RFID实验PPT.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,RFID,实验,1,RFID,实验系统,1,高频振荡器,功率放大器,解调（检波比较）,解码电路,（单片机）,数码,显示,天线线圈,整流电路,稳压电路,编码电路,（单片机）,调制电路,天线线圈,阅读器,应答器,2,高频,振荡器,功率,放大器,天线线圈,天线线圈,整流,电路,稳压,滤波,编码电路,（单片机）,调制,电路,解调（检波比较）电路,解码电路,（单片机）,显示,电路,能量传送,信息传送,阅读器,应答器,3,RFID,实验系统的工作过程是：接通阅读器电源后，,高频振荡器,产生,13.56MHz,方波信号，经,功率放大器,放大后输送到天线线圈，在阅读器的天线线圈周围会产生高频强电磁场。当应答器线圈靠近阅读器线圈时，一部分磁力线穿过应答器的天线线圈，通过,电磁感应,，在应答器的天线线圈上产生一个高频交流电压，该电压经过应答器的整流电路整流后再由稳压电路进行稳压输出直流电压作为应答器单片机的工作电源，实现,能量传送。,4,应答器单片机,在通电之后进入正常工作状态，会不停的通过输出端口向外发送数字,编码信号,。单片机发送的有高低电平变化的数字编码信号到达开关电路后，开关电路由于输入信号高低电平的变化就会相应的在接通和关断两个状态进行改变。开关电路高低电平的变化会影响应答器电路的品质因素和复变阻抗的大小。通过这些应答器电路参数的改变，会反作用于阅读器天线的电压变化，实现,ASK,调制（,负载调制,）。,5,在阅读器中，由检波电路将经过,ASK,调制的高频载波进行,包络捡波,，并将高频成分滤掉后将包络还原为应答器单片机所发送的数字编码信号送给阅读器上的,解码单片机,。解码单片机收到信号后控制与之相连的数码管显示电路将该应答器所传送的信息通过数码管显示出来，实现,信息传送,。,6,RFID,实验,2,通信电子线路实验部分,7,2.1,振荡器,振荡器是用于产生周期性振荡信号的电路。对于振荡器的输出信号，应该由以下指标来衡量：一是,频率,，即频率的准确度与稳定度；二是,振幅,，即振幅的大小与稳定性；三是,波形,及波形的失真；四是输出,功率,，要求该振荡器能带动一定的负载。按照选频网络性质分为,LC,振荡器和,RC,振荡器。,8,2.1.1,电感三点式振荡器,这种电路的,LC,并联谐振电路中的电感有首端、中间抽头和尾端三个端点，其交流通路分别与放大电路的集电极、发射极,(,地,),和基极相连，反馈信号取自电感,L2,上的电压，称为电感反馈式振荡电路。,9,（,1,）电感三点式振荡器电路振荡频率：,考虑,L1,、,L2,间的互感，电路的振荡频率可近似表示为,:,(2-1),（,2,）电感三点式振荡器电路特点：,工作频率范围为几百,KHz,几,MHz,；,反馈信号取自于,L2,，其对,f0,的高次谐波的阻抗较大，因而引起振荡回路的谐波分量增大，使输出波形不理想。,10,2.1.2,电容三点式振荡器,电容三点式振荡电路，又称考毕兹振荡电路。如图,2-2,所示。,Q,是三极管，其结构与电感三点式振荡电路相似,只是将电感、电容互换了位置。,11,电容,C1,、,C2,和电感,L,构成正反馈选频网络，反馈信号取自电容,C2,两端，故称为电容三点式振荡电路，也称电容反馈式振荡电路。反馈信号与输入端电压同相，满足振荡的相位平衡条件，,LC,谐振回路,Q,值足够高的条件下，电路的振荡频率近似等于回路的谐振频率。计算公式如下：,其中,:,12,电容三点式振荡器电路的特点是振荡频率可做得较高,一般可达到,100MHz,以上,由于,C2,对高次谐波阻抗小,使反馈电压中的高次谐波成分较小,因而振荡波形较好。,另外当振荡频率较高时，,C1,C2,的值很小，三极管的级间电容就会对频率的产生影响。,13,2.1.3,晶体振荡器,晶体振荡器是振荡频率受石英晶体控制的振荡器。晶体振荡器的特点是：,（,1,）物理、化学性能非常稳定；,（,2,）具有正压电效应和逆压电效应。,石英晶体振荡器的选频特性非常好，它有一个极为稳定的串联谐振频率，而且等效品质因数很高。只有频率等于晶体谐振频率的信号最容易通过，而其他频率的信号均会被晶体所衰减。,14,15,本实验系统采用的,石英晶体,与,门电路,构成的,多谐振荡器,。多谐振荡器是一种自激振荡电路，该电路接通电源后无需外触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形脉冲和方波。由于多谐振荡器的在工作过程中不存在稳定状态，故又称为无稳态电路。与非门作为一个开关倒向器件，可用于构成各种脉冲波形的的产生电路。电路的基本工作原理是利用电容的充放电，当输入电压达到与非门的阀值电压,VT,时，门的输出状态即发生变化。因此，电路输出的脉冲波形参数直接取决于电路中阻容元件的数值。,16,13.56MHz,载波信号产生模块,R2 1M,1,2,UIA,G1 13.56MHz,C5,22P,C6,100P,13,12,14,+5V,7,UIB,U1 74HC04,17,电路中选用了,13.56MHz,无源晶振,门电路采用,74HC04,六反相器,也可采用,74H00,四二输入与非门,.74HC04,的电源电压为,5V,图所示为,74HC04,的芯片引脚图。,1A 1,1Y 2,2A 3,2Y 4,3A 5,3Y 6,GND 7,14 V,CC,13 6A,12 6Y,11 5A,10 5Y,9 4A,8 4Y,18,不带负载时振荡电路输出的电压峰峰值可达,4,10V,，在不添加任何中间电路的情况下很容易驱动末级功放。如果电路没有振荡，可以在,C5,上并联一个可调电容,调节可调电容使其振荡，用示波器可以看到稳定的方波信号。波形虽然不是标准的正弦波，但经过末级功放的选频网络可将波形还原成正弦波。,19,2.2,高频功率放大器,高频功率放大器是为应答器提供能量的电路，因此是整个,RFID,系统最重要的部分。衡量功率放大器的指标有两个：一个是要求输出功率大；一个是要求集电极的耗散功率低，效率高。,功率放大器按照电流导通角,的范围可分为甲类、乙类、丙类及丁类等不同类型。功率放大器电流导通角越小，放大器的效率越高。,甲类功率放大器的，效率最高只能达到,50%,，适用于小信号低功率放大，一般作为中间级或输出功率较小的末级功率放大器。,20,非线性丙类功率放大器的电流导通角，效率可达到,80%,，通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号,(,信号的通带宽度只有其中心频率的,1,或更小,),，为了不失真地放大信号，它的负载必须是,LC,谐振回路。,本实验系统采用由高频晶体管,C2655,组成的丙类功率放大器,。,21,高频功率放大电路,+12V,T1,2N2655,L1,200,H,C7,0.1,F,C9 530P,C10 12P,C8,0.1,F,L2,3.2,H,6cm 4T,R3 75,RP2 100,22,(1),基本关系式,:,当放大器的输入信号为正弦波时，集电极的输出电流,i,C,为余弦脉冲波。利用谐振回路,LC,的选频作用可输出基波谐振电压,v,c1,电流,i,c1,。,式中，,V,C1m,为集电极输出的谐振电压及基波电压的振幅；,I,C1m,为集电极基波电流振幅；,R,0,为集电极回路的谐振阻抗。,23,24,集电极输出功率为：,电源,VCC,供给的直流功率为：,式中，,I,CO,为集电极电流脉冲,i,C,的直流分量。,放大器的效率为：,25,（,2,）负载特性,：,谐振功率放大器的交流负载特性,26,当放大器的电源电压,V,CC,，基极偏压,V,b,，输入电压,(,或称激励电压,),Vsm,确定后，如果电流导通角选定，则放大器的工作状态只取决于集电极回路的等效负载电阻,Rq,。谐振功率放大器的交流负载特性如图所示。,由图可见，当交流负载线正好穿过静态特性转移点,A,时，管子的集电极电压正好等于管子的饱和压降,V,CES,，集电极电流脉冲接近最大值,Icm,。,此时，集电极输出的功率,P,C,和效率都较高，此时放大器处于临界工作状态。,Rq,所对应的值称为最佳负载电阻，用,R,0,表示，即,27,当,RqR,0,时，放大器处于欠压状态，如,C,点所示，集电极输出电流虽然较大，但集电极电压较小，因此输出功率和效率都较小。当,RqR,0,时，放大器处于过压状态，如,B,点所示，集电极电压虽然比较大，但集电极电流波形有凹陷，因此输出功率较低，但效率较高。为了兼顾输出功率和效率的要求，谐振功率放大器通常选择在临界工作状态。判断放大器是否为临界工作状态的条件是：,28,（,3,）自给偏压电路,：,丙类功率放大器的基极偏置电压,V,BE,是利用发射极电流的直流分量,I,EO,（,I,CO,）在射极电阻上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。图中由,R3,和,C8,组成自给偏压电路,其中,C8,滤除交流信号,直流分量,IEO,在,R3,上产生一个上正下负的电压降,从而给功率放大管基极提供一个负偏压。减小,R3,的阻值可以减小负偏压,从而提高功率放大管发射极工作电流和输出信号幅度,但发射极工作电流过大会使三极管被击穿,应注意适当调整，使其工作在临界工作状态。,29,（,4,）高频扼流圈：,图中的高频扼流圈,L1,作为丙类功率放大器的集电极负载和电源接入电路，必须具有较大的高频阻抗和很小的直流电阻，才能保证丙类功率放大器有较高的有效直流电源电压和高频输出信号幅度。本实验系统中采用导磁率较高的,NX-500,镍锌铁氧体用线径,0.4mm,的漆包线绕制,30,40,圈，电感量为,150,200H,。,30,（,5,）输出谐振回路：,为了不失真地放大信号，非线性丙类功率放大器的负载必须是,LC,谐振回路。图中的,C9,、,C10,与,L2,组成输出谐振回路，即选频回路。这里采用的是,LC,串联谐振回路。因为,LC,串联谐振回路谐振元件上的电压是输入电压的,Q,倍，采用,LC,串联谐振回路的目的，是为了在输出天线,L2,上得到较高的高频信号电压，以取得好的能量传输效果。,31,在,RFID,系统中天线是传输能量和信息的一个关键环节。天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射出去的装置。,RFID,系统包括两类天线：阅读器天线和应答器天线。阅读器天线用于发射高频电磁波和接收应答器返回的数据信息，应答器天线用于接收阅读器天线发射的高频电磁波，并将磁场能转换为电能，为应答器芯片供电。,RFID,天线主要有线圈天线、微带贴片天线、偶极子天线,3,种基本形式。作用距离小于,1m,的近距离,RFID,天线一般采用工艺简单、成本低的线圈天线。,32,本实验系统中阅读器天线,L2,采用线径,0.4mm,的漆包线绕成直径,6cm,的环形空芯线圈，线圈圈数为,4,圈，电感量为,3.2H,。,根据谐振公式，由谐振频率,f,为,13.56MHz,和线圈电感值,L2,约为,3.2H,，可计算出,C9,C10,约为,43pf,。实验中可以通过调整半可调电容,C9,使输出回路达到谐振状态，使,L2,上的高频输出信号达到最大值。,33,2.3,信号耦合与应答器供电,(1),信号耦合：,根据射频耦合方式的不同，,RFID,系统的信号耦合方式分为电感耦合（磁耦合）方式和反向散射耦合（电磁场耦合）方式两大类。,34,具有很小作用距离,(,典型值在,lcm,之内,),的射频识别系统称之为紧耦合系统。为了正常工作，必须把这种系统的应答器插入阅读器中，或者是放置在一种事先规定的表面上。紧耦合系统不仅可采用电感式耦合，也可采用磁场式耦合。从理论上讲，它可以工作在从直流到,30 MHz,范围内的任意频率上，这是因为应答器工作时不必发射电磁波。这种耦合方式能够提供较大的能量，甚至可以为耗电流较大的微处理器供电。紧耦合系统应用于安全性要求较高、但对作用距离要求不大的应用场合中，例如电子门锁系统或非接触式计数用的,IC,卡系统。,35,具有写读功能的、作用距离可达,1 m,的系统称为遥控耦合系统。几乎所有的这种系统都是采用电感,(,磁,),式耦合，目前，在市场上所提供的射频识别系统中至少有,90,都属于电感,(,磁,),耦合系统。,作用距离大于,l m,的射频识别系统称之为远距离系统。所有远距离系统都是采用电磁波方式工作在超高频和微波范围内。这类系统根据其物理功能原理被称之为反向散射射频系统。还有一些工作在微波范围的远距离系统采用的是表面波应答器。,36,在应答器和阅读器之间传输数据所需要的能量，是由阅读器所接收的电磁场来提供能量。当应答器进入阅读器产生的交变磁场时，阅读器的电感线圈上会产生感应电压。当距离够近，应答器天线电路所获得的能量可以供应答器芯片正常工作时，应答器和阅读器才能进入信息交互阶段。,37,电感耦合方式的射频载波频率（称为工作频率）为,13.56MHz,（波长,为,22.1m,）和小于,135KHz(,波长,为,2400m),的频段。本实验系统采用,13.56MHz,电感耦合方式。因为使用频率范围内的波长比阅读器天线和应答器之间的距离大很多倍，所以应答器到天线的电磁场可以作为简单的交变磁场来对待，如图,2,11,所示。,38,本实验系统的信号耦合电路由阅读器天线,L2,和应答器天线,L4,组成。阅读器和应答器之间的天线线圈的耦合也可以看作为变压器耦合，,L2,和,L4,可以看作为变压器初、次级线圈，只是这两个线圈之间只存在很弱的耦合。阅读器的天线线圈和应答器之间的功率传输效率与线圈包围的面积、两个线圈的相对角度以及它们之间的距离有关。这里,L2,和,L4,的圈数比为,1,：,1,。因此，,L4,的结构和参数与,L2,完全相同。不同的是，在阅读器中，,L2,与,C9,、,C1,组成,LC,串联谐振回路，以求在,L2,上得到较高的高频输出信号电压；在应答器中，,L4,与,C18,组成,LC,并联谐振回路（见图,2,12,，图,2,13,所示），以求在,L4,上得到较大的高频输出信号电流，以便为应答器芯片提供足够的电能,。,39,（,2,）应答器供电：,电感耦合方式,RFID,系统的应答器基本都是无源的，能量（电源）从阅读器获得。当应答器天线线圈,L4,靠近阅读器天线线圈,L2,时，在,L4,上产生感应电压，将这个感应电压整流后，即可产生应答器所需要的直流电压。,40,1 3,2,1 20,3,4,5,10 11,L4,3.2,H,6cm 4T,1N4007,4,ZD1,ZD2,ZD3,ZD4,C19,10,F,C20,47,F,C22,100,F,C21,0.01,R14,1K,C23 22,F,T4,9014,R15 10K,C24,22P,C25 22P,G3,4MHz,U5,AT89C2051,LS7805,C18,12P,41,整流电路为标准的桥式整流电路，由,4,个二极管构成，为了减小功率损耗，二极管最好选择导通压降为,0.3V,的锗二极管。此处,C19,的作用有两个，一是滤除整流后电流中可能含有的高频成分；二是有一定的稳压作用。整流得到的直流电压通过,78L05,产生,3.5,5V,的稳定直流电源为应答器芯片供电。,C20,、,C21,、,C22,的作用是进一步滤除高频成分和稳压。选择,78L05,作为电压调整和稳压元件，也是为了减小功率损耗、得到较高的稳定直流电压，保证应答器芯片能够正常工作。,42,RFID,实验,3,通信原理实验部分,43,3.1 RFID,系统的调制与解调,3.1.1 RFID,系统的调制方式,RFID,系统通常采用数字调制方式传送信息，用数字调制信号（包括数字基带信号和已调脉冲）对高频载波进行调制。已调脉冲包括,NRZ,码的,FSK,、,PSK,调制波和副载波调制信号，数字基带信号包括曼彻斯特码、密勒码、修正密勒码信号等，这些信号包含了要传送的信息。,数字调制方式有幅移键控（,ASK,）、频移键控（,FSK,）和相移键控（,PSK,）。,RFID,系统中采用较多的是,ASK,调制方式,。,44,ASK,调制的时域波形参见图,3,1,，但不同的是，图中的包络是周期脉冲波，而,ASK,调制的包络波形是数字基带信号和已调脉冲。,45,3.1.2 ASK,调制方式的实现,（,1,）副载波负载调制：,首先用基带编码的数据信号调制低频率的副载波，可以选择振幅键控（,ASK,）、频移键控（,FSK,）、或相移键控（,PSK,）调制作为副载波调制的方法。副载波的频率是通过对高频载波频率进行二进制分频产生的。然后用经过编码调制的副载波信号控制应答器线圈并接负载电阻的接通和断开，即采用经过编码调制的副载波进行负载调制，以,双重调制,方式传送编码信息。,46,（,2,）负载调制：,电感耦合系统，本质上来说是一种互感耦合，即作为初级线圈的阅读器和作为次级线圈的应答器之间的耦合。如果应答器的固有谐振频率与阅读器的发送频率相符合，则处于阅读器天线的交变磁场中的应答器就能从磁场获得最大能量。,同时，与应答器线圈并接的阻抗变化能通过互感作用对阅读器线圈造成,反作用,，从而引起阅读器线圈回路变换阻抗,ZT,的变化，即接通或关断应答器天线线圈处的负载电阻会引起阻抗,ZT,的变化，从而造成阅读器天线的电压变化。,47,负载调制原理示意图,48,我们在应答器中以二进制编码信号控制开关,S,即通过编码数据控制应答器线圈并接负载电阻的接通和断开,使这些数据以调幅的方式从应答器传输到阅读器，这就是,负载调制。,在阅读器端，对阅读器天线上的电压信号进行包络检波，并放大整形得到所需的逻辑电平，实现数据的解调回收。电感耦合式射频识别系统的负载调制有着与阅读器天线高频电压的振幅键控（,ASK,）调制相似的效果。（见图,3,3,）,49,负载调制实现数据传输的过程,50,本实验系统中由开关管,T4,完成负载调制。,T4,的基极通过,R15,电阻与单片机,U5,的编码信号输出端口,P3.1,相连。在单片机输出的编码信号的控制下，,T4,在高电平到来时导通，在低电平时截止，造成应答器线圈并接的负载电路的阻抗发生变化，应答器线圈负载阻抗的变化通过互感作用对阅读器线圈造成反作用，从而引起阅读器线圈回路变换阻抗,ZT,的变化，以此实现数据的变化与阅读器线圈回路变换阻抗,ZT,变化的同步，从而造成阅读器天线的电压变化。因此数据便以,ASK,的方式由应答器传到了阅读器。,需要注意的是：由于此处是高电平导通，低电平截止，所以载波电压的高低与数据是相反的，阅读器检波出来的信号并不是应答器发送的码字，而是其反码。,51,3.1.3 ASK,调制信号的解调,（,1,）包络检波：,大信号的检波过程，主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载,RC,的充放电过程。利用电容两端电压不能突变只能充放电的特性来达到平滑脉冲电压的目的，如图,3,4,所示。,52,实验电路如图,3,5,所示,在高频信号正半周,D1,导通时，检波电流分三个流向：一是流向负载,R7,（,4.7K,），产生的直流电压是二极管的反相偏压，对二极管相当于负反馈电压，可以改变检波特性的非线性；二是流向负载电容,C14(103),充电；三是流向负载,R8,（,10K,）作为输出信号。,C11,R6,1K,0.01F,1N60,L3,200,H,C14,0.01F,R7,4.7K,13.56MHz,D1,检波输出,53,因为包络检波电路会改变耦合线圈,L2,的,Q,值，使谐振回路谐振状态发生变化，为了减小检波电路对谐振状态的影响，采用松耦合方式，即在耦合线圈和检波电路之间串联一个小电容,C11,在电容之后用一个电阻,R6,使幅值得到一定的衰减，使检波电路输出电压的最大值不超过后面的电压跟随器正常工作输出的最大电平。,54,（,2,）比较电路：,经过包络检波以及放大后的的信号存在少量的杂波干扰，而且电压太小，如果直接将检波后的信号送给单片机,2051,进行解码，单片机会因为无法识别而不能解码或解码错误。比较器主要是用来对输入波形进行整形，可以将正弦波或任意不规则的输入波形整形为方波输出。比较电路由,LM358,组成，如图,3,6,所示。,55,R4 1K,R5 10K,C12,10,F,C13,0.01F,RP1,20K,+5V,8,3,2,7,5,6,U2 LM358,R8 10K,R9,10M,R10 10K,+12V,检波信号,比较输出,4,1,图,3-6,比较电路,56,LM358,类似于增益不可调的运算放大器，其电路结构如图,3-7,所示。,OUT1 1,IN1(-)2,IN1(+)3,GND 4,8 V,CC,7 OUT2,6 IN2(-),5 IN2(+),+,-,+,-,图,3-7 LM358,电路结构和引脚功能图,57,每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“”表示，另一个称为反相输入端，用“”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择,LM358,输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“”端电压高于“”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“”端电压高于“”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。,58,信号送到,LM358,后先由电压跟随器进行阻抗匹配，电压跟随器的特点是输入阻抗小输出阻抗大，经过变换后使电压比较器输入阻抗匹配，完成包络的整形输出。然后进行电压比较，通过调整比较电平的电压值来得到二进制信号，比比较电平值大的电压判为高电平，用,1,表示；比比较电平的值小的电压判为低电平，用,0,表示。,R5,（,10K,）和,20K,可变电阻,RP1,给,LM358,的,2,脚比较端设定一个偏置电压，通过调整,20K,的可变电阻来控制比较电平的高低，使,2,脚的比较电平比,3,脚的电平值低,0.5V,左右即可。经过比较后的信号由,1,脚输出到解码单片机,U3,。,59,3.2 RFID,系统的编码与解码,3.2.4 RFID,实验系统的编码和解码,RFID,实验系统的编码由应答器单片机,U5,通过软件编码方式完成，解码由阅读器单片机,U4,通过软件解码方式完成。,U4,和,U5,均采用美国,ATMEL,公司生产的低电压，高性能的,CMOS8,位单片机,AT89C2051,芯片。,60,图,3,18 AT89C2051,引脚排列图,61,P1,口：,P1,口是一组,8,位双向,I/O,口，,P1.2P1.7,提供内部上拉电阻，,P1.0,和,P1.1,内部无上拉电阻，主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端（,AINO,）和反相输入端（,AINI,），如果需要应在外部接上上拉电阻。,P1,口输出缓冲器可吸收,20mA,电流并可直接驱动,LED,。当,P1,口引脚写入“,1”,时可作输入端，当引脚,P1.2P1.7,用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流。,P1,口还在,Flash,闪速编程及程序校验时接收代码数据。,62,P3,口：,P3,口的,P3.0P3.5,、,P3.7,是带有内部上拉电阻的,7,个双向,I/O,口。,P3.6,没有引出，它作为一个通用,I/O,口但不可访问，但可作为固定输入片内比较器的输出信号，,P3,口缓冲器可吸收,20mA,电流。当,P3,口写入“,1”,时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的,P3,口将用上拉电阻输出电流。,P3,口还接收一些用于,Flash,闪速存储器编程和程序校验的控制信号。,63,RST,：复位输入。,RST,引脚一旦编程两个机器周期以上高电平，所有的,I/O,口都将复位到“,1”,（高电平）状态，当振荡器正在工作时，持续两个机器周期以上的高电平便可以完成复位，每个机器周期为,12,个振荡时钟周期。,XTAL1,：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。,XTAL2,：振荡器反相放大器的输出端。,64,该系统软件设计的基本原理是：首先通过单片机控制应答器，发送数字基带信号，经过,ASK,调制后，再由天线发射出去。阅读器经天线耦合收到调制信号后，进行,ASK,解调，解调后的信号通过串行口送到单片机。单片机验证信号后，再经过解码芯片对信号进行解码放大处理，最后由单片机控制显示模块,LED,管显示出来。,65,3.2.5,应答器程序设计,开始,设置工作状态,读取发送数据,将所得数据和奇偶校验标志位进行编码,按位传输该编码,判断数据传完否？,延时,N,Y,图,3-19,应答器程序设计流程图,66,参考程序：,MOV SCON,#80H ;,设置工作方式,2,MOV PCON ,#00H ;SMOD=0,波特率不加倍,MOV R0,#86H,LOOP:MOV A,R0 ;,取发送数据,MOV C,P ;,奇偶位送,TB8,MOV TB8,C,MOV SBUF,A ;,读取数据,WAIT:JBC TI,NEXT ;,判断发送是否结束，,TI=1,时跳转,SJMP WAIT ;TI=0,时,在次此循环,NEXT:ACALL DELAY ;,延时,SJMP LOOP,DELAY:MOV R7,#0AH ;,延时,DEL:MOV R6,#0FFH,DJNZ R6,$,DJNZ R7,DEL,RET,END,67,3.2.6,阅读器程序设计,开始初始化,串口中断入口,开启串口中断,读数据,接收数据奇偶校验为,P,判断数据接,收位,RB8,中断返回,判断数据接,收位,RB8,LED,显示,返回,为,1,为,0,为,0,为,1,为,0,为,1,阅读器程序设计流程图,68,3.2.7,解码显示模块,在解码显示部分，选择用,2051,的,P1,口作为译码的动态显示输出，动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。,69,18,17,1,2,16,8,9,1,9,10,18,10,11,12,13,15,16,20,1,2,比较信号,R11 1K,C16 22P,G2,4MHz,C17 22P,C15 22,F,U3 AT89C2051,T2,9014,R12,1K,R13,1K,T3,9014,+5V,U4 CD4511,LED LG5621AH,4,5,图,3-21,解码显示模块,70,当,2051,接收到应答器发送的编码信息后，,2051,中存储有该应答器所对应的一卡通余额，并将其译码和显示输出。,P1.3,、,P1.4,分别作为,2,位八段数码管的片选输出，,P1.0,、,P1.1,、,P1.5,、,P1.6,分别连接,CD4511,的四个数据输入端。四位的二进制,BCD,码输入,4511,后，经过解码转换为,1,位的十进制数，并控制一个共阴极的数码管显示数字。,P1.3,控制个位数的输出，,P1.4,控制十位的输出。当,2051,有译码输出时，两个数码管所显示的数字就会由初始化的“,00”,变为相应的数值，并停留一秒。,71,CD4511,是一个用于驱动共阴极,LED,（数码管）显示器的,BCD,码,七段码译码器，它的特点是：具有,BCD,转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的,CMOS,电路能提供较大的拉电流。可直接驱动,LED,显示器。它在同一单片结构上由,COS/MOS,逻辑器件和,N-P-N,双极型晶体管构成。,72,CD4511,芯片引脚说明：,（,1,）,A 0A3,：二进制数据输入端，即为为,8421BCD,码输入端。,（,2,）,BI,：消隐输入控制端，当,BI=0,时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。,（,3,）,LE,：锁定控制端，当,LE=0,时，允许译码输出。,LE=1,时译码器是锁定保持状态，,CD4511,输出被保持在,LE=0,时的数值。,（,4,）,LT,：测试输入端，当,BI=1,，,LT=0,时，译码输出全为,1,，不管输入,DCBA,状态如何，七段均发亮，显示“,8”,。它主要用来检测数码管是否正常。,（,5,）,YaYb,：为数据输出端，即译码输出端，输出为高电平,1,有效。,（,6,）,VDD,：正电源。,（,7,）,VSS,：接地。,73,1 A1,2 A2,3 LT,4 BI,5 LE,6 A3,7 A0,8 V,SS,Y,e,9,Y,d,10,Y,c,11,Y,b,12,Y,a,13,Y,g,14,Y,f,15,V,DD,16,图,3,22 CD4511,芯片引脚图,74,R2 1M,1,2,U1A,G1 13.56MHz,C5,22P,C6,100P,13,12,14,7,U1B,T1,2N2655,L1,200,H,C7,0.1,F,C9 530P,C10 12P,C8,0.1,F,R3 75,C11,R6,1K,0.01F,1N60,L3,200,H,C14,0.01,R7,4.7K,R8 10K,2,L2,3.2,H,6cm 4T,C1,47,F,C2,0.1,1,2,3,C3,100,F,C4,0.01,5,6,U2 LM358,7,R9,10M,3,4,RP2 100,RP1,20K,C13,0.01,R5 10K,C12,10,F,R4 1K,R10 10K,D1,LED LG5621AH,R13,1K,R12,1K,T2,9014,+12V,3+,C16 22P,C17 22P,4MHz,G2,1,U1 74HC04,U3 AT89C2051,4,5,1 3,2,1 20,3,4,5,10 11,L4,3.2,H,6cm 4T,1N4007,4,ZD1,ZD2,ZD3,ZD4,C19,10,F,C20,47,F,C22,100,F,C21,0.01,R14,1K,C23 22,F,T4,9014,R15 10K,C24,22P,C25 22P,G3,4MHz,U5,AT89C2051,LS7805,C18,12P,a,b,能量传送,信息传送,75,RFID,实验,4 RFID,实验系统的检测与调试,76,4.1,电感元件的检测,QBG-3D,型高频,Q,表面板和外型,77,1.,频率显示数码管，共,5,位；,2.,频率单位指示灯，,MHz,或,KHz,；,3.,器件,Q,值合格指示灯，超过已设置的值时灯亮；,4.,Q,值指示数码管，共,3,位；,5.,工作频段选择按键，每按一次，切换至低一个频段工作,;,6.,工作频段指示灯，表格内为对应的频段工作频率范围,;,7.,工作频段选择按键，每按一次，切换至高一个频段工作,;,8.,工作频段内，标准测试频率设置按键；,9.,谐振点搜索按键；,78,10,.,频率调谐数码开关；,11,Q,值合格比较值设定按键；,12,Q,值调谐指示表；,13,对应各工作频段的电感测量范围和标准测试频率表（表,4-1,）,;,14,调谐回路的副调谐电容器调谐旋钮；,15,调谐回路的主调谐电容器调谐旋钮，上方对应的窗口内为主调谐电容器的电容值和谐振时对应的测试电感值刻度盘；,16,电源开关；,17,测试回路接线柱，左边两个为电感接入端。,表附,3,1,电感量测量范围与标准测试频率对应表,频率点,25.2MHz 7.95MHzn 2.52MHz 795KHz 2.52KHz 79.5KHz 25.2KHz,电感值,0.1-1H 1-10H 10-100H 0.1-1mH 1-10mH 10-100m H0.1-1H,79,电感元件测试方法：,（,1,）将待测试线圈接入测试回路接线柱,17,左边两个电感接入端；,（,2,）根据待测试线圈的预计电感值调整工作频段选择按键,5,或,7,，选定工作频段；,（,3,）调整谐振点搜索按键,9,，按表附,3,1,选定测量频率点；,（,4,）调整调谐回路的副调谐电容器调谐旋钮,14,，使刻度盘刻度对“,0”,；,（,5,）调整调谐回路的主调谐电容器调谐旋钮,15,，使达到谐振（,Q,值调谐指示表,12,指示值最大），读取刻度盘刻度所指的电感值。,80,4.2,高频振荡器的检测与调整,高频振荡器主要检测其输出信号的频率和波形及幅度，可用,XJ4452,型数字存储示波器在电路输出端（图,2,5,中,U1B-12,脚）进行检测。,输出信号的频率应为,13.56MHz,，输出信号的幅度（峰峰值）应为,3VP-P,左右。如果信号的频率有误差，可在,C5,上并联一只,530P,的可调电容进行调整。该点的信号波形不是标准的正弦波，但经过高频功率放大后在谐振线圈上可以得到波形很好的正弦波。,81,4.3,高频功率放大器的检测与调整,（,1,）高频功率放大管工作点的调整：,将数字存储示波器探头接在高频功率放大管,T1,的,C,极检测该点的信号电压，选择,5V/,格档，加电后观察信号幅度，调整可调电阻,RP2,使该点信号幅度达到最大，该点信号幅度应为,20VP-P,30VP-P,。,检测高频功率放大管,T1,的,e,极直流电压,Ve,，该电压应为,3V,左右。,断开电源，检测高频功率放大管,T1,的,e,极对地电阻值,Re,，计算高频功率放大管直流工作电流,IcIe,Ve/Re,和直流耗散功率,Pc,IcVce,，,Pc,应不大于,400mW,，否则，高频功率放大管会发热烧坏。,82,（,2,）输出谐振回路的调整：,将数字存储示波器探头接在输出谐振回路元件,C9/C10,与,L2,连接点，检测该点的信号电压，选择,10V/,格档，加电后观察信号幅度，调整可调电容,C9,，使该点信号幅度达到最大，该点信号幅度应为,55VP-P,80VP-P,，且波形很好。但将应答器天线,L4,靠近阅读器天线线圈,L2,时，该点信号可幅度降低为,20VP-P,左右。,83,4.4,应答器电路的检测与调整,（,1,）应答器耦合信号的检测：,数字存储示波器探头接在应答器天线,L4,耦合信号输入端,a,（图,2,13,），检测该点的信号电压，选择,2V/,格档，将应答器天线,L4,靠近阅读器天线线圈,L2,，加电后观察信号幅度，该点信号幅度应为,10VP-P,15VP-P,。,（,2,）芯片供电电路的检测：,用数字示波器或万用表直流电压档,10V,档分别测量,LS7805,的,1,端整流输入和,3,端稳压输出电压值，整流输入电压应为,5,7V,稳压输出电压应为,3.55V,。,84,（,3,）编码脉冲信号的检测：,数字存储示波器探头接在应答器调制开关管,T4,的,b,极，检测单片机输出的编码脉冲信号，选择,500mV/,格档,该点信号幅度应为,1VP-P,左右。,（,4,）,ASK,调制信号的检测：,数字存储示波器探头接在应答器调制开关管,T4,的,c,极，选择,2V/,格档，调整应答器天线,L4,与阅读器天线线圈,L2,的相对位置，应观察到图,3,3,所示的,ASK,调制信号，该信号幅度应为,10VP-P,15VP-P,。,85,4.5,检波与比较电路的检测与调整,（,1,）检波输入信号的检测：,数字存储示波器探头接在检波管,D1,的正极，选择,2V/,格档，应观察到,ASK,调制信号，该信号幅度应为,10VP-P,左右。,（,2,）检波输出信号的检测：,数字存储示波器探头接在检波管,D1,的负极，选择,2V/,格档，应观察到检波输出信号，该信号幅度应为,1VP-P,左右。,86,（,3,）电压跟随器输出电压的测量：,用数字示波器或万用表直流电压档,10V,档测量,U2,的,7,脚电压值，该点电压为电压跟随器输出电压，电压幅度应为,3V,左右。,（,4,）比较电压的调整：,用数字示波器或万用表直流电压档,10V,档测量,U2,的,2,脚电压值，调整可调电阻,RP1,使该电压比,U2,的,3,脚电压低,0.3 V,左右,同时观察数码管显示字符的变化，调整应答器天线,L4,与阅读器天线线圈,L2,的相对位置，直到显示正确字符。,87,88,89,