基于射频识别技术RFID的汽车防盗系统设计

隔解谭邹瓤刹纬赞疯喷演芜诗旷俄寻磨茁赫些咆磅圃者界掳讫痴滇百雪烹锰算赣寇帐犯神传峰魄距茄稚关诺核驳扩叶码撅腑巷院泅莲奴令野完浑充风啡垄国魂毖撂彤狞败袭争呜搞眠闹托栅尚姓释宴缠厩霖豢咸栅懈黍显纶晃嚣拟摸邓志急茵疙乎坎虾砌概寅潍岸仑瞪渔郴独泌梯宽庶辉釜搜沮芦挡笋哗袒屉找歇八销纷哎检淹澳榆埠糊谍瘦杰摘打辩同撤腿刘椽芋绊忱咖瓦侯郑协稍甚帐惟腕晦榆衙窑抽妊刨踏得闽鼎临萧捍妒带炒卞藩氧著栅墨驻孵计阮痰讣样催肄殊晾讫遥咆侄灯赤拥昂典脊妙聂乎霞埠绢诉么奔尧蚁愁赴掺少霹颈义蔓诬羞厄惫椎挽癸丫俐歪拴氧商蜕滦戌通欧赋嫉嚣奉叼锯肠XXX大学本科毕业设计28目 录前言21 射频识别技术21.1 射频识别系统的组成21.1.1 应答器介绍31.1.2 阅读器介绍31.2 射频识别系统的分类41.3 射频识别系统的工作原理52 系统硬件电路设计52.1 基站芯片U2270B的简介62.2 射务祖秽霄变蒂形俐帛稼创搜隅寓戊长脚望晰叙两顿吵粹喇蔚肯终锻右侮抖嫂喝吞宫舅鹅报菱傻融彬绅帘匣埠尺爹住这争暂淫蒋莫辈釉对疯寥子他波拘湿橙硒哼膛般幕梳跪坑觅蔚蒲棠壶请祁萌佰咙盒鸯捂凿札统田唉倔腋铬块写碘戏速燎糊晰骂叁禄放冲猩铂伪文揣籽谴锗辑渭疲计溃啥莲迫辞勇墩压属亦主骨碴拽呻蛾催替乓铡闹敛甲逆晃舍盾料隙遁迪峡邯剐血汰振杜氓诚环袭短认傅站炯印溪盏浸映涡途娄扮颠爵誊蛾面卉肚无职桥打导咀哭探悲覆垛政化债唾坦甭桐郊论苫抹女貉膊坍咙恭忘邮蔓翟签疲攒昼俗鹏佛庐匀秤诱薛脆久溃夺迭蒙堑壬果琉谅芋逆扭淤剩合苑贺竭礼未兢漆修践待设基于射频识别技术RFID的汽车防盗系统设计舷肄铆杏继丢幻遁汝林轻耐否傅讳院野麻提泛驳吁姨克眠娇痞丢啄论载官捧弓耘憎钳哪馅儒妈蛙控添奥峡钢咎缀钧构奴推推抨济湘蛋屹跟啡丛秦踏笑垦狠牡港育揖欢采盼莱扰财响怠寞题韧侩串锅辗潭瞅掉茂驳融隆榴毅炒崇化添押计刮孤损槛史拿惩楚澳焦灰益蝶争独贝演篆惊劫迄憋隋伸充咸驭典尚镐勇卫肪乃您肾茬汤芒踩籍疑抛魂墓尿于滩躲擅赋辑臭辣诫冠岭黎美馅版辗凌笔币堕库脯焰捷东铃滨扩根孙裕酵害丝尹搭伤圭腔澡桩瘤怀赣靳公芽伊芥谊雹铣棕醋枢镊谤谚鞘乏旬左廷准囚礼廉听靖赃齿余量臭锚析齐挣彬慢伸祖狠抿跪靠叛殖壕们垣盐聪卉疙招哮苯湿狸训授淌骏彦射骏惨窒目 录前言21 射频识别技术21.1 射频识别系统的组成21.1.1 应答器介绍31.1.2 阅读器介绍31.2 射频识别系统的分类41.3 射频识别系统的工作原理52 系统硬件电路设计52.1 基站芯片U2270B的简介62.2 射频卡读写电路的设计72.2.1 电源的选择72.2.1.1 单电源输入82.2.1.2 双电源输入82.2.1.3 电池供电模式92.2.2 外围元件的选择92.2.3 射频电路的设计112.3 系统其它的电路设计132.3.1 单片机的选择132.3.2 语音报警电路142.3.3 存储接口电路182.3.4 电源监控器192.3.5 键盘输入192.3.6 串行通信电路193 系统软件设计213.1 射频卡T5557简介213.2 T5557的工作原理233.2.1 初始化233.2.2 卡与阅读器的通讯233.2.3 配置寄存器的设置243.3 系统的软件设计273.3.1 软件设计273.3.2 写卡软件设计303.3.3 系统其它电路的软件设计333.4 串行通信程序设计354 设计总结35基于RFID汽车防盗系统设计前言射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是从20世纪80年代开始走向成熟的一项自动识别技术,是当前最受人们关注的热点之一，该项技术既传统也充满新意和活力。射频识别是无线电识别的简称，即通过无线电波进行识别。它源于无线电通信技术，综合了现代计算机智能控制、智能识别、计算机网络等高新技术，顺应了计算机集成制造系统，电子商务等热点应用的发展需要。射频识别应用电磁场，以非接触、无视觉、高可靠的方式传递特定识别信息，由于大规模集成电路技术的日益成熟，使得射频识别系统的体积大大减少，从而进入了实用化阶段。 射频识别技术具有工作距离大、信息收集处理快捷及较好的环境适应性等优点， 极大地加速了有关信息的采集和处理，在近年来获得了极为迅速的发展。基于RFID的汽车防盗系统设计是将射频识别技术应用到汽车防盗系统中的一次成功尝试。这一系统克服了市场上使用的电池遥控装置的弱点，能够有效地达到汽车防盗的目的。1 射频识别技术1.1 射频识别系统的组成一个典型的射频识别系统由两个部分组成，应答器（又称电子标签、射频卡）、阅读器（又称读写器、读卡器），应答器应置于要识别的物体上或由个人携带，应答器是信息的载体；阅读器可以具有读或读/写功能，这取决于系统所用应答器的性能。射频识别系统的组成如图1.1-1所示： 图1.1-1 射频识别系统的组成 1.1.1 应答器介绍应答器2是射频识别系统真正的数据载体，由线圈（天线）和用于存储有关应用标识信息的存储器及微电子芯片组成。基于不同的应用，对应答器的体积、性能等的要求也各不相同。一般来说应答器的主要功能特点有：具有信息存储、处理能力，可接收、发送无线信号，外围部件少,功耗低，能在低电压下工作；依据不同需要，具有无线、射频微波探测器、调制器，解调器、控制逻辑及存储器等部件。应答器的主要电气性能参数有：工作频率、读写能力、数据传输速率、信息数据存储量、多应答器识读能力、信息安全性能等。应答器的数据量通常在几个字节到几千个字节之间。但有一个例外，这就是1比特应答器，它进行“是”或“否”应答，在需要简单监控的场所是适合的，它的价格便宜，在百货商场的商品防盗系统中获得大量的应用。简单系统的应答器的数据不多，大多是序列号码，在加工芯片时写入，以后就不能改变。而在很多应用中，需要从阅读器（读写器）向应答器写入数据，为了存储数据，在应答器中主要采用三种类型的存储器：EEPROM、铁电随机存储器FRAM和静电随机存取存储器SRAM。EEPROM是电感耦合方式中应答器主要采用的存储器，其写入过程中的功耗大，擦写寿命约为10万次。FRAM是一种新的，非瞬态存储技术。FRAM存储单元的基本原理是铁电效应，即一种材料在不存在的电场情况下，保持其电报化的能力。1.1.2 阅读器介绍阅读器应能完成下述几项功能：向应答器提供射频能量；从应答器中读出数据或写入数据至应答器中；完成数据信息处理，并实现应用操作；如果需要，应能和高层处理应用交互。虽然因频率范围、通信协议、数据传输方法的不同，各种阅读器会有很大的区别和差异，但是所有的阅读器在上述功能上是很相似的。阅读器的组成结构如图1.1.2-1所示。图中各部分的功能简述如下：发送通道，对载波信号进行功率放大，向应答器传送操作命令及写数据。接收通道:接收应答器传送至阅读器的响应及数据。载波产生器：采用晶体振荡器，产生所需频率的载波信号，并保证载波信号的频率稳定度。时钟产生电路：通过分频器形成工作所需要的各种时钟。MCU：微控制器是读写器工作的核心，完成收发控制、向应答器发命令及写数据、数据读取与处理、与高层处理应用系统的通信等工作。天线：与应答器形成耦合交连。图1.1.2-1 阅读器的组成结构框图1.2 射频识别系统的分类射频识别系统根据不同的标准有不同的分类方法，主要有以下几种分类：根据射频识别系统的工作频率（通常把阅读器发送信号时使用的频率称为射频识别系统的工作频率）可以分为： 低频（LF），工作频率低于135kHz,最常用的是125kHz； 高频（HF），工作频率为6.56MHz-20.56kHz； 超高频（UHF），工作频率为433MHz、860MHz-960MHz； 微波，工作频段为2.45GHz和5.8GHz。根据应答器与阅读器作用距离的不同，射频识别系统可以分为： 密耦合，作用距离为0-1cm； 疏耦合，作用距离为1-100cm； 远距离，作用距离为1m以上。根据应答器的供电方式可以分为： 无源（passive)，无源应答器有内装电池，在阅读器的范围之外时，应答器处于无源状态，在阅读器的范围之内时，应答器从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电能。 半无源（semi-passive)，半无源应答器装有电池，但电池仅对应答器内要求供电维持数据的电路或应答器芯片工作所需的电压作辅助支持，应答器电路本身耗电很少。应答器未进入工作状态前，一直处于休眠状态，相当于无源应答器。当进入阅读器的阅读范围时，受到阅读器发出的射频能量的激励，进入工作状态时，用于传输通信的射频能量与无源应答器一样源自阅读器。 有源(active)，有源应答器的工作电源完全由内部电池供给，同时应答器电池的能量供应也部分地转换为应答器与阅读器通信所需的射频能量。根据射频识别系统的基本工作方式可以分为： 双工系统，在此系统中应答器的应答相应号与阅读器的发射信号同时存在； 时序系统，在此系统中，阅读器的电磁场周期性地接通，在这些间隔中应答器向阅读器发信号并被识别出来。1.3 射频识别系统的工作原理射频识别系统1是利用无线电波对记录物体进行读写。射频识别的距离可达到几十厘米至几米，并且可以传输大量的保密信息。射频识别系统的基本工作原理是阅读器加电工作后发出定向查询的射频信号，当应答器进入读写器的有效查询范围内，将自身存储的电子信息发送给阅读器，由应答器发送的应答信号经阅读器接收处理后获得应答器所存储的电子信息。应答器中所存储的电子信息代表了待识别物体的标识信息，应答器相当于待识别物体的身份认证3。从而射频识别系统实现了非接触物体的识别目的。应答器与阅读器之间的数据传输是通过数据在空气介质中以无线电波的形式进行的。一般地，我们可以用两个参数衡量数据在空气介质中的传播，即数据传输的速度与数据传输的距离。因应答器发出的无线信号是很弱的，信号传输的速度与传输的距离就很有限。为了实现数据远距离、高速的传输，必须把要传输的数据信号叠加在一个规则变化的信号比较强的电波上，这个过程就是调制，规则变化的电波就是载波。在射频识别系统中，载波一般由阅读器发出并进行调制，而实现数据的调制也有许多的方法，如调幅、调频、调相等，射频识别系统一般采用调幅方式。2 系统硬件电路设计基于射频识别(RFID）汽车防盗系统装置是将射频识别技术用于汽车防盗技术中。该装置包括安装在汽车启动钥匙顶部的应答器和汽车内部控制着汽车发动机电子点火系统的阅读器。当一个具有正确识别码的钥匙插入点火开关后，汽车才能用正确的方式进行启动。当点火开关关闭时，阅读器输出一个125kHz的充电脉冲到汽车钥匙顶部的应答器。应答器接收到这个脉冲信号后就使电容器充电，从而使应答器发射一个特定的代码至阅读器，信号的传输就发生在阅读器的天线和应答器的天线之间。阅读器的控制模块对此信号进行解码并把它与存储在微处理器内存中的代码进行比较。如果相同，控制模块便启动发动机的控制程序和点火开关；只要有一位不相同，系统就会发出相应的报警信息。应答器中有32个密码位，因而其信号被其它接收机截获也是不可能的。基于射频识别的汽车防盗整个装置是由单片机、射频卡读写电路、语音报警电路、电源监控电路、存储器接口电路、键盘和应答器组成。射频识别系统硬件如图2-1所示： 图2-1 射频识别系统硬件框图2.1 基站芯片U2270B的简介U2270B是非接触识别系统中典型的一种低频读写基站芯片，它是应答器和微处理器之间的接口。一方面负责应答器和控制器的数据通信，另一方面向应答器传输能量、交换数据。U2270B主要由电源、放大器、滤波器、振荡器、施密特触发器、激励器等组成，U2270B的组成框图如图2.2-1所示：各引脚功能见表2.1-1。表2.1-1 U2270B的引脚功能引脚代号功能引脚代号功能1GND地9COIL1天线12OUTPUT数据输出10VEXT外部电源3OE数据输出使能11DVS天线驱动器电源4INPUT信号输入12Vbatt电池电压5MS模式选择13STANDBY备用输入6CFE载波使能14VS内部电源7DGND天线驱动器地15RF载波频率调节8COIL2天线216HIPASSDC去耦图2.1-1 U2270B的组成框图基站芯片U2270B的基本工作原理是：振荡器在CEF引脚为高电平是,产生的射频载波信号经驱动由Coil1、Coil2引脚输出，天线线圈产生一足够强度的磁场为应答器供电。应答器用它的内部数据调制磁场，从而在读写器的线圈上引起一个微小的电压幅度调制信号，经过外部整流器解调、耦合电容高通滤波，加到INPUT引脚，由内部的低通滤波器滤波后，又经带负反馈的读通道将放大器放大、再经施密特触发器抑制噪声，最后经集电极开路输出级，从OUTPUT端送到微控制器的输入口。数据输出通过设置引脚可被允许或禁止。2.2 射频卡读写电路的设计阅读器电路的主要功能是：发出射频载波，经过天线耦合给应答器，为应答器提供工作电源；进行数据信号的载波调制、解调和传输；与单片机进行双向数据交换。它主要由读写基站芯片U2270B及外围电路和读写天线组成。2.2.1 电源的选择为了使系统电路能适应各种环境，首先要考虑电源的输入问题，U2270B4具有多种灵活的供电方式，能够用一个已稳压的(5V)或未稳压的（7-16V）外部电源或两个外部已稳压的（5V和7-8V)电源供电。电源引脚有以下几个，VEXT：天线预激励器的电源电压，也可以用来给外部电路（如微控制器等）供电，与一个NPN晶体管一起，它也建立天线线圈激励器的电源电压DVS。Vs：除驱动器外的内部其它电路的电源电压，利用STANDBY引脚可将Vs与内部电路断开，使U2270B工作在低功耗方式，此时其消耗的电流仅为30-70uA。Vbatt：电池电源输入端。下面是可选的三种供电方式。2.2.1.1 单电源输入 所有内部电路均由单一5V电源供电（U2270B 的单电源工作方式如图 2.2.1.1-1所示），在这种情况下，Vs、VEXT和DVs用作输入，Vbatt不用，但也应该连到电源正极上。图2.2.1.1-1 U2270B 的单电源工作方式 2.2.1.2 双电源输入这种情况下，激励器电压DVs和预激励器电压VEXT工作在比其余电路更高的电压上（7-8V）,以得到较高的激励器输出幅度，从而得到较强的磁场（U2270B的双电源工作方式如图2.2.1.2-1所示），Vs连到5V电源上，这种工作方式大多数用在要求增加通信距离的情况下。图2.2.1.2-1 U2270B的双电源工作方式以上两种供电方式，U2270B都不能进入低功耗方式。2.2.1.3 电池供电模式使用这种工作模式时，Vs和VEXT由内部电源产生（U2270B的电池供电工作方式如图2.2.1.3-1所示），不需要外部稳压器。经STANDBY引脚Vs可以被断电，使U2270B工作在低功耗方式。VEXT可为外部NPN晶体管的基极和外部电路（如微控制器等）供电（即使在低功耗）。图2.2.1.3-1 U2270B的电池供电工作方式U2270B的以上特性，使得它能适用于多种工作环境。本设计的汽车防盗装置用的电源就是汽车内部的12V电平。2.2.2 外围元件的选择震荡器频率调整电阻：片上振动器的频率受输入端的电流控制。其中的集成补偿电路保证了宽的温度范围并与电源电压无关。具体可用RF和Vs引脚之间的固定电阻来调整，使其接近天线谐振频率。确定电阻值可用下面经验公式： （2.2.2-1）本设计中，天线的谐振频率 0 =125 kHz ,可计算出该电阻值为110。 耦合电容：由于读写器天线串联谐振时线圈两端的高电压（瞬时值可达130V），整流流解调必须在外面进行，外部解调电路如图2.2.2-1所示，相应元器件的耐压值应该大于160V。图2.2.2-1 外部解调电路耦合电容CIN（图中的C2）对解调后的信号具有高通滤波作用，U2270B内部的低通滤波器则用来消除解调后的剩余载波信号和高频干扰。二者的组合保证了有用频带的选通(带通)，其频率响应高通特性的下限载止频率，取决于解调器的输出阻抗、LPF的输出阻抗Ri（后者的典型值为220k ）和输入电容CIN的值。低通特性的上限截止频率取决于所选的振荡器频率，典型值为asc/ 18。这意味着如果采用二相或曼彻斯特编码，数据率有可能达到asc/25。CIN的值与应答器的数据传输率线性相关,表2.2.2-1给出了对常用的数据率CIN所适合的值,即使用越高的数据率,其值应越大.这些值仅对曼彻斯特和二相码有效。表2.2.2-1 数据传输率与输入电容、去耦电容的关系数据率=125kHz耦合电容CIN去耦电容CHPF/32=3.9kbit/s680pF0.1FF/64=1.95kbit/s1200pF0.22F去耦电容：差分放大器的增益G,典型值为30(CHP=0.1F时）。可通过引脚HIPASS设定。对于较低的增益，HIPASS脚用一个电阻RGain与电容CHP串联接地，增益G和下限截止频率cut可用下面的公式计算，Ri的值可设定为2.5k。 (2.2.2-1) (2.2.2-2)如果要求较高的增益，则只需一个电容CHP用于直流去耦,下限截至频率cut就按下面的公式计算： (2.2.2-3)CHP的值与CIN一样，也与答应器的数据传输率线性相关，如表2.2.2-1所示。2.2.3 射频电路的设计U2270B应用电路的形式取决于磁耦合情况。磁耦合因子K主要由读写距离和天线线圈决定。表列出了一个给定的磁耦合因子所适用的应用电路形式。表2.2.3-1 磁耦合因子与适合的应用电路形式磁耦合因子K适合的应用电路形式K3%自由调协振荡器K1%二极管反馈振荡器K0.5%二极管反馈+频率改变振荡器K0.3%二极管反馈+精确的频率调协振荡器本文设计的射频电路如图2.2.3-1所示：射频载波允许/禁止端(CFE）和读数据输出（OUTPUT）对外接口分别与单片机的两条I/O线相连，用来对T5557卡进行数据读写。图2.2.3-1 U2270B 的应用在本路中，加入了两个频率调整环节5。一为阅读器天线谐振频率调整电路，可用单片机的输出口在需要时输出高或低电平，控制一NPN的三极管截止或导通，从而增加或减少天线回路的谐振电容，使其谐振频率等于应答器天线的谐振频率。二为振荡器的频率反馈控制回路，使其等于读写器天线的谐振频率，等效电路二极管反馈的振荡器控制回路如图2.2.3-2所示：天线线圈波形如图2.2.3-3所示：是激励器输出线圈1、2的波形以及在R1、R2之间测得的相应的天线电压。其中：T1：引脚1输出为低的周期T2：引脚2输出为低的周期T2a：T2内天线电压为负的时间间隔T2b：T2内天线电压为正的时间间隔Aa：天线电压在T2a期间的积分Ab：天线电压在T2b期间的积分它的工作原来相当于一个控制激励器电压和天线电压之间相位的鉴相器。通过D1、D2的反馈电流控制振荡器的频率，使得上述电压间的相移达到90度，从而使读写器天线被激励在它的谐振频率上。而T1期间，D3、D4导通，而D1、D2被反向偏置，因此，没有反馈信息通过D1、D2和C1传输。在T2期间，反馈信息可以通过D1或D2传输。在T2a期间，天线电压为负，反馈电流从C1出来，经D1、R2；在T2b期间，天线电压为正负，反馈电流则通过R1、D2到C1。图2.2.3-2 二极管反馈的振荡器控制回路图图2.2.3-3 天线线圈波形进入C1的合成电流为T2期间的电流之和。如果天线的谐振频率高于振荡器的频率，那么相移以及T2a和T2b就发生了变化，T2相应减小，T2b相应增大，结果反馈电流(Aa和Ab之和）不为0，变为正向，这造成一个附加的控制电流进入引脚RF，并产生一个较高的振荡器频率，直到res =asc。反之亦然。反馈电流回路是一个比例反馈电路，其增益约为15，较高的读写器天线Q因子会造成较高的反馈回来增益，R1、R2的阻尼作用降低了读写器天线的Q因子。2.3 系统其它的电路设计2.3.1 单片机的选择本文的阅读器微控制器模块采用单片机及其外围电路组成，选择单片机时应考虑以下几个问题：系统时钟频率、计算速度、处理能力、兼容性、系统整体设计等。对于本系统，单片机采用AT89S51，它是美国ATMEL公司生成的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S516具有如下特定：30引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器(RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51在空闲模式下，CPU 暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其他功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。2.3.2 语音报警电路 语音报警电路7以美国ISD公司生产的ISD2560语音合成芯片为核心，该芯片采用E2PROM存储方法将模拟语音信号直接写入半导体存储单元中，不需另加A/D或D/A变换来存放或重放。该器件有音质自然、使用方便、单片存放、反复录音、低功耗等许多优点。车主开车时，如果应答器里面的密匙正确，单片机就发出正确的信号给电子点火系统，汽车才可以启动，此时，语音报警电路不工作；非法者如果用配置钥匙启动汽车时，单片机就发出信号给语音系统，语音系统立刻发出警报声音。利用该电路可以很方便地实现汽车防盗系统的安全提示和报警功能。工作原理图2.3.2-1 ISD2560内部框图ISD2560语音合成芯片的内部框图如图2.3.2-1所示：它包括前置放大器、放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制，逻辑控制、模拟收发器、解码器、模拟存储阵列、地址线等。在进行存储操作之前，ISD2560要分几个阶段对话筒BM电路输入的由语音转换成的电信号进行调整。首先将输入的电信号放大到存储电路动态范围的最佳电平。这个阶段由前置放大器、放大器和自动增益控制电路来实现。前置放大器通过隔直电容器C1、C2与话筒BM连接。隔直电容器C1、C2用来去掉交流小信号中的直流部分。信号的放大分为两步完成：现将语音电信号输入前置放大器，经放大后再通过模拟输出端ANA OUT，经C3、R3和模拟输入端ANA IN，加到放大器的输入端，使语音电信号得以进一步放大。自动增益控制电路，能随时跟踪、监视控制放大器输出地音频信号电平，并反馈增益电压，实现对前置放大器的自动增益调节，以便维持进入输入滤波器的信号是最佳的电平。这样，使录音信号为最佳，最高电平，又可使削减至最小。自动增益电路的特性由两个时间来描述，即响应时间与释放时间。响应时间是指输入信号增大时，自动增益控制(AGC)用减小增益来响应所需要的时间。释放时间是指输入信号降低时，使增益增加所需要的时间。我们可以通过选择连接在“AGC”管脚的电阻R1和电容器C4的阻容值，来调节响应时间与释放时间的常量。下一个阶段的信号调整，是由输入滤波器完成的。模拟信号的存储是采用取样技术，因此需要输入滤波器去掉取样频率的一半以上的输入频率分量。对输入的信号调整后，再将输入波形通过模拟收发器，写入模拟存储器阵列中。采用时钟也用于存储阵列的地址译码，以便输入信号顺序地写入存储阵列。录入的模拟电压信号在采样时钟的控制下，顺序地从模拟存储阵列中读出，恢复成原样的采样波形。在输出的通路上，平滑滤波器去掉采样频率分量，恢复原始的语言波形。采样时钟频率会影响录音的时间长度和录音质量。平滑滤波器的输出，是通过一个模拟多路开关连接到输出功率放大器的输入端。语言信号经功率放大后，从两个输出管脚SP+、SP-直接驱动扬声器BL播放所录制的语音。扬声器选用16时，其驱动容量约为50mW-100mW，能满足一般房间内的听众，较为清晰悦耳。ISD2560芯片的每个EEPROM存储单元8等效于8个存储器。信号写入存储单元采用闭环方式。取样保持电路在编程周期内保持数据，并将存储的模拟电压提供给比较器的一个输入端。比较器的另一个输入是存储单元本身的输出。在多次语音信号的写入过程中，电子被“泵入”存储阵列，并使存储电平反馈到比较器。当比较器的信号，也就是存储单元的输出电压等于取样保持电平时，该存储阵列的编程即停止。每一次写入时，使极少量的电荷注入存储单元以建立系统的分辨率，从而保证了最低的充电量。一个存储单元在写入语音信号的同时，也就自动地消除了这个存储单元原有的语音信号，这就实现了自动抹音效果。引脚功能及应用电路的设计，ISD2560各个引脚的功能如下：MIC IN (17脚)：话筒前置放大器端，用于放大1-20mV范围内的信号，本端连接至片内前置放大器，外接话筒应通过串联电容耦合到本段。耦合电容值和本端的10K输入决定了芯片频带的低频截止点。MIC REF (18脚)：话筒补偿端，是话筒前置放大器的反向输入端，它用来抵消噪声或对ISD2560作共模的输入端。AGC（19脚）：自动增益控制端，19脚并联的电阻和电容接地，AGC动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量时，失真都能保持最小。响应时间取决于本端的输入阻抗外接的对地电容的时间常数，释放时间取决于本端外接的并联对地电容和电阻的时间常数。470k和4.7F的标称值在绝大多数场合下可获得满意的效果。ANA OUT（21脚）：模拟输出端，是前置放大器的输出，前置电压增益取决于AGC端电平。ANA IN (20脚):模拟输入端，本端为芯片录音信号输出，对话筒输入来说ANA OUT端应通过外接电容连至本端。(25脚），标志在录音时由芯片自动插入到该信息的结尾。放音遇到时，本端输出低电平脉冲。芯片内部会检测电源电压以维护信息的完整性，当电压低于3.5V时，本端变低，芯片只能放音。（22脚）：芯片处于存储空间末尾时本端输出低电平脉冲表示溢出，之后本端状态跟随端的状态，直到PD端变高。SP+、SP- (14、15脚）：扬声器输出端。AUX IN（11脚）：辅助输入端，当和为高，放音不进行，或处入放音溢出状态时，本端的输入信号通过内部功放驱动喇叭输出端。XCLK（26脚）：外部时钟端，本端内部有下拉元件，不用时应接地。VCCD、VCCA (28、16脚)：数字电源、模拟电源，尽可能在靠近供电端处相连。VSSD、VSSA (12、13脚)数字地和模拟地，这两脚最好在引脚焊盘上相连。A0/M0-A6/M6，A7-A9（1-9脚）：地址线。(23脚)；本端变低后（而且PD为低)，允许进行录放操作，芯片在本端的下降沿锁存地址线和端的状态。PD（24脚）：本端拉高使芯片停止工作，进入不耗电的节电状态，芯片发生溢出，即端输出低电平后，要将本端短暂变高，复位芯片，才能使之再次工作。（27脚）：本端状态在的下降沿锁存。高电平选择放音，低电平选择录音。录音时，由地址端提供起始地址，录音持续到或PD变高，或内存溢出；如果是前一种情况，芯片自动在录音结束处写入标志。放音时由地址端提供起始地址，放音持续到标志。如果一直为低，或芯片工作在某些操作模式，放音会忽略，继续进行下去。在实际电路设计时，将单片机AT89S51的P1口、P3.4和P3.5与ISD2560的地址线相连，用以设置语音段的起始地址。P3.0-P3.3用以控制录音放音状态。利用该电路可以方便地实现防盗系统的安全提示和报警功能。AT89S51与ISD2560的接口电路图2.3.2-2所示：图2.3.2-2 AT89S51与ISD2560的接口电路 2.3.3 存储接口电路读写器中的存储器设计采用24LC系列的电可擦除可编程只读存储其(EEPROM）11。它除了只有一般串行E2PROM的体积小、功耗低和工作电压容许范围宽等特点外，还遵循总线协议，占用引脚少、容量扩展配置灵活以及读写操作相对简单等特点。24LC04B可以来存储车主的ID和突然掉电前单片机的标志信息。由于它是非易失性存储器，所以掉电后其财产的信息不会丢失。重新上电后，系统又会回到掉电的状态，这样可以有效地防止人为对汽车电源的破坏，提高安全性。24LC65是8K字节串行的电可擦除EEPROM,其引脚排列如图2.3.3-1所示：图2.3.3-1 24LC65引脚图中A0、A1、A2为器件地址选择引脚。他们通过Vcc、Vss的组合连接构成8种代码，代表8个芯片。这些代码被送往该芯片的读、写命令中，用来使指针指向读或写的目标芯片。NC为空脚。SLC为串行移位时钟输入引脚，写入时，上升沿作用；读出时，下降沿作用。 SDA为串行数据输入输出引脚，这是一个双向的漏极开路结构引脚。在扩展容量时，可以将多个系列的SDA引脚直接相连。实际使用时应该在该引脚上接一个5.1K左右的上拉电阻。24LC65与AT89S51的硬件连接如图2.3.3-2所示：描述了一个8片24LC65与AT89C51单片机相连的通信系统，其存储总容量为8K8字节，8片24LC65并联地接到单片机I/O口引脚上。AT89S51对24KLC65有读写有两种操作），读写时数据输入输出的都是高位在前，低位在后。图 2.3.3-2 24LC65与AT89S51的硬件连接2.3.4 电源监控器监控电路采用MAX706芯片，该芯片兼有电源管理与看门狗的功能。其中电源管理与单片机软件结合主要可用来对突然掉电进行数据保护，使单片机掉电前瞬间的状态信息保存到EEPROM中只，以备重新上电时读取。而看门狗电路则可有效地进行单片机监控，防止汽车上的各种干扰使单片机陷入死循环，从而提高整个装置的稳定性和可靠性。2.3.5 键盘输入普通汽车防盗器主要采用键盘输入方式对司机身份进行认证的，这种方式给驾驶员带来很多不便，而且其密码也容易被窃取和破译。而采用射频识别技术来进行身份证能有效的解决这一问题。驾驶员用钥匙开车时，钥匙里的应答器就已经靠近阅读器的电感线圈，即可在瞬间完成身份认证，并且其密码不易破译，因而大大提高了防盗效果。如果原有的应答器丢失，那么驾驶员只需按下指定的键，然后再用备用钥匙开车，阅读器就会将密码信息写入备用钥匙里的应答器，同时原先丢失的钥匙就失效了，备用钥匙生效。2.3.6 串行通信电路在硬件电路的调试过程中，系统硬件电路是通过串行通信方式与上位机之间进行通信9。串行通信12的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上，以每次一个二进制位移动的。它的优点是只需一对传输线进行传送信息，因此其成本低，适用于远距离通信：它的缺点是传送速度低。串行通信有异步通信和同步通信两种基本通信方式。同步通信适用于传送速度高的情况，其硬件复杂。而异步通信应用于传送速度在50到19200波特之间，是比较常用的传送方式，在异步通信中，数据一帧一帧传送的，每一串行帧的数据是一位起始位，5-8位的数据位，一位奇偶校验位（可省略）和意味停止位四部分组成。在串行通信之前，发送和接受方要约具体的数据格式和波特率（通信协议）。在PC机中一般有两个标准RS-232C串行接口COM1和COM2。RS-232C是美国电子工业协会(EIA)正式公布的，在异步串型通信中应用中最广泛的标准总线：该标准规定最高数据传送速度可达19.2kbps，最长传送电缆可达15米。RS-232C标准定义了25根引线，对于一般的双向通信，只需使用串行输入RXD，串行输出TXD和地线GND 。RS-232C标准的电平采用负逻辑，规定+3V+15V之间的任意电平为逻辑“0”电平，-3V-15之间的任意电平为逻辑“1”电平，与TTL和COMS电平是不同的。在接口电路和计算机接口芯片中大都为TTL或SMOS电平，所以在通信时，必须进行电平转换。以便与RS-232C标准的电平匹配。MAX232芯片可以完成电平转换这一工作。MAX232芯片是MAXIM公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接受器13。它的内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源变换成RS-232C输出电平所需+10V 电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V电源就可以了。MAX232外围的4个电解电容是内部电源转换所需电容，其均值为1F/25V，还需要一个0.1F的去耦电容，MAX232与 AT89S51接口电路如图2.3.6-1所示：图 2.3.6-1 MAX232与 AT89S51接口电路MAX232的引脚T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT为接TTL/COMS电平的引脚。引脚T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN为接RS-232C电平的引脚。因此TTL/CMOS电平的T1IN、T2IN引脚应接单片机的串行接收引脚RXD。与之对应的RS-232C电平的T1OUT、T2OUT应接PC机的接收端RD。R1IN、R2IN应接PC机的发送端TD。3 系统软件设计3.1 射频卡T5557简介T5557卡是美国ATMEL公司新出品的一款感应卡，调谐频率可以从100kHz到150kHz，可加密，数据量为330位，有64为ID号，具有唤醒应答功能，读写性能稳定，普通模式兼容E5550/E5551,还有扩展模式。作为一典型的低频、可加密，可读写卡，T5557在市场上将有很大的应用前景。射频识别卡T5557是一无源的、带EEPROM存储器的无线收发模块，它的工作频率为125kHz,具有以下特性：224位可读写EEPROM，可分为7块，每块32位；有密码设置和写保护；读写方式用户可设置；防冲突；内置电容可掩膜选择，也可外配电容；唯一64为序列号，具有可追溯性；IC工作温度-40C至+85C。射频卡工作时，将读写基站发出的射频波，经整流提供给卡上电路作为工作来源，同时通过对射频载波进行调制而于基站进行非接触双向数据传输，IC的工作电能由卡片内电感（L)与电容（C)产生LC振荡蓄电来提供。T5557卡是由前端天线与非接触读写识别集成电路用塑料封装而成的卡。前端天线包括一个线圈和一个电容，相当于LC谐振回路，工作时其载波频率调谐在标称值为125kHz的射频波段，充当射频卡与读写基站之间的接口。T5557采用CMOS工艺制作，低功耗、低电压工作，由前置模拟端、控制器、调制器、解码器、模式寄存器、存储器等组成，T5557的内部结构如图3.1-1所示：图3.1-1 T5557的内部结构框图Analog Front End(AFB)，模拟前端：AFE包括所有和线圈相连的电路，提供卡片所需的电能，并且处理与读卡器之间的双向数据通讯，主要包括如下功能块：对线圈交流整流，提供直流电源；提取时钟信号；卡到读卡器的数据传送过程中，在coil1和coil2之间信息的装入：在基站到卡的数据传送过程中，场gap的检测，静电保护电路。Bit-rate Generator，比特率产生器：在普通模式通过编程可产生与e5550相同的波特率，在扩展模式可产生RF/(2n+2)，n=0，1，2，. ，63的比特率。Write Decoder，写译器：完成写gap的译码和数据的校验。HV Generator，编程电压产生器：卡内充电升压电路，产生对内部EEPROM编程所需的电压。DC Supply：通过对RF源整流，提供所需的直流电源。Power-on Reset(POR)，上电复位：延时直到一个可靠的电压已经提供，保证可靠工作。Controller，控制器：控制逻辑模块执行下面功能；上电以后和读期间，从EEPROM的clock0，把配置数据装入模式寄存器；控制读写；处理写数据传送和写错误；把操控码后的密码数据和储存在EEPROM的block7中的数据比较。Mode Register，模式寄存器：模式寄存器存储从EEPROM的block0来的配置数据，它的每块读之前连续被刷新，并且在上电复位或复位命令之后被置装。Modulator，调制器：调制器由带有下列基本调制类型的数据译码器组成，具体见表3.1-1所示：。表3.1-1 调制类型ModeDirect Data OutputFSK1aFSK/8-/5 0=rf/8 1=rf/5FSK2aFSK/8-/10 0=rf/8 1=rf/10FSK1FSK/5-/8 0=rf/5 1=rf/8FSK2FSK/10-/8 0=rf/10 1=rf/8PSK1Phase change when input changesPSK2Phase change on bit clock if input highPSK3Phase change on rising edge inputManchester0=falling edge, 1=rising edgeBiphase1creates an additional mid-bit changeNRZ0=damping off , 1=damping on0132Memory，存储体：T5557存储体的结构如图3.1-2所示，T5557的卡的330位的EEPROM存储体，被分成10块，每块33位，包括LOCK位都是可编程的。页0的块0包含模式/配置数据，在规则读时不被传送。页0 的块7可以被使用作为写保护的密码。每块的0位是本块的锁位，一旦上锁，本块数据只读，不能再被改写。页1包含可追溯性数据，只读 Block 2Page 11Traceability data1Traceability dataBlock 1Block 7LBlock 6User data or passwordLBlock 5User dataLUser dataBlock 4LPage 2User dataLUser dataBlock 3LUser dataBlock 2LUser dataBlock 1LBlock 0Configuration data图3.1-2 T5557存储体的结构3.2 T5557的工作原理3.2.1 初始化在电压达到适当的压限以前，上电复位电路都一直处在激活状态，触发默认的启动延时。在192个场时钟的配置周期内，T5557用EEPROM的block0中存储的配置数据完成初始化。如果POR延迟位被复位，那么配置周期完成以后就没有附加延时，卡入场大约3ms规则读模式就会被观察到：如果POR延迟被设置，那么T5557会保持在持续阻尼装状态直到8190个内部场时钟之后。在125 kHz时约为67ms。在初始化期间任何场gap都会引起上面过程的重新开始。初始化以后，T5557进入规则读模式，并自动开始启用配置寄存器的设置进行通讯。3.2.2 卡与阅读器的通讯在正常操作时，存储在EEPROM中的数据被循环调至在Coil1的coil2端，并且这种调制器能被阅读器检测到。3.2.3 配置寄存器的设置T5557卡的配置寄存器用于控制卡的各种操作特性，如;同步信息、数据流格式、数据流长度、加密、口令唤醒和停止发射等功能的启用关闭等。控制块为与EEPROM的第0块数据区可进行编程控制（用户向卡发送写命令给该区写入一定格式的数据即可）。一般一个应用系统的卡的模式块的值是统一的，在发卡时建议写入数据后将该快的LOCK位置1这样可以防止对控制块的误修改引起卡的操作不正常。T5557卡的控制块的结构和功能说明如表3.2.3-1所示:表 3.2.3-1 配置寄存器序号01 2 3 45.1112 13 141516 17 18 19 20名称LSafer Key0.0Bit Rate0MS序号21 22232425 26 272829303132名称PSKAOR0MakblkPWDST00POR delay在T5557卡中控制块的第0位是锁定位，置0，模式寄存器的第1位至32位都可以改写，置1，模式寄存器的各位都不能更改。第1位至第4位的值为6，测试模式就被禁止。第5至第11位之间为保留位，没有被使用，可以写入任何值，一般写入0用来和其他功能区别。控制块中的第15位和第24位必须写入0否则卡将不能正常工作。从第12位至第14为比特率（Bit Rate）设置位，设置这三位的值可以决定卡发射数据时的比特率。可以按下表中的值进行设置。本文设置的比特率是RF32。表 3.2.3-2 比特率的设置第12位第13位第14位比特率000RF/8001RF/16010RF/32011RF/40100RF/50101RF/64110RF/100111RF/128第16至20为以及21-22位结合在一起设定卡发射数据的调制方法，具体配合方式如下表3-4，3-5所示。设置16、17未为00是18-20位的设置有效，如果18-20位置为001、010、011是可继续使用地21-22位设置在PSK调制方法下的频率变化。本文采用的是曼彻斯特编码方式。表 3.2.3-3 调制方式的设置第16位第17位第18位第19位第20位调制方式00000Direct00001PSK100010PSK200011PSK300100PSK100101PSK200110PSK1a00111PSK2a01000Manchester10000Bitphase11000Reserved表3.2.3-4 PSK-CF的设置第21位第22位第23位00RF/201RF/410RF/811Reserved第23位用来控制是否启动AOR(Answer-On-Request)功能。该位设置为1时启动AOR功能，这时IC卡进入射频区域后不主动发射数据，而要由基站给IC卡发射唤醒命令后再发射数据。该功能要求首先启动口令加密功能，也就是说基站要唤醒一个IC卡时必须在唤醒命令序列中向IC卡发射口令密码，IC卡检测到包含合法口令的唤醒命令才恢复发送数据。要启动口令加密功能就要求将控制块的第28位设置1。启动口令加密功能后第7块数据区将保存IC卡的口令密码，所以启动加密功能之前应该事先写入密码。如果允许修改密码则不用锁定BLOCK 7，如果密码永久的有效则要在写入密码的同时锁定BLOCK 7，这样密码将不能被修改。在加密模式下用户对卡中的数据进行任何修改均要求提供密码验证。密码正确时修改操作有效，密码不正确则修改无效。为了保护密码不被未知用户截获，在启动加密功能后还应该对控制块的第25-27位进行设置。这三位设置的为IC卡发射数据时发射的最大数据块数（Max Block)这三位的设置和发射数据流的关系如下表所示：表 3.2.3-5 发射最大数据块的设置第25位第26位第27位发送的数据块000Only block0001Block1-1010Block1-2011Block1-3100Block1-4101Block1-5110Block1-6111Block1-7当MAXBLK设置为0时IC卡只发射Block0的数据给基站；当设置为1时IC卡只发射Block1的数据给基站；当设置为2是IC卡发射Block1和Block2的数据基站；设置为3时IC卡发射Block1至Block3的数据该基站；其他的依次类推。当设置为7时IC卡发射Block1至Block7的数据给基站。在启动口令模式后MAXBLK的值应小于7着样IC卡将不发射存放在第7块中的数据。除了设置以上各项设置项以外，还可以设置IC卡发射数据时的同步信号类型。IC卡可以使用两种不同的同步信号，它们是Sequence Terminator和Block Terminator，Sequence Terminator在每个数据循环开始时出现，Block Terminator在每个Block的数据的开始时出现。两种同步信号可以独立使用也可以结合使用。本文的同步信号用的是Sequence Terminator 同步信号，同步信号如图3.2.3-1所示：反应