基于ATmega8的非接触式ID读卡器设计与研究

杨丹，袁赫

（1、沈阳拓荆科技有限公司，辽宁 沈阳 110000；2、沈阳拓荆科技有限公司，辽宁 沈阳 110000）

1.ID读卡器系统结构

该读卡器设计是利用射频卡基站芯片驱动天线发送和接收数据，传输到作为主控制器的单片机ATmega8，单片机核对卡号信息，根据程序预先设定权限进行相应操作控制。

2.系统工作原理

当射频卡进入读卡器的工作区域后，由射频卡中电感线圈和电容组成的谐振回路接收读卡器发射的载波信号，读卡器中芯片的射频接口模块由此信号产生出电源电压、复位信号及系统时钟，使芯片“激活”；芯片读取控制模块将存储器中的数据经调相编码后调制在载波上，经射频卡内天线回送给读卡器。

3.硬件设计

ID读卡器是以单片机ATmega8为核心的软硬件系统。采用U2270B的短距离紧密耦合型应用电路，其中微处理器ATmega8用来承担数据的发射以及回收数据的曼彻斯特解码任务，发射数据由ATmega8控制CFE端来实现，接收的曼彻斯特编码数据则通过基站Output引脚输出给ATmega8。在编制发射和接收数据的程序时，必须严格按照相应射频卡的通信规约来进行。

3.1 单片机ATmega8

ATmega8是一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVR RISC结构的8位单片机。AVR单片机的核心是将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都与ALU（算术逻辑单元）直接相连，实现了在一个时钟周期内执行的一条指令同时访问（读写）两个独立寄存器的操作。这种结构提高了代码效率，使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期。因此，AT⁃mega8可以达到接近1MIPS/MHz的性能，运行速度比普通CISC单片机高出10倍。

3.2 射频卡基站芯片

射频卡读写器的关键芯片是射频卡基站芯片，它主要用于完成数据的调制、发射和射频的接收以及数据的解调任务。由AT⁃MEL公司生产的U2270B是一种低成本、性能完善的低频（100～150kHz）射频卡基站芯片.

其主要特点如下：

（1）载波振荡器能产生100kHz～150kHz的振荡频率,并可通过外接电阻进行精确调整，其典型应用频率为125kHz;典型数据传输速率为5kbps（125kHz时）;（2）适用于曼彻斯特编码和双相位编码;（3）带有微处理器接口，可与单片机直接连接;供电方式灵活,可以采用+5V直流供电,也可以采用汽车用+12V供电,同时具有电压输出功能,可以给微处理器或其它外围电路供电;(4)具有低功耗待机模式，可以极大地降低基站的耗电量;(5)125kHz时的典型读写距离为15mm;(6)适用于对TEMIC的e5530/e5550/e5560射频卡进行读写操作。

4.软件设计

一直在监视着电平的变化，然后通过波形维持高电平和低电平的时间长度以及高低电平的有序组合来判断当前的数据是“1”还是“0”主要分四种情况：（1）如果上一个数据是0，并产生跳变变为高开始计时到变为低电平停止计数然后与时钟周期相比较，如果时间长度约为0.5T时，再接着计高电平时间也维持大约0.5T说明该数据为0；（2）如果刚才的高电平维持大约为1个T时,说明这位数据为1；（3）如果上一位数据是1,并产生负跳变开始计时到低电平结束然后和时钟周期比较，如果时间长度约1T时说明该位数据为0；（4）如果低电平维持的时间约为0.5T，则接着计高电平的时间，如果维持时间也大约是0.5T则说明该位数据为1。

载波频率fOSC＝125kHz，位数据传送率选RF/64，则每传送一位的时间（周期）为振荡周期的64分频，故位传送周期为：1P=1/(125kHz×64)=512μs。

5.结语

此设计主要是针对非接触式ID卡而设计的一种微型读卡器，同时软件采用解码方法可以在读曼彻斯特码同步解码，速度较快并且读数准确率较高。在应用中，只要将控制器的串行通信即可接收数据。

[1]ATmega8 Data Sheet[M]，ATMEL

[2]阳永华.曼码调制的非接触ID卡通用读卡程序编制［J］.单片机与嵌入式系统应用，2005.

[3]周兴华.单片机智能化产品C语言设计实例详解[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.