产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量。 对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签。 接收并调制来自电子标签的射频信号。 注意，在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别来往于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。（2）逻辑控制单元 逻辑控制单元也称读写模块，主要任务和功能： 与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送来的指令。 控制阅读器与电子标签的通信过程。 信号的编码与解码。 对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。 执行防碰撞算法。 对阅读器和标签的身份进行验证。（3）天线 天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或者将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。在RFID系统中，阅读器必须通过天线来发射能量，来形成电磁场，通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。2. 电子标签电子标签 (Electronic Tag) 也称为智能标签 (Smart Tag) ，是由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签是RFID系统中真正的数据载体。系统工作时，阅读器发出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量）信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射回阅读器。4.2 . 软件组件 1. 中间件 中间件是一种独立的系统软件或服务程序。分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通信。 图4.2 软件组件示意图中间件的主要任务和功能：（1）阅读器协调控制 终端用户可以通过RFID中间件接口直接配置、监控以及发送指令给阅读器。一些RFID中间件开发商还提供了支持阅读器即插即用的功能，使终端用户新添加不同类型的阅读器时不需要增加额外的程序代码。（2）数据过滤与处理 当标签信息传输发生错误或有冗余数据产生时，RFID中间件可以通过一定的算法纠正错误并过滤掉冗余数据。RFID中间件可以避免不同的阅读器读取同一电子标签的碰撞，确保了阅读准确性。（3）数据路由与集成 RFID中间件能够决定采集到的数据传递给哪一个应用。RFID中间件可以与企业现有的企业资源计划（ERP）、客户关系管理（CRM）、仓储管理系统（WMS）等软件集成在一起，为它们提供数据的路由和集成，同时中间件可以保存数据，分批的给各个应用提交数据。（4）进程管理 RFID中间件根据客户定制的任务负责数据的监控与事件的触发。如在仓储管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当库存低于设置的标准时，RFID中间件会触发事件，通知相应的应用软件。5.总体方案设计5.1 设计内容通过了解射频识别技术的发展，了解相关的标准和工作原理，我们利用射频识别技术设计了一个简易的读写器,具体方案如下：5.2 方案比较本设计是采用单片机或CPLD器件两种方案来作为简易读写器的主控芯片，加入时钟芯片DS1302电路和存储器模块芯片，存储器模块用EEPROM芯片AT24C1024，该系统的射频模块采用EM4095；器件采用多种传输协议（如EM4OOX、EM4150等），利用内部锁相环PLL就可得到与天线适合的谐振频率，而无须外接晶振振荡器，工作频率为100150kHz，具有睡眠模式，与微控制器接口简单，采用调幅同步解调技术，工作电压+5V。MCU /CPLD电源模块串口模块DS1302时钟E2PROMRFID模块EM4095系统复位模块图5.1 系统总体框图方案一：如上系统总体框图所示，本次的简易读写器主要包括六个模块，分别是：主控制器模块，系统电源模块，时钟芯片模块，存储电路模块，程序下载串口模块，和系统复位模块，此方案的主控芯片为CPLD在主控芯片的控制下，实现读写器的简单读写功能，并能将数据从存储器读出，同时也能把接收到的数据写入存储器。方案二：本方案与方案一大体系统模块相同，只是主控芯片有了变化，将方案一中的主控芯片用单片机替换，以实现相同的功能。5.3方案选择与论证 两种方案的不同之处仅在于主控芯片的选择上，方案一选择CPLD作为此设计的主控制器，CPLD的功能想当强大，仅用很少的外围电路通过对主控芯片编程就能实现本设计的要求，但这样的编程想当复杂，所以还是用相对容易的硬件外围电路来实现设计的要求。而方案二则采用单片机作为主控芯片，相对来说单片机的功能比不上CPLD强大，但加上一定的外围电路，实现本设计要求还是完全能行的，单片机的编程也相对于CPLD要容易得多。单片机的价格比CPLD要相对便宜一些。由于以上的原因，实现同样的功能，相对来说单片机作为主控芯片要更容易上手些，所以本设计采用单片机作为主控芯片，选择方案二。6.单元模块电路简介与设计6.1射频模块 图6.1EM4095原理图该系统的射频模块采用EM4095；器件采用多种传输协议（如EM4OOX、EM4150等），利用内部锁相环PLL就可得到与天线适合的谐振频率，而无须外接晶振振荡器，工作频率为100150kHz，具有睡眠模式，与微控制器接口简单，采用调幅同步解调技术，工作电压+5V。该器件由输入信号SHD和MOD控制，当MOD=0时，工作于只读方式。当SHD=1时，EM4095为睡眠模式。该器件上电后，SHD应先为高电平，以便器件初始化，然后接低电平，既发射射频信号；同时，解调模块将天线上AM信号携带的数字信号取出，并有DMOD_OUT断输出。RDY/CLK端向微控制器提供器件内部的状态以及发射信号同步的参考时钟。射频信号发送模块由锁相环（PPL）和天线驱动器组成。其中，锁相环由环路滤波器、压控振荡器（VCO）、相位比较器组成。天线线圈接收的信号通过耦合电容输入DMOD_IN端。该信号和天线驱动器的输入信号由相位比较器进行相位比较，形成与相位差对应的电压，作为压控振荡器的控制信号，最终实现对天线发射信号的频率锁定。接收模块由采样保持器、带通滤波器、比较器组成。DEMOD_IN端输入的AM信号在输出信号VCO同步控制下被采样，采样输出信号由脚CDEC外接的电容隔离直通和带通滤波器采样，即消除输出中的载频部分、高频和低频噪声，经异步比较器比较得到对应的数字信号。EM4095与微控制器的连接原理图如图5.5所示：图6.3 EM4095内部模块框图EM4095的引脚SHD和MOD用来操作设备。当SHD为高电平的时候，EM4095为睡眠模式，电流消耗最小。在上电的时候，SHD输入必须是高电平，用来使能正确的初始化操作。当SHD为低电平的时候，回路允许发射射频场，并且开始对天线上的振幅调制信号进行解调。 引脚MOD是用来对125KHz射频信号进行调制的。事实上，当你1）在该引脚上施加高电平时，你将把天线驱动阻塞，并关掉电磁场；2）在该引脚上施加低电平，将使片上VCO进入自由运行模式，天线上将出现没有经过调制的125KHz的载波。EM4095用作只读模式，引脚MOD没有使用，推荐将它连接至VSS。 锁相环由环滤波、电压控制振荡器和相比较模块组成。通过使用外部电容分压，DEMOD_IN引脚上得到天线上的真实的高电压。这个信号的相和驱动天线驱动器的信号的相进行比较。所以锁相环可以将载波频率锁定在天线的谐振频率上。根据天线种类的不同，系统的谐振频率可以在100kHz到150kHz之间的范围内。当谐振频率在这一范围内的时候，它就会被锁相环锁定。 接收模块解调的输入信号是天线上的电压信号。DEMOD_IN引脚也同来做接收链路的输入信号。DEMOD_IN输入信号的级别应该低于VDD-0.5V，高于VSS+0.5V。通过外部电容分压可以调节输入信号的级别。分压器增加的电容必须通过相对较小的谐振电容来补偿。振幅调制解调策略是基于“振幅调制同步解调”技术的。接收链路由采样和保持、直流偏置取消、带通滤波和比较器组成。DEMOD_IN上的直流电压信号通过内部电阻设置在AGND引脚上。AM信号被采样，采样通过VCO时钟进行同步，所有的信号直流成分被CDEC电容移除。进一步的滤波把剩下的载波信号、二阶高通滤波器和CDC2带来的高频和低频噪声进一步移除。经过放大和滤波的接收信号传输到异步比较器，比较器的输出被缓存至DEMOD_OUT。 RDY/CLK这个信号为外部微处理器提供ANT1上信号的同步时钟以及EM4095内部状态的信息。ANT1上的同步时钟表示PLL被锁定并且接收链路操作点被设置。当SHD为高电平时，RDY/CLK引脚被强制为低电平。当SHD上的电平由高转低时，PLL为锁定状态，接收链路工作。经过时间Tset后，PLL被锁定，接收链路操作点已经建立。这时候，传送到ANT1上的信号同时也传送至RDY/CLK，提示微处理器可以开始观察DEMOD_OUT上的信号和于此同时的时钟信号。当MOD为高电平时，ANT驱动器关闭，但此时RDY/CLK引脚上的时钟信号仍然在继续。当SHD引脚上的电平从高到低之后，经过时间Tset后，RDY/CLK引脚上的信号被100k的下拉电阻拉低。这样做的原因是为了标签的AM调制低于100情况下RDY/CLK的扩展功能。在这种情况下它被用来做为辅助驱动器。该辅助驱动器在调制时使线圈上保持较低的振幅。 DVDD和DVSS脚应该分别和VDD以及VSS连接。应该注意到，通过管脚DVDD和DVSS流过的驱动器电流造成的电压降不会引起VDD和VSS上的电压降。在DVSS和DVDD脚之间应该加一个100nF的电容，并使其尽量靠近芯片。这将防止由于天线驱动器引起的电源尖峰。对管脚VSS和VDD进行隔离也是有用的。隔离电容不包含在EM4095的计算表中。所有和管脚DC2/AGND/DMOD_IN相关的电容都应该连接到相同的VSS线上。这条线应该直接和芯片上的管脚VSS相连。该线不能在连接其它元件或者成为为DVSS供电的线路的一部分。因为ANT驱动器使用VDD和VSS提供的电源的级别来为天线驱动，所有电源的所有变化和噪声都将毫无保留的直接影响天线谐振回路。任何将引起天线高压以mV级波动的电源波动都将导致系统性能下降甚至发生故障。特别要注意20kHz的滤波器低频噪声，因为响应器的信号就在这个频率水平上。AGND管脚上的电容值可以从220nF上升到1uF。电容越大将越明显的减小接收噪声。AGND的电压可以通过外部电容和内部的2k的电阻进行滤波。 EM4095不限制ANT驱动器发出的电流值。这两个输出上的最大绝对值是300mA。对天线谐振回路的设计应该使最大的尖峰电流不超过250mA。如果天线的品质因数很高，这个值就可能超过，则必须通过串联电阻加以限制。 FCAP引脚上的偏置电压。这个偏置电压补偿了外部天线驱动器引起的相位偏移。这样的相位偏移会导致锁相环在不是天线回路串联谐振频率的频率上工作。为了读头回路的正常操作，这个偏置电压需要根据天线的品质因数和输出部分的滞后来进行调节。在使用高品质因数天线回路并且增强器是必须而且重要的应用产品中，会出现这样的对相位偏移的补偿。所以，这些回路比其它电路对在错误的频率上工作更加敏感。尽管使用了外部解调器，天线信号仍然要进入EM4095。因为它要做为锁相环的参考信号。要使用一个电容分压来减小来自天线的高电压。电阻分压会加重由于输入电容带来的相移效应。 在EM4095 BOOSTER CIRCUIT中，一个高压NMOS三极管隔离了调制时候的放电路径。所以操作点收到了保护。控制NMOS门的信号必须与MOD信号同步设为低电平，只有在天线上的振幅在调制之后恢复后该信号才可以置高电平。对于高品质因数的天线，天线上的电压较高，读取灵敏性被电容分压器的解调灵敏性限制。通过使用外部检测回路可以提高读取灵敏性。输入取自天线的高压端，直接送入CDEC_IN引脚。可是，PLL锁定仍需要电容分压器。6.2晶体振荡电路模块89C51单片机作为主控芯片的时钟电路比较简单。本系统采用的12M无源晶振。时钟电路为系统提供工作所需的时钟电平，是整个系统的心脏。其原理图如图5.1所示：图6.4 晶振电路模块6.3 电源电路模块 图6.5电源电路电源电路主要是为系统提供电源，本系统的各个模块均与TTL电平兼容，故整个系统用+5V，用一个LM317稳压产生一个5V电压，外接69V直流电压输入，通过二极管桥式整流，电容C滤波后送入LM317稳压，为整个系统供电。原理图如图5.3所示： 本系统使用了一个三端可调稳压芯片LM317，作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo1.25（1R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo1.25V37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo1.25V45V），所以R2/R1的比值范围只能是028.6。其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时，没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。6.4 实时时钟电路模块与数据存储模块时钟器件选择DALLAS公司生产的DS1302。该器件具有高性能、低功耗的特点，内置一个实时时钟/日历和31个字节静态RAM。该简易读写器数据存储模块采用AT24C1024存储器。该器件的存储容量高达1M字节，是具有I2C接口的可擦除EEPROM。具体电路图如图5.4所示：图6.6 时钟电路与存储器电路AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。AT24C02支持IC，总线数据传送协议IC，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上。 DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。6.6 微控制器模块图6.7MCU部分电路原理图STC89C52单片机具有PDIP，TQFP和PLCC三种封装形式。设计中采用的是PDIP封装，其引脚排