2 系統(tǒng)總體框架及硬件電路設(shè)計

　　2．1 系統(tǒng)總體框架
   
　　USB接口的125 kHz ID讀卡器主要包括基于SN8P2201單片機的主控模塊、基于EM4095的射頻模塊,、通信模塊(USB),、外部時鐘、光顯示模塊(LED),、聲音提示模塊(蜂鳴器),、電源模塊,、天線，如圖l所示,。

圖1 系統(tǒng)總框架圖

　　ID讀卡器工作過程：USB接通后,，紅色LED燈亮,，伴隨蜂鳴器鳴叫,，表明讀卡器準備就緒。若1
min內(nèi)無ID卡靠近讀卡器,，讀卡器將自動進入睡眠狀態(tài)，此時紅色LED燈自動熄滅,，綠色LED燈點亮。當有ID卡接近讀卡器時,，讀卡器自動激活，綠色LED燈熄滅,，紅色LED燈點亮。讀卡器成功讀取ID卡號后,，蜂鳴器嗚叫，同時數(shù)據(jù)通過USB傳輸至PC機,。只需打開．txt文件，就可輕松接收數(shù)據(jù),，無需任何上位機。

　　2．2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　2．2．1 主控和通信模塊電路
   
　　主控和通信模塊電路如圖2所示,。SONIX單片機SN8P2201的P1．0、P1．1,、P0．0引腳分別控制射頻器件EM4095工作狀態(tài)、接收解碼的同步時鐘,、接收解調(diào)數(shù)據(jù),。

圖2 主控和通信模塊電路

　　SN8P2201引腳5連接復(fù)位電路，電阻R6和電容C8組成基本RC復(fù)位電路,。該復(fù)位電路在系統(tǒng)上電時能夠為復(fù)位引腳提供一個緩慢上升的復(fù)位信號，該復(fù)位信號上升速度低于VDD的上電速度,，從而為系統(tǒng)提供合理復(fù)位時序，當復(fù)位引腳檢測到高電平時,，系統(tǒng)復(fù)位結(jié)束,，進入正常工作狀態(tài),；對于電源異常情況,，二極管正向?qū)ㄊ笴1快速放電并與VDD保持一致，避免復(fù)位引腳持續(xù)高電平,，系統(tǒng)無法正常復(fù)位；R7是必不可少的限流電阻,。

   
　　通信電路USB，SN8P2201的D+,、D一引腳只接適當電容和電阻,，就可與單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)進行USB通信,，電路簡單,。需注意的是：VREG和GND之間連接1μF電容有助于3．3 V穩(wěn)壓器穩(wěn)定輸出，應(yīng)盡可能靠近SN8P2201放置,。

　　2．2．2 射頻收發(fā)電路設(shè)計
   
　　射頻器件EM4095通過天線連續(xù)發(fā)射射頻載波信號，為電子標簽提供能量,，激活電子標簽；調(diào)制發(fā)射信號，將數(shù)據(jù)通過天線傳送給電子標簽,；通過天線接收電子標簽發(fā)射信號，并解調(diào)所接收的信號,，從而得到電子標簽中的數(shù)據(jù)，傳送給單片機做進一步處理,。圖3為射頻收發(fā)電路。

圖3 射頻收發(fā)電路

　　LA(天線電感值),、C4,、C5、C9,、C10和C11組成LC串聯(lián)諧振天線，諧振頻率為其中C0=C4||C10||C11+C5||C9,。天線的工作電流與諧振電路Q值有關(guān)，可在天線線圈LA上并聯(lián)一只電阻,，調(diào)節(jié)Q值。

   
　　EM4095的DEMOND_IN引腳輸入AM信號在VCO輸出信號的同步控制下被采樣,，采樣輸出信號由引腳CDEC外接電容隔直和帶通濾波采樣(消除輸出中的載頻成分、高頻和低頻噪聲)后,，經(jīng)異步比較得到對應(yīng)的數(shù)字信號。接收時,，天線感生信號經(jīng)耦合電容輸入引腳DEMOND_IN，該信號與天線驅(qū)動器的輸入信號由相位比較器進行相位比較,，形成與相位差對應(yīng)的電壓，作為壓控振蕩器的控制信號,，最終鎖定天線發(fā)射信號頻率。RDY／CL發(fā)射的方波是同天線處載波的頻率相同且同步,，通過它傳給單片機來計算同步載波的周期數(shù)。DEMOND_OUT是AM模塊攜帶的數(shù)字信號的輸出,。SHD=1,，EM4095為睡眠狀態(tài),。上電后，先為高電平以便初始化,，然后為低電平開始發(fā)送數(shù)據(jù)。MOD接地表示只讀模式,。

　　2．2．3 其他模塊電路設(shè)計

　　系統(tǒng)設(shè)計的天線電感值是345μH。天線采用銅制漆包線繞制,，漆包線直徑為0．29 mm,。圓形(內(nèi)徑)直徑為2 cm，115圈,。讀卡器直接通過USB提供+5 V電壓，使單片機和EM4095正常工作,，無需外接電源以及額外的5 V穩(wěn)壓器等，這樣電源模塊電路設(shè)計簡單,，且節(jié)省成本。采用6 MHz晶振為單片機提供外部高速時鐘,。

　　2．3 硬件測試
   
　　EM4095的調(diào)試首先檢查有無時鐘輸出,。不管電子標簽是否靠近讀寫器，上電后RDY／CLK引腳始終輸出時鐘信號，否則說明EM4005未開始工作,。當確定輸出時鐘后，可以把電子標簽放在讀寫器的工作范圍內(nèi),，通過示波器觀察SHD引腳的電平是否由高變低，DEMOD_OUT引腳是否有數(shù)據(jù)波形輸出,，若有則說明EM4005工作正常。此時,，將RDY／CLK引腳接到示波器，觀察其波形,，通過調(diào)整C4，C10,，C11的值，使輸出方波的頻率接近125 kHz,。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

   
　　圖4為軟件設(shè)計總體流程

        圖4　軟件設(shè)計總體流程,。該流程基本說明讀卡器工作的全過程,。
　　圖5中,，wk05是幀頭計數(shù)器，time是計算RDY／CLK引腳載波的周期數(shù),。在中斷的第一個下降沿到來時，啟動time周期計數(shù),。尋找?guī)^時,，只要time≈64,，都將其譯碼成1。在找到8個連續(xù)“1”后,，這時下降沿間隔會出現(xiàn)上述3種情況，根據(jù)Tag標志位來譯碼,。在找到9個“l”后，才會把譯碼的數(shù)據(jù)送入BUFFER,，再經(jīng)奇偶校驗正確后，發(fā)送給PC機,。

圖５　曼徹斯特解碼流程

　　4 結(jié)束語
   
　　USB接口的125 kHz ID讀卡器設(shè)計簡單，成本低廉,，而且在程序中就可將USB發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成鍵盤數(shù)據(jù)，無需任何上位機就可接收數(shù)據(jù),，操作更簡單。同時軟件采用解碼方法可以在讀曼徹斯特碼的同時進行同步解碼,，速度較快，而且由于對載波頻率的變化不敏感,，故讀卡成功率非常高。