8位微控制器在RF读卡控制中的应用

P89LPC932介绍
概述
LPC932是一款单片封装的微控制器，适合于许多要求高集成度、低成本的场合。可以满足多方面的性能要求。LPC932采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2到4个时钟周期。6倍于标准80C51器件。LPC932集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。

特性
当操作频率为12MHz时，除乘法和除法指令外，高速80C51 CPU的指令执行时间为167～333ns。
同一时钟频率下，其速度为标准80C51器件的6倍。只需要较低的时钟频率即可达到同样的性能，
这样无疑降低了功耗和EMI；
操作电压范围为2.4～3.6V。I/O口可承受5V(可上拉或驱动到5.5V)；
8KB Flash程序存储器，具有1KB可擦除扇区和64字节可擦除页规格；
256字节RAM数据存储器。512字节附加片内RAM；
512字节片内用户数据EEPROM存储区，可用来存放器件序列码及设置参数等；
2个16位定时/计数器，每一个定时器均可设置为溢出时触发相应端口输出或作为PWM输出；
实时时钟还可作为系统定时器；
捕获/比较单元(CCU)提供PWM，输入捕获和输出比较功能；
2个模拟比较器。可选择输入和参考源；
增强型UART。具有波特率发生器、间隔检测、帧错误检测、自动地址识别和通用的中断功能；
400kHz字节方式I2C通信端口；
SPI通信端口；
8个键盘中断输入，另加2路外部中断输入；
4个中断优先级；
看门狗定时器具有片内独立振荡器，无需外接元件。看门狗定时器溢出时间有8种选择；
低电平复位。使用片内上电复位时不需要外接元件。复位计数器和复位干扰抑制电路可防止虚假和
不完全的复位。另外还提供软件复位功能；
低电压复位(掉电检测)可在电源故障时使系统安全关闭。该功能也可配置为一个中断；
振荡器失效检测。看门狗定时器具有独立的片内振荡器，因此它可用于振荡器的失效检测；
可配置的片内振荡器及其频率范围和RC振荡器选项(通过用户可编程Flash配置位选择)。选择
RC振荡器时不需要外接振荡器件。振荡器选项支持的频率范围为20KHz～12MHz。可选择RC振荡器
选项并且其频率可进行很好的调节；
可编程I/O口输出模式：准双向口，开漏输出，推挽和仅为输入功能；
端口“输入模式匹配”检测。当P0口管脚的值与一个可编程的模式匹配或者不匹配时，可产生一个
中断；
双数据指针(DPTR)；
施密特触发端口输入；
所有口线均有20mA的LED驱动能力。但整个芯片有一个最大值的限制(见DC特性)；
可控制口线输出转换速度以降低EMI，输出最小转换时间约为10ns；
最少23个I/O口(28脚封装)，选择片内振荡和片内复位时可多达26个I/O口；
当选择片内振荡及复位时，LPC932只需连接电源和地；
串行Flash编程可实现简单的在线编程。2个Flash保密位可防止程序被读出；
Flash程序存储器可实现在应用中编程。这允许在程序运行时改变代码；
空闲和两种不同的掉电节电模式。提供从掉电模式中唤醒功能(低电平中断输入唤醒)。
典型的掉电电流为1μA(比较器关闭时的完全掉电状态)；
28脚TSSOP和PLCC封装；
仿真支持。

摘要： 基于射频 ID reader 基站 IC，通过读取射频感应卡中的 ID 码并对其校验，根据校验结果正误来决定是否实现对各种控制过程的触发，本文给出了采用 8 位 微控制器 设计的 RF 读卡控制的应用方案。
随着国内射频读卡控制市场的不断发展，非接触式射频读卡系统被应用于越来越多的领域，智能门禁系统、汽车智能防盗报警装置等都成为 RF读卡控制的重要应用领域，而摩托车引擎点火等传统控制领域也开始采用RF读卡控制系统。射频读卡控制的便捷和安全性实现了科技对传统控制领域的发展的促进，同时工业控制中的各种电磁干扰也对射频读卡微控制器提出了更加严格的抗干扰要求性能。为了迎合控制领域的这种需求，很多半导体厂商发展了众多新技术极大改善了单片机的多项性能指标，扩大了8位单片机的应用范围。 本文介绍了采用 8bit单片机的RF读卡控制系统的方案原理及实现。
微处理器
本方案中以 8位单片机 作为控制系统中的控制芯片，这里以微处理器IC P89LPC932 为例，这是一款 8 位 FLASH 微控制器，采用六倍速 80C51 内核。 P89LPC932 提供内部 PWM 功能， I/O 口可承受 5V ，所有 PIN 脚均有 20mA 的 LED 驱动能力。 P89LPC932A1 片内有 512 字节 E 2 PROM ，字节可擦除，本方案中被用来存放器件序列码或系统设置参数。

发射机应答基站芯片

发射机应答基站芯片用于驱动发射应答系统的天线，将数据调制到天线信号上发送出去，检测并解调发射 感应器芯片 的响应。
感应器（ transponder IC）
感应器芯片是非接触式 R/W 辨识集成电路，连接到芯片上的单一天线线圈，被视为集成电路的电力驱动补给和双向信息的沟通接口。天线和芯片一起构成应答式卡片。在芯片内部有存储区，可以存储相应的卡片信息（如 ID 号等）。

控制原理
RF 基站模块上电后会通过 440uH 的线圈发射 134.2kHz 电磁波，当 RF 感应卡进入这个电磁场中时，会自动将电磁能转化为电能并自行充电。当 RF 卡充电完毕后， P89LPC932 将控制基站模块解码、读取存于射频卡中的 ID 码，并将它与存于微控制器内部的 EEPROM 中的 ID 码比较，如果两者相同则微控制器会发出 PWM 信号控制点火过程，启动引擎，如果不一致，则发出相应的报警信号 ( 如指示灯闪动 ) 。

图 1


方案介绍
硬件设计部分
在系统方案中，硬件部分包括以下部分：信号接收部分（包括接收天线，基站芯片），核心控制部分（控制芯片），状态指示部分（指示灯）。其中信号接收部分通过天线线圈和 ID 卡进行信号交互，解调、编解码及为卡充电，控制芯片则负责系统的各项功能的实现，指示灯进行各种状态的指示（如异常状态指示等）。以下从具体设计细节介绍。

图 2
1．IO驱动
由于本方案中所采用的基站芯片为 5V（VDD）供电，其逻辑输入 (控制信号管脚TXCT, 数据信号管脚SCIO)的最小输入高电平为: V HIGH =0.7*V DD =0.7*5V=3.5V ， 高于 P89LPC932的逻辑高电平3.3V。在这个方案中，从图3中可以看出，TXCT脚通过一个NPN管将逻辑高电平抬高，当P89LPC932的 P0.0脚高电平时，三极管导通，TXCT脚为低电平。反之，P0.0输出低电平时三极管截止，TXCT脚为高电平（>3.5V），通过这种设计使微控制器输出的高电平信号能够被基站芯片识别。