基于TRF7960的多协议射频读卡器设计

　　引言

　　无线射频识别技术(RFID)作为一项先进的自动识别和数据采集技术，已经广泛应用到生产制造、物流管理、公共安全等各个领域，并带动了读写机具和各类应用产品及系统的开发、生产和推广应用。目前，在我国应用于13．56 MHz的无线射频识别技术领域主要有2个ISO标准，一个是IS014443，另一个是ISO15693。ISO14443定义了TYPE A、TYPE B两种类型协议，通信速率为106 kb／s，它们的区别主要在于载波的调制深度及位的编码方式。ISO15693读写距离较远，而ISO14443读写距离稍近，但后者应用较广泛。这三种协议的卡在各个领域都有着比较广泛的应用，而国内现有的13．56 MHz的射频读卡器，一般仅支持一种协议，且功能较为单一。基于这种现状，本文提出了基于TI公司的TRF7960射频芯片和宏晶公司的 STCllF32XE高速单片机来设计多协议射频读卡器的设计方案。在该读卡器上扩展了点阵图形液晶LCD和串行存储器W25X80以及USB芯片PL2303等外围设备。LCD可以显示各种图形和汉字，串行存储器用来存储点阵字库、图形库等，USB芯片使得该读卡器省去了串口和电源供电端口，可以通过该USB接口和PC管理软件通信。该读卡器使用方便，简单，成本低，电路运行稳定，可以应用到各种场合。

　　1 读卡器的硬件设计

　　STCllF32XE单片机是宏晶科技公司设计生产的单时钟／机器周期(IT)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍。内部集成高可靠复位电路，可用在高速通信、智能控制、强干扰等场合。STCllF32XE内部有32 KB的Flash，29 KB的EEPROM和1 280字节的SRAM。本文采用的STCllF32XE是LQFP-44引脚，除了EA、ALE、PSEN和RST引脚可以定义为通用I／O外，还多了1 个P4口。编程支持ISP下载功能，使用起来比较方便。

　　TRF7960是TI(德州仪器)公司推出的高频(13．56MHz)多标准射频识别(RFID)阅读器IC产品系列之一。TRF7960采用超小32-pin QFN的高级封装设计，支持ISO／IEC 14443A／B、ISO／IEC 15693、ISO／IEC 18000-3以及TI公司的非接触支付商务与Tag-It应答器产品系列。采用TRF7960的读卡器为微控制器提供了内部时钟，只需1个13．56 MHz的晶振就能工作，而不需要2个标准晶体，从而有助于降低终端读卡器产品的总物料单成本。由于组件很少，读卡器IC耗电、占用的空间也很少，因此可以解决敏感度和噪声衰减问题。其他集成功能还包括故障检查、数据格式化、成帧以及适合多读卡器环境的防碰撞支持等。TRF7960与微控制器之间通信可以使用8位并行或者串行(SPI)的灵活的通信方式。该芯片还具有宽泛的操作电压(2．7～5．5 V)。TRF7960非常适用于安全访问控制、产品认证以及非接触支付系统等应用。

　　为了使用STCllF32XE单片机内部1 KB的扩展SRAM，此处采用的是8位并行模拟总线接口方式，用单片机的P1口和TRF7960的DO～D7相连，用P2．6、P2．7、P3．2作为控制线分别和TRF7960的DATA CLK、EN、IRQ引脚相连。需要注意，为了使TRF7960通信接口支持5 V的逻辑电平，应该把TRF7960的VDD_I／O引脚接5 V电压。采用模拟总线方式是一种通用的方法，特别是对于不支持总线扩展的单片机更为重要。该设计中使用模拟总线的方式可防止TRF7960和单片机内部的 SRAM发生总线冲突。图1是读卡器的系统硬件原理图。

　　PL2303是Prolific：公司生产的USB总线转接芯片，可以实现USB转串口，用于为计算机扩展异步串行口，或者将普通的串口设备直接升级到USB总线。PL2303完全兼容USBl．1、USB2．0；3～5 V调节输出，可以满足不同的电压输出接口；全双工发送和接收(RXD、TXD)；MODEM控制线(RTS、CTS、DTR、DSR、DCD和 RI)；5、6、7或8位数据格式；奇偶校验或无校验；1位、1位半或2位停止位；可编程的波特率75 b／s～6 Mb／s等。因此，PL2303是移动系统和嵌入式系统的理想选择，其小封装能够嵌入任何连接件和手持设备。PL2303在工作模式和休眠模式都具有很低的功耗，非常适合总线供电场合使用。USB芯片使得该读卡器省去了串口和电源供电端口，可以通过该USB接口和PC管理软件通信。