摘 要：本文討論了一種采用TI公司的射頻標簽多協(xié)議芯片RI-R6C-001A組成的射頻標簽閱讀器方案，使用微芯公司的單片機PIC16F874作為控制器，給出了閱讀器的完整電路實現(xiàn)與時序設計， 并提出了一種基于SPI串行總線實現(xiàn)S6700系列芯片通信協(xié)議的方案，實現(xiàn)了射頻標簽與控制器之間數(shù)據(jù)傳遞與控制功能。

    關鍵詞：射頻標簽； 閱讀器 ； 應答器

    概述

    近年來隨著微電子技術的不斷發(fā)展，半導體技術和集成電路技術也在迅速發(fā)展。目前，IC卡已經(jīng)深入到社會生活的各個角落，各種各樣的卡大大方便了人們的生活，如銀行使用的信用卡、公交車使用的交通卡、食堂使用的就餐卡、出入管理使用的考勤卡、打電話使用的電話卡、手機中使用的SIM卡等。IC卡又稱為集成電路卡。卡片內(nèi)封裝有集成電路，用以存儲和處理數(shù)據(jù)。在IC卡的發(fā)展過程中正在經(jīng)歷從存儲卡到智能卡，從接觸式卡到非接觸式卡，從近距離卡到遠距離卡的過渡，與之相應的，能夠讀取卡內(nèi)信息的閱讀器也在不斷的發(fā)展和更新。非接觸式卡又稱射頻卡（應答器），使用無線電調(diào)制方式和閱讀器進行信息交換。

    射頻識別技術是二十世紀九十年代興起的一項自動識別技術，它利用無線電射頻方式進行非接觸式雙向通信。RFID（Radio Frequency Identification）系統(tǒng)中射頻卡（應答器）與閱讀器之間無需物理接觸即可完成識別，可實現(xiàn)多目標識別和運動目標識別，應用范圍更加廣泛。圖1是閱讀器和應答器組成的一個完整射頻系統(tǒng)：

    圖1 閱讀器與應答器信息傳遞示意圖(略)

    從射頻系統(tǒng)中可以看出閱讀器的重要性及它的功能，在整個通信過程中閱讀器起到橋梁的作用。

    硬件設計

    考慮到閱讀器在系統(tǒng)中要完成的工作主要是從射頻卡讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)經(jīng)相應的處理后送給主機。在設計時按功能對閱讀器進行模塊化設計，圖2是閱讀器的內(nèi)部功能框圖。圖中閱讀器分為射頻卡數(shù)據(jù)讀取部分(射頻部分)、控制電路部分、主機接口電路部分。

    圖2 閱讀器內(nèi)部功能框圖(略)

    控制部分

    圖3是控制器的接口電路圖。

    圖3 控制電路部分(略)

    此控制部分是為了輔助RI-R6C-001A工作，因為RI-R6C-001A芯片要正常工作，完成射頻閱讀器的功能，不但需要有外圍電路，而且還需要有控制器對其進行適當?shù)目刂�。在此設計中選用了PIC16F874單片機作為控制器，由于此單片機有豐富的位操作指令，有SPI串行口，精簡的指令集，能夠很容易的模擬RI-R6C-001A傳送數(shù)據(jù)的時序以及時鐘切換時序。由于RI-R6C-001A對外只提供 四個引腳DOUT、DIN、SCLOCK、M-ERR，所以控制器的接口電路相對較簡單。DOUT、DIN、SCLOCK三個引腳分別連接到單片機的SPI串行口SDI、SDO、SCK三根線上，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行傳輸。M-ERR引腳用來檢測接收到射頻卡中的數(shù)據(jù)是否發(fā)生錯誤，若有錯誤此引腳變?yōu)楦唠娖�，因此把該引腳接到單片機的外部中斷輸入引腳端，用于檢測接收數(shù)據(jù)是否有錯誤，進而單片機對其做出相應的處理。由于RI-R6C-001A在接收射頻卡中的數(shù)據(jù)并把它發(fā)送給控制器時，要求控制器要對其發(fā)送數(shù)據(jù)是否結(jié)束做出判斷，并且RI-R6C-001A不發(fā)送數(shù)據(jù)時就不再送時鐘，所以在此電路設計中把RI-R6C-001A的SCLOCK引腳也接到了具有電壓變化中斷功能的RB4引腳，此引腳外接一個二極管，與軟件結(jié)合起來，要求當控制器供應時鐘時，RB4引腳處于高電平輸出狀態(tài)，經(jīng)過二極管，RB4引腳不會輸入時鐘；當RI-R6C-001A供應時鐘時 ，RB4引腳處于輸入狀態(tài)，SCLOCK信號輸入此引腳，從而可以對發(fā)送數(shù)據(jù)是否結(jié)束作出相應的判斷。

    射頻部分

    RI-R6C-001A芯片是TI公司最新開發(fā)的針對IC卡讀寫的多協(xié)議收發(fā)器，支持的協(xié)議包括： Tag-it協(xié)議、ISO/IEC 15693-2、ISO/IEC 14443-2（TYPE A）。該收發(fā)器由發(fā)送器，接收器，電源供應，參考時鐘和內(nèi)部振蕩器，默認的復位設置和電源管理，串行通信接口等幾部分組成。該芯片通常是＋5V供電，采用SSOP20封裝，內(nèi)部封裝有發(fā)送編碼器，調(diào)制器，接收器和解調(diào)器，典型發(fā)送功率200mW，有IDLE、POWER DOWN、FULL POWER三種電源管理功能。它提供給用戶數(shù)字接口的信號線為DIN、DOUT、SCLOCK，通過這三根線可完成控制器與RI-R6C-001A芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸。當RI-R6C-001A要發(fā)送數(shù)據(jù)時，時鐘由單片機控制，當它要接收數(shù)據(jù)時，時鐘由該芯片控制。 DOUT除了在接收數(shù)據(jù)期間有把接收到的數(shù)據(jù)輸出給單片機的功能外，還用來表征RI-R6C-001A內(nèi)部FIFO的情況。DOUT內(nèi)部下拉，平時為低電平。輸入數(shù)據(jù)過程中，