4. 射频读写器的设计
无线射频识别技术RFID( radio frequency identification)是20世纪90年代兴起的一种非接触的自动识别技术，利用其射频信号空间祸合的传输特性，可以实现对被识别物体的自动识别。识别过程无须物理接触，无须光学可视，无须人工管理即可完成信息的录人和处理。采用RFID技术，可以实现对运动目标、多目标的识别。同时，电子标签可读写、能携带大量数据、保密性强，且具有不怕污渍、灰尘等较强的环境适应力。正是由于这些其它识别方式无法比拟的优势，RFID技术在生产、物流、交通、运输、医疗、防伪等领域有着广泛的应用和巨大的发展前景Dl。在RFID系统中，射频读写器是识别标签后将采集信息送人后台信息处理系统的关键设备，对保证RFID系统的可靠工作具有重要作用。本文将以Philips公司的MF RC500芯片为核心设计一种以AT-MEGA162 MCUt21为控制器的RFID射频读写器。它能完成对Mifare。卡所有读写及控制的操作，并且还可以方便地嵌人到其他系统(如门禁、收费)中，成为用户系统的一部分。
4.1 RFID基本原理与系统组成
RFID 系统 一般由电子标签、读写器、后台计算机组成。电子标签，又称为射频标签、应答器或数据载体;读写器又称为读头、通信器或读出装置(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与读写器之间，通过祸合元件实现射频信号的空间(无接触)祸合;在藕合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换，然后由后台计算机对读写器读取的数据进行存储以及管理分析等操作。RFID系统基本组成如图1所示。
系统工作时,读写器在一个区域内发射电磁波(区域大小取决于工作频率和天线尺寸)，标签内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同。当电子标签经过读写器电磁波有效区域时，在电磁波的激励下，标签内的LC谐振电路产生共振，从而产生感应电荷，累计到一定程度时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据。读写器接收到卡的数据后，解码并进行错误校
验来决定数据的有效性，然后，通过RS-232,RS-422,RS-485或无线方式将数据传送到
后台计算机中，进行数据处理。
RFID系统的标准化和开发效率的高低是系统能否广泛应用的首要因素。目前，生产RFR〕产品的公司大都采用自己的标准，国际上还没有形成统一的标准。现在，可供电子标签使用的几种标准有IS010536,ISO14443,IS015693和ISO18000。其中应用最多的是LSO14443,该标准由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。由于在Philips的RFID系列芯片中，MF RC500可支持IS014443A所有的层，便于系统开发，因此，利用MF RC500可以大大提高读写器的开发效率，并形成较统一的标准。
4.2 MF RC500功能特性介绍
MF RC500将先进的调制和解调概念完全集成了在13.56 M Hz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。其内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线，可达100 mm;接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路用于IS014443A兼容的应答器信号;数字部分处理IS014443A帧和错误检测(奇偶和CRC)。此外，它还具有带时钟频率监视、带低功耗的硬件复位、软件实现掉电模式、带有内部地址锁存和IRQ线、自动检测微处理器并行接口类型以及支持用于验证Ware系列产品的快速CRYPTOI加密算法等特性，这使得MF RC500更适合用于读写器的开发和高安全性的终端。
4.3 读写器软件系统设计
单片机的控制程序主要是对MFR C500进行初始化;对1C卡读、写、密码验证、擦除等操作;与MF RC-500通信中断处理等。本文主要介绍使用单片机对MF RC500进行初始化，即对关键寄存器的操作。
为了使读写器能正常工作，完成基本的数据发送、接收功能，需要涉及的寄存器有:页寄存器、命令寄存器、发送控制寄存器、FlFO数据寄存器、中断允许寄存器、InterruptRq寄存器等。命令寄存器的第7位IFDetectBusy是接口类型检测状态标志，为0时标志接口类型检测完成。FIFO数据寄存器是内部64字节FIFO缓冲器中的数据输人与输出端口。输人输出数据流在FIFO缓冲器中完成转换，可以并行输人输出。InterruptRq寄存器是中断请求标志寄存器。当中断产二生时，需要由该寄存器的相关标志位来判断中断的类型。以下为页寄存器、发送控制寄存器、中断允许寄存器的详细介绍及设置。
页寄存器
MF RC500共有64个寄存器,，8个寄存器为一页，每页的第一个寄存器为页寄存器，其设置如图4所示。其地址分0x00,0x08,Ox10,Ox18,Ox20,Ox28,Ox30,Ox38。其初始值均为10000000,0x80。页寄存器用于选择寄存器页，通过对该寄存器的设置可以确定对本
页内寄存器的寻址方式。
将 UsePage Select位置1，则可对本页内的寄存器寻址，PageSelect的内容作为寄存器地址的A5,A4,A3,此3位可以寻址8页，每页有7个寄存器，可由A2，A1，A0来选择。该位置0，则寄存器地址由内部地址锁存器的全部内容来决定。本文对寄存器的寻址使用的是MF RC500手册给出的寄存器的绝对地址，所以各页的页寄存器该位一律置O。
发送控制寄存器
发送控制寄存器，其设置如图5所示控制MF RC500的两个天线引脚TX1，和TX2上输出信号的种类，其地址为0x11，初始值为OIO11000,Ox58。
将TX2CW位置0,TX2引脚上输出信号的是13.56MHz的调制载波。将TX2RFEn置1,TX2引脚上输出调制有传送数据的13.56MHz载波。将TX1RFEn位置1,TX1引脚上输出调制有传送数据的13.56MHz载波。
中断允许寄存器
MF RC500具有计时器中断、发送中断、接收中断、闲置中断等6个中断源。通过对中断允许寄存器的设置可以使能中断请求。SetIEn为中断允许位，将该位置1时，该寄存器内其它的中断控制位有效。TimerlEn,TxIEn,RxlEn分别为计时器中断允许、发送中断允许和接收中断允许控制位，如图六所示。中断允许寄存器的地址为。0x06，初始值为OOOOOOOO,Ox00。
5. 门禁系统软件设计
5.1 软件设计方法与设计语言选择
软件设计方法有三种：（1）模块化程序设计；（2）自顶向下逐步求精程序设计；（3）结构化程序设计。模块化程序设计的中心思想是要把一个复杂的应用程序按整体功能划分为若干相对独立的程序模块，各模块可以单独设计、编程、调试和查错，然后装配起来联调，最终成为一个有实用价值的程序。自顶向下逐步求精程序设计要求从系统一级的主干程序开始，集中力量解决全局问题，然后层层细化逐步求精，最终完成一个复杂程序的设计。结构化程序设计是一种较理想的程序设计方法，指在编程过程中对程序进行适当限制，使程序上下文与执行流程保持一致。由于系统可以清晰的分为几个模块，因此本系统采用模块化程序设计方法。
单片机控制软件常采用C 语言或汇编语言来实现。C 语言程序具有程序库支持丰富、结构化好、查错容易、移植性高等优点而获得广泛应用。而汇编语言作为面向底层的低级语言，程序执行速度最快，程序代码最小，普遍应用于驱动程序、常驻程序、特定容量大小的程序或是要求执行速度快的控制程序中。
本射频识别系统的控制元件较多，程序代码较多，尤其对MF RC500 的控制程序，有4K 之多。因此，采用模块化程序设计方法，以C 语言实现的控制程序，按模块分别储存在MSP430芯片内，无需单片机扩展存储器接口，简化了系统硬件结构，减低了成本，同时又提高了系统的稳定性。
5.2 射频控制模块
射频控制模块就是对MF RC500 的控制模块，本部分是系统最关键的部分。 （1）MF RC500 复位操作
在上电之后一定要对MF RC500 进行复位操作，MF RC500 是高电平复位有效的，可以由MSP430 的I/O 口直接复位，要注意的是：
1 必须在MSP430 成功复位150ms 以后，再对MF RC500 进行复位操作； 2 复位高电平必须保持200us 以上。
3 如果复位成功，MF RC500 内部的Command 寄存器的值为0，如果不为0，必须重新复位 。
（2）初始化MF RC500 内部寄存器
在复位成功后，再对MF RC500 的内部寄存器进行初始化，只有在正确的初始化之后，MF RC500 才能正常工作。成功进行上两步操作之后，MF RC500 的引脚TXl 同引脚TX2 之间有2.2v 左右的压差。
（3）对非接触式IC 卡进行操作，MF RC500 支持Mifare1 卡和Mifarelight 卡，本系统采用的是Mifare 1 卡。射频模块的工作流程见下图,对Mifare 1 卡的作包括：
1 请求操作
在成功复位和初始化之后，MF RC500 控制天线向工作范围内的卡进行请求，请求
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