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基于ISO14443TypeA标准读写器的设计与实现

发布时间:2020-07-01 01:44:17 阅读: 来源:火柴厂家

摘要:文中以ST公司的超低功耗单片机STMS8L152C6T6为主控芯片,控制恩智浦公司的高集成度读写器芯片MFRC1522,设计实现了遵循ISO/IEC14443AA协议的读写器模块,该模块提供了用户二次开发功能。可方便地集成到用户应用系统中。同时读写摸块还具有在线编程特性,因此可以很方便地供用户使用读写摸块继续开发RFID卡应用产品。关键词:STM8L;低功耗;RFID;MFRC522 射频识别作为一种非接触式的自动识别技术,已从物联网应用领域扩展至工业监控领域。针对这一需求研究射频识别技术、开发相应产品已成了相关科技人员的重点研究方向之一 。本文介绍的基于ISO14443 TypeA标准的低功耗RFID读写器正是基于上述需求研发的。1 低功耗STM8L控制芯片 在互补金属氧化物半导体(CMOS)数字逻辑电路中,功耗取决于静态功耗和动态功耗两个因素之和。静态功耗主要由晶体管的偏置电流和漏电流产生;动态功耗则取决于电源电压和工作时钟频率当CMOS逻辑电路以一定时钟频率运行时,静态功耗与动态功耗相比是可以忽略的。但在低功耗模式下、时钟不再运行时,静态功耗则是主要的功耗源。因此,功耗主要取决于微控制器单元(MCU)的芯片面积、MCU电源电压、时钟频率、激活的外设数目或使用的MCU功能数目、工作模式等。 依据上述因素来分析STFM8L如何降低功耗。 MCU电源电压。STM8L工作电压为1.8~3.6 V,其芯片中嵌入了2个稳压器,主稳压器(MVR)和低功耗稳压器(LPVR),在不同的功能模式对内部数字电路提供1.65 V以上电压。 时钟频率。在运行模式下,可选择STM8L内部两种时钟源(16 MHz内部高速RC振荡器(HSI)和128 kHz的内部低速RC振荡器(LSI)),且不影响外设时钟情况下,降低CPU的时钟频率。(CPU时钟分频数为1到128) 减少外设时钟配置。STM8L通过设置外设门控时钟(PCG)来减少未使用的外没时钟来降低功耗。 工作模式。STM8L芯片具有4种主要的低功耗模式。有低功耗运行模式(CPU运行模式下功耗为5.4μA)、低功耗等待模式(CPU停止,外设保持工作,功耗为3.3μA)、活跃暂停模式(CPU停止,自动唤醒模式打开,功耗为1.0μA)、暂停模式(所有时钟关闭,自动唤醒模式关闭,功耗为0.4μA)。 因此,STM8L在多种低功耗模式下低于MSP430、HCS08和Microchip的nanoWattXLP,在现有的RFTD读写器MCU选型下为超低功耗芯片之一。2 硬件组成 读写器如图1所示,包括MCU、读卡器芯片、天线及其滤波匹配电路、RS232接口、RS485接口、LCD显示、蜂鸣器、工作指示灯等基本模块。在该结构中MCU通过SPI方式与MFRC522连接,供电电压均为3.3 V,所以不需要外围的电压转换电路,外接一个天线及简单的滤波匹配电路,即可实现与卡片的通信。同时,通信接口加入了可用于工业现场设备通信或与其它设备通信的RS485接口。

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MCU选用ST公司的超低功耗单片机STM8L152C6T6,该单片机是一款8位微控制器,高达16MIPS的CPU性能和1.8~3.6 V的电压范围,有助于现有的8位系统向电压更低的电源过渡。存储器包括2 kB的内部SRAM、多达32 kB的Flash和1 kB的EERPOM。芯片内部包含12位ADC/DAC转换器,最多有25条通道,转换时间小于3 ms;先进的16位控制定时器,其它外设包括一个I2C接口、一个USART接口和一个SPI接口。其性能优于51系列,性价比高十TI公司的16位芯片MSP430。 读写器芯片采用Philips公司推出的MFRC522,该芯片是一款针对智能仪表领域的符合ISO14443A协议的射频卡操作芯片,采用统一的3.3 V供电,内置13.56 MHz无源天线驱动,且具有多种串行接口 (I2C、SPI、UART)。相比较MFRC500、MFRC531及CLRC632等一系列典型产品,MFRC522具有低电压、低功耗、低成本、体积小、与主控器件通讯方便的特点。 控制端的主控芯片STM8L通过对MFRC522寄存器操作来控制芯片,芯片收到STM8L发来的命令后,通过天线按照ISO14443A协议格式向附近发出13.56 MHz频率的调制信号与卡片通讯。2.1 MFRC522与MCU接口 控制端扩展口为扩展板提供3.3 V电源以及由主控芯片STM8L引出的GPIO口,所以设计时MFRC522使用SPI总线与STM8L的GPIO模拟SPI总线相连。硬件电路如图2所示(STM8L与MFRC522的连接电路图)

通信中的时钟信号由MCU产生,MFRC522芯片设置为从机模式,接收来自MCU的数据以设置奇存器,并负责射频接口通信中相关数据的收发。当选择SPI模式时,需IIC引脚为低电平,EA引脚为高电平,相应的SDA和D7、D6、D5分别用作MFSDA、MFMISO、MFMOSI、MFSCK。蜂鸣器相关文章:蜂鸣器原理

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