基于-STM32的读卡器软件—设计文档

软件详细设计报告Error！ notextofspecifiedstyleindocument。孝感定原电子科技有限公司文件编号产品版本密级产品名称：基于STM32的RFID读卡器软件所有页软件设计书目录摘要31详细设计31 .1软件概要31 .2软件功能说明31 .3模数转换处理模块61 .4频率脉冲宽度测量模块91 .5SD卡的存储通信处理部111 .6PWM脉冲发送控制部122编程协议142 .1操作系统142 .2调试工具142 .3编译链接工具14摘要作为RFID (射频识别)技术的射频识别技术是兴起于1990年代的非接触式自动识别技术，是利用射频信号的空间耦合(电磁场或交变磁场)实现非接触信息的传送，利用被传送的信息来实现识别目的的技术。 在系统与特定目标之间建立机械或光学接触，无需自动识别对象和获取相关信息数据，过程操作无需人工干预，并且能够应用于各种苛刻的环境条件，有利于人们在各种状态下标识和管理各种物体。 RFID技术能够识别高速移动体，同时识别多个标签，操作简单方便1。 RFID技术具有1 .高速扫描性的特征。 RFID识别器可同时识别和读取多个RFID标签。 2 .形状多，体积小。 读取RFID标签时，形状和大小不受限制，无需为了通信精度而使用固定尺寸的纸张来提高印刷质量。 另外，RFID标签发展为多种形态和小型化，可以满足不同产品的应用。 3 .耐污损力和长寿命性。 条形码以纸为载体容易被污染，但RFID对水、油、化学药品等具有很强的抵抗性。 另外，条形码附着在塑料袋或外包装箱上，因此特别容易受到折损的RFID卷标因为芯片上不存在数据，所以能够防止污损。 4 .可再利用性。 现在的条形码打印后不能变更。 RFID标签可以重复添加、修改和删除存储在RFID卷标中的数据，从而更容易更新信息。 5 .透明度和无障碍读书。 当被复盖时，RFID可以透过纸、木材、塑料等非金属或不透明材质，进行透明通信。 条形码扫描仪为了读取条形码，必须是近距离的，物体不被干扰。 6 .大容量数据存储性。 一维条形码存储数据的最大容量为50Bytes，二维条形码存储的最大容量为3000个字符，RFID的最大存储容量可达到数MegaBytes。 由于存储媒体不断发展，数据容量也在不断扩大。 未来产品携带的信息量也越来越大，需要将卷标扩展到更大的容量。 7 .安全性。 RFID搭载的信息是电子式的，所以其数据内容被加密保护，内容不易被伪造或篡改。关键词。数据收集频率分析1详细设计1 .1软件概要读卡器和IC卡的通信过程是指读卡器和IC卡之间交换和处理IC卡内E 2 PROM的数据的过程。 为了在数据交换时能够同步、正确识别、接收卡和读卡器之间的数据，需要建立系统的通信协议。 本系统具有很好的应用价值。1 .2软件功能的说明1 .2.1软件功能的介绍本系统采用STM32单片机、MF RC522集成射频读写芯片，研制出13.56MHz的RFID读卡器，通过RS232串行实现了上位机和读卡器的通信。 读卡器可以读取和写入距离为0-41mm毫米的符合iso 14443类型a标准的非接触IC卡。1 .2.2软件基本框架本课题采用STM32单片机、MF RC522集成射频读写芯片，开发出13.56MHz的RFID读卡器，利用LabVIEW软件制作上位机接口，通过RS232串行进行上位机与读卡器的通信读卡器可读写的距离为0-41mm，是符合iso 14443类型a标准的非接触IC卡，下图是本软件的基本框图和主流程图。图1基本框架图信号通过利用高速传输建立的模拟比较器，并且经由STM32F417的数模转换器供给比较器的比较电压，在经历噪声采集、阈值自适应以用于初始化，并可去除通道中存在的噪声。接通电源检测到串行发送指令后，程序就切换为USART串行收发模式，可以进行参数设定和数据的导出操作。信号通过模拟比较器得到标准的方波信号，方波信号被输入到复用器模块以切换频道。图2主程序的流程图1 .3模数转换处理模块首先，通过STM32F417芯片内的ADC收集外部噪声，判定的信号频率为100300kHz，因此，需要将采样率设定为300kHz的2倍以上。最大采样率为2.4MHz，因为单个ADC控制器工作的最高频率为36MHz，采样周期最短为15个占空比。 然而，对于较高速的信号，由于STM32F417可以并行使用三路ADC来形成交织采样，所以STM32F417的最高采样率是7.2MHz。1 .3.1程序的流程图1 .3.2在设备侧实现为了确保采样精度，并行地使用两条ADC以使采样率为4.8MHz，并且即使在500kHz的噪声频带中也确保10倍的采样率。在收集到噪声之后，利用DMA发送线8192点的噪声信号来计算噪声的幅度，基于噪声的最大值和均方根值确定比较器的电压振幅阈值，经由DAC将阈值电压信号输出到比较器，形成电压阈值。搭载了单频率脉冲的被测量信号通过模拟比较器成为方波信号，方波信号进入微控制器芯片的检测侧，该信号通过触发中断开始记录信号的脉冲数和信号的脉冲长度，可以通过脉冲长和脉冲数的商获得信号的频率、脉冲宽度。 如果两个信号脉冲的间隔小于预设区间或者大于预设区间，则确定为无效脉冲或噪声脉冲，并且信号的虚警报概率会减小。1 .4防碰撞初始化模块当Type A卡达到读取器的角色范围内，并且有足够的电力供应时，IC卡将首先运行相关的预设程序，并且处于空闲状态。 此时的IC卡无法响应读取器向其他IC卡传送的数据。 空闲的IC卡在收到有效的请求A(REQA )命令时，向读取器返回响应字节ATQA。 IC卡应答后，变为就绪状态。 此时，读取器发现其识别范围内至少存在一个IC卡。 发送SELECT命令，启动“二进制搜索树”防冲突算法，选择一个IC卡开始操作。 图4.2是整体流程。 NVB是SELECT命令的参数，主要角色描述搜索标准的实际长度，简单序列号的长度为4字节。 如果读取器使用防止冲突算法来查找序列号，则读取器必须在发送SELECT命令时发送完整的序列号(NVB=40H )。 检索序列号的IC卡使用选择命令选择响应SAK来确认该命令，处于ACTIVE状态，即处于选择状态。 但是，有些序列号的长度不是4字节。 标准允许7字节长，甚至10字节长的序列号。 如果读取器选择序列号为7字节或10字节的IC卡，则IC卡在SAK响应时设置为“串联位”(b3=1)并发出信号，表示IC卡已准备好。 为了获得序列号的第二部分，读取器再次启动防碰撞算法。 10字节序列号多次启动防冲突算法。 SCLECT命令分为3个串行电平，表示每次启动防冲突算法时查找序列号的哪个部分，并输出与IC卡相对应的信号。 这样搜索时，必须从串联级别1开始顺序启动。1 .4.1程序的流程图1 .4.2在设备侧实现在软件冲突防止算法中，通过发送SAK信号(选择应答)，确认是否选择了Type A卡。 SAK包含此卡是否具有授权协议(Mifare )，或者此卡是否符合国际标准ISO 14443-4协议。 如果遵守ISO 14443-4协议，则读取器发送请求IC卡选择响应信息(ATS )的选择请求命令(RATS )。 RATS包含正在通信的两个重要参数FSDI和CID。 FSDI规定了卡向读取器发送块的最大字节数。 CID是卡标识符，在一个卡被分配给CID的情况下，读取器和多个类型a卡可以根据CID在选择状态下同时交换信息。 作为对RATS命令的响应而从IC卡发送的ATS (选择应答)相当于保持连接的IC卡的ATR (清除应答)，描述了IC卡的操作系统的重要协议参数。1 .5 SD卡的存储通信处理通过微控制器的SDIO接口进行通信，通过CMD指令进行SDHC卡控制，实现数据的存储，具体的初始化和动作流程如下图所示。1 .5.1程序的流程图1 .5.2在设备侧实现STM32F417具有用于允许4线SD卡存储装置或遵循SDIO协议的其它设备操作的接口。 这里采用的是基于2.0标准的SDHC卡，这种类型的卡除了推出容量比第1代标准大得多的卡外，还根据初始化程序的不同，通过添加CMD8命令，可以确保动作电压的稳定动作。1 .6数据读写控制通过RS232串行USB线缆连接读卡器和上位机PC，通过稳定化电源连接到5V直流电源上，接通电源后，系统工作指示灯D5 (红色)点亮，初始化指示灯D4 (蓝色)点亮1秒后熄灭，表示系统初始化成功在设备上安装串行转换USB驱动程序和上位机软件后，就能自动识别硬件，并安装驱动程序。 您还可以在“设备管理器”中查看当前序列号。1 .6.1子程序流程图1 .6.2在设备侧实现打开系统电源，初始化机器，打开串行