RFID課程設(shè)計(jì)報(bào)告 車清龍

1、電信專業(yè)電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)A課程設(shè)計(jì)報(bào)告系 別： 信息科學(xué)與技術(shù)系 專業(yè)班級： 電子信息工程1002班 學(xué)生姓名： 車 清 龍 學(xué) 號： 20101186074 指導(dǎo)教師： （課程設(shè)計(jì)時間：2013年 1月14日2013年1月18日）華中科技大學(xué)武昌分校目 錄1課程設(shè)計(jì)目的22課程設(shè)計(jì)題目描述和要求 23.1 RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電路圖33.2RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各組成部分工作原理 43.3 RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要芯片資料63.4實(shí)驗(yàn)程序代碼 73.5實(shí)驗(yàn)步驟 93.6電路調(diào)試過程 93.7調(diào)試電路遇到的問題 114總結(jié) 12參考文獻(xiàn) 121. 課程設(shè)計(jì)目的（1）熟悉和掌握RFID的一般組成和工作原理；（

2、2）認(rèn)識RFID技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢；（3）初步了解到RFID的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景；（4）通過實(shí)驗(yàn)熟練掌握RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各工作部分的工作原理、高頻電路的一般調(diào)試方法；（5）進(jìn)一步鞏固實(shí)際動手能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)作風(fēng)。2課程設(shè)計(jì)題目描述和要求（1）RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成（2）RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作過程接通閱讀器電源后，高頻振蕩器產(chǎn)生13.56MHz方波信號，經(jīng)功率放大器放大后輸送到天線線圈，在閱讀器的天線線圈周圍會產(chǎn)生高頻強(qiáng)電磁場。當(dāng)應(yīng)答器線圈靠近閱讀器線圈時，一部分磁力線穿過應(yīng)答器的天線線圈，通過電磁感應(yīng)，在應(yīng)答器的天線線圈上產(chǎn)生一個高頻交流電壓，該電壓經(jīng)過應(yīng)答器的整流電路整流后再由穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓輸出

3、直流電壓作為應(yīng)答器單片機(jī)的工作電源，實(shí)現(xiàn)能量傳送。應(yīng)答器單片機(jī)在通電之后進(jìn)入正常工作狀態(tài)，會不停的通過輸出端口向外發(fā)送數(shù)字編碼信號。單片機(jī)發(fā)送的有高低電平變化的數(shù)字編碼信號到達(dá)開關(guān)電路后，開關(guān)電路由于輸入信號高低電平的變化就會相應(yīng)的在接通和關(guān)斷兩個狀態(tài)進(jìn)行改變。開關(guān)電路高低電平的變化會影響應(yīng)答器電路的品質(zhì)因素和復(fù)變阻抗的大小。通過這些應(yīng)答器電路參數(shù)的改變，會反作用于閱讀器天線的電壓變化，實(shí)現(xiàn)ASK調(diào)制（負(fù)載調(diào)制）。在閱讀器中，由檢波電路將經(jīng)過ASK調(diào)制的高頻載波進(jìn)行包絡(luò)撿波，并將高頻成分濾掉后將包絡(luò)還原為應(yīng)答器單片機(jī)所發(fā)送的數(shù)字編碼信號送給閱讀器上的解碼單片機(jī)。解碼單片機(jī)收到信號后控制與之相連

4、的數(shù)碼管顯示電路將該應(yīng)答器所傳送的信息通過數(shù)碼管顯示出來，實(shí)現(xiàn)信息傳送。3.1 RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電路圖（1）閱讀器電路圖（2）應(yīng)答器電路圖3.2 RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各組成部分工作原理（閱讀器部分）高頻振蕩器本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用的石英晶體與門電路構(gòu)成的多諧振蕩器。多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，該電路接通電源后利用電容的充放電，當(dāng)輸入電壓達(dá)到與非門的閥值電壓VT時，門的輸出狀態(tài)即 13.56MHz載波信號產(chǎn)生模塊發(fā)生變化繼而產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖和方波。 高頻功率放大器本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用由高頻晶體管C2655組成的丙類功率放大器 。電路結(jié)構(gòu)如下圖所示高頻功率放大器包絡(luò)檢波電路（電路圖如下圖所示）檢波過程

5、，主要是利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過程。利用電容兩端電壓不能突變只能充放電的特性來達(dá)到平滑脈沖電壓的目的。比較電路（比較電路由LM358組成，如下圖所示）比較器主要是用來對輸入波形進(jìn)行整形，可以將正弦波或任意不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出。濾除檢波波形中雜波的干擾，避免因?yàn)殡妷禾《斐蓡纹瑱C(jī)會因?yàn)闊o法識別而不能解碼或解碼錯誤。 比較電路解碼顯示模塊當(dāng)2051接收到應(yīng)答器發(fā)送的編碼信息后，2051中存儲有該應(yīng)答器所對應(yīng)的一卡通余額，并將其譯碼和顯示輸出。P1.3、P1.4分別作為2位八段數(shù)碼管的片選輸出，P1.0、P1.1、P1.5、P1.6分別連接CD4511的四個數(shù)據(jù)輸

6、入端。四位的二進(jìn)制BCD碼輸入4511后，經(jīng)過解碼轉(zhuǎn)換為1位的十進(jìn)制數(shù)，并控制一個共陰極的數(shù)碼管顯示數(shù)字。P1.3控制個位數(shù)的輸出，P1.4控制十位的輸出。當(dāng)2051有譯碼輸出時，兩個數(shù)碼管所顯示的數(shù)字就會由初始化的“00”變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)值，并停留一秒。 譯碼顯示模塊3.3 RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要芯片資料74HC04六反相器（引腳圖） LM358電路結(jié)構(gòu)和引腳功能圖 74HC04六反相器 LM358AT89C2051引腳排列圖 P1口：P1口是一組8位雙向I/O口。 P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的7個雙向I/O口。RST：復(fù)位輸入 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)

7、部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。CD4511 A 0A3：二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端，即為為8421BCD碼輸入端。BI：消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，CD4511輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。LT：測試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否正常。 YaYb：為數(shù)據(jù)輸出端，即譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。 VDD：正電源。 VSS：接地

8、。 3.4實(shí)驗(yàn)程序代碼1.應(yīng)答器發(fā)碼程序MOV SCON ,#80H ;設(shè)置工作方式2 MOV PCON ,#00H ;SMOD=0 波特率不加倍 MOV R0,#86HLOOP: MOV A,R0 ;取發(fā)送數(shù)據(jù) MOV C,P ;奇偶位送TB8 MOV TB8,C MOV SBUF,A ;讀取數(shù)據(jù)WAIT: JBC TI,NEXT ;判斷發(fā)送是否結(jié)束，TI=1時跳轉(zhuǎn) SJMP WAIT ; TI=0時,在次此循環(huán)NEXT: ACALL DELAY ;延時 SJMP LOOPDELAY: MOV R7,#0AH ;延時 DEL: MOV R6,#0FFH DJNZ R6,$ DJNZ R7,D

9、EL RET END2.閱讀器解碼程序ORG 000HLJMP MAINORG 0023HLJMP INTERUPUTMAIN: MOV P1,#00H ；系統(tǒng)初始化 MOV R0,#86H MOV SCON,#90H ；串口工作方式2，并允許接收 MOV PCON,#00H ；置SMOD=0，波特率不加倍 CLR RI SETB EA ；開串口中斷LOOP: SJMP DISPLAY SJMP LOOPINTERUPUT:CLR RI ；接收中斷標(biāo)志清零MOV A,SBUF ；讀取接收數(shù)據(jù)MOV C,PJNC LPO ；進(jìn)位為零則判斷接收未結(jié)束將數(shù)據(jù) ；送入86H，接收結(jié)束則中斷返回JNB

10、RB8,TEMP ；進(jìn)位為1判斷接收未結(jié)束中斷返回MOV R0,A ；接收結(jié)束則將數(shù)據(jù)送入86HRETI ；中斷返回LPO: JB RB8,TEMP MOV R0 ,ATEMP: RETIDISPLAY:MOV A,R0 ；顯示部分 CLR P1.4 ；片選 SETB P1.3LCALL DISPLCALL DELAYCLR P1.3SETB P1.4LCALL DISPLCALLDELAY CLR CRETDISP: RRC A MOV P1.0,C RRC A MOV P1.6 ,C RRC A MOV P1.1,C RETDELAY: MOV R7,#0AH ；延時DEL: MOV R6

11、,#0FFH DJNZ R6,$DJNZDJNZ R7,DELRETEND3.5實(shí)驗(yàn)步驟1檢測元件好壞，根據(jù)原理圖查找芯片的有關(guān)資料；2綜合查找的相關(guān)資料以及實(shí)驗(yàn)原理圖繪制RFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的的線路圖3根據(jù)線路圖焊接電路板.；4測量電路各靜態(tài)工作點(diǎn)；5完成程序設(shè)計(jì)、接通電路，并進(jìn)行調(diào)試檢測電路是否正常；6設(shè)計(jì)外觀；7封裝。3.6電路調(diào)試過程3.6.1閱讀器部分1.測試穩(wěn)壓電源模塊將7805的1引腳接+12V直流電源，在2引腳用萬用表測試其輸出電壓。2.載波信號測試（輸出信號的頻率應(yīng)為13.56MHz，輸出信號的幅度應(yīng)為3V左右） 圖1 1引腳波形圖 圖2 13引腳波形圖 圖3 12引腳波形圖3.

12、高頻功率放大器C點(diǎn)波形調(diào)試將C點(diǎn)接入示波器，調(diào)節(jié)RP2使C點(diǎn)波形最大（信號幅度應(yīng)為20V30V）。 圖4 C點(diǎn)波形圖閱讀器線圈波形調(diào)試，C點(diǎn)波形最大時將閱讀器線圈的正極接入示波器，調(diào)整可調(diào)電容C9，使該點(diǎn)信號幅度達(dá)到最大（信號幅度應(yīng)為55VP-P80VP-P，且波形很好）。 圖5 閱讀器線圈輸出波形圖4.初始顯示將閱讀器程序燒入單片機(jī)后數(shù)碼管顯示正常為“00”3.6.2應(yīng)答器部分1. 應(yīng)答器耦合信號的檢測將萬用表接在應(yīng)答器天線L4耦合信號輸入端，檢測該點(diǎn)的信號電壓，將應(yīng)答器天線L4靠近閱讀器天線線圈L2，加電后觀察信號幅度。（該點(diǎn)信號幅度應(yīng)為10VP-P15VP-P）實(shí)際測量時該點(diǎn)電壓為15V

13、。2. 芯片供電電路的檢測用萬用表直流電壓檔10V檔分別測量LS7805的1端整流輸入和3端穩(wěn)壓輸出電壓值，（整流輸入電壓應(yīng)為57V, 穩(wěn)壓輸出電壓應(yīng)為3.55V）實(shí)際測量整流輸入電壓為5V, 穩(wěn)壓輸出電壓應(yīng)為3.5V3. 編碼脈沖信號的檢測：用數(shù)字存儲示波器檢測單片機(jī)輸出的編碼脈沖信號（ 該點(diǎn)信號幅度應(yīng)為1V左右）。實(shí)際幅度為1.2V。 圖6 單片機(jī)3引腳輸出波形4. ASK調(diào)制信號的檢測用數(shù)字存儲示波器測量應(yīng)答器天線上ASK調(diào)制信號，調(diào)整應(yīng)答器天線L4與閱讀器天線線圈L2的相對位置，觀察ASK調(diào)制信號（該信號幅度應(yīng)為10VP-P15V。）實(shí)際波形幅度為15V。 圖7 應(yīng)答器線圈調(diào)制信號波形

14、 5.檢波輸入信號的檢測用數(shù)字存儲示波器測量檢波管D1的正極，觀察ASK調(diào)制信號（信號幅度應(yīng)為10VP-P左右）。實(shí)際波形幅度很小，導(dǎo)致無法得到檢波輸出信號。（實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到此）。3.7調(diào)試電路遇到的問題1.最初檢測閱讀器線圈時，波形已能達(dá)到預(yù)期狀況，但一段時間后波形出現(xiàn)變化，與預(yù)期狀況不符。調(diào)節(jié)可調(diào)電容C9波形仍未正常。通過對前級電路的測試發(fā)現(xiàn)74HC04芯片燒毀，芯片不能正常工作，導(dǎo)致高頻載波電路癱瘓，無法產(chǎn)生正常載波信號。調(diào)整方法：更換芯片，在下面的測試中注意及時切斷電源，保證芯片正常工作。2.應(yīng)答器感應(yīng)線圈電壓達(dá)不到預(yù)期效果，電壓值過小。查找過程：更換7058，將其換為LS7058，電壓值

15、仍然偏?。徽{(diào)整線圈匝數(shù)，電壓值略有升高，但仍不滿足系統(tǒng)要求；切斷應(yīng)答器線圈與穩(wěn)壓電源的連線，電壓值仍然偏低；將應(yīng)答器線圈與穩(wěn)壓電源的連線重新焊接好，取下單片機(jī)，切斷放大器T4與線圈連線，電壓值達(dá)到預(yù)期效果，說明負(fù)載中的單片機(jī)或放大器出現(xiàn)問題；焊接好T4與線圈連線，繼續(xù)測量線圈電壓，電壓值下降，說明電路中放大器T4出現(xiàn)問題；調(diào)整：將原來的放大器拆下，重新焊接一測試通過的放大器，測試感應(yīng)電壓電壓，電壓值達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。單片機(jī)正常工作，調(diào)制信號也出現(xiàn)了。3.檢波輸入信號過?。ǔ醪筋A(yù)測出現(xiàn)此種狀況的的可能：檢波電路前面的電容或電阻出現(xiàn)了問題。兩線圈耦合度不高。）4.總結(jié)（1）通過學(xué)習(xí)，了解到了RFID在

16、通信領(lǐng)域和物流領(lǐng)域的應(yīng)用意義，同時也認(rèn)識到學(xué)習(xí)RFID技術(shù)能為我們以后在通信行業(yè)的發(fā)展打下一定的基礎(chǔ)；（2）通過課程設(shè)計(jì)對高頻電子線路和通信原理等專業(yè)知識進(jìn)行了復(fù)習(xí)和鞏固，從而對能量和信息的傳遞過程有了更清晰的認(rèn)識；（3）電路焊接好后應(yīng)認(rèn)真檢查電路，確認(rèn)沒有焊接錯誤、虛焊、漏焊、短路等問題后，再對電路進(jìn)行調(diào)試，這樣可以有效減少電路調(diào)試的時間，從而提高工作效率；（4）在調(diào)試之前應(yīng)對實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理和過程有一個全面的地了解，知道每一個工作部件的正常工作情況，這樣才能有條不紊地進(jìn)行調(diào)試；（5）調(diào)試的過程中應(yīng)仔細(xì)觀察實(shí)際結(jié)果同理論結(jié)果之間的差異，便于準(zhǔn)確地查找到錯誤點(diǎn)；（6）當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論情況不符實(shí)，應(yīng)一級一級向前檢查，直到找到問題所在，同時應(yīng)學(xué)會利用斷開負(fù)載以及逐部件排除的方法來查找電路問題；（7）在檢查錯誤時，不能盲目地檢查，而要有條理