任务读写器硬件设计与制作

1、任务读写器硬件设计与制作第1页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日教学内容 2.1 案例呈现与任务描述 2.2 任务解读与实施 2.3 任务小结与作业第2页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日教学目标通过本任务的学习，希望能完成下述任务： （1）分析通用型13.56MHz标签读写器的硬件需求，以确定硬件设计所需实现的功能；（2）制定读写器的设计方案，并完成元器件选型、电路原理图及PCB图的设计，以及硬件的装配与调试。第3页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日2.1 案例呈现与任务描述 2.1.1 案例呈现 图4.14 JT500系列RFID

2、读写器第4页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日图4.15 JSMJD10双频读写器 第5页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日2.1 案例呈现与任务描述 2.1.2 任务描述 阅读上述案例，并深入查阅有关资料，思考解决如下问题：1. 根据13.56MHz RFID系统识读原理，分析13.56MHz标签读写器在硬件上应由哪些部分组成？各自的功能是什么？2. 诸如JSMJD10双频读写器的双频如何实现？请带着上述问题，查阅有关资料，并借鉴任务1中的13.56MHz RFID实验板，完成如下任务：1. 分析通用型13.56MHz标签读写器的硬件需求，以确定硬件设

3、计所需实现的功能；2. 制定读写器的设计方案，并完成元器件选型、电路原理图及PCB图的设计，以及硬件的装配与调试。第6页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日2.2 任务解读与实现 所需完成的主要任务 13.56MHz RFID读写器硬件需求分析 13.56MHz RFID读写器硬件原理图设计 13.56MHz RFID读写器硬件PCB设计 13.56MHz RFID读写器硬件装配与调试第7页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日工作频率协议标准接口方式读标签距离状态指示工作供电2.2.1 硬件需求分析 需求分析着眼点实物效果图第8页，共28页，2022年，5月

4、20日，21点1分，星期日商用的13.56MHz标签读写器也有发卡器和读卡器之分，前者用于写入厂商数据、更改密码、擦写数据、恢复错误等，后者用于具体使用场合。本节以满足13.56MHz标签发卡操作为目标进行分析，结合两个案例的分析，可制定如下硬件需求：1. 工作频率：13.56MHz。2. 协议标准：支持国际标准ISO14443系列M1（S50）高频标签的读写操作。3. 接口方式：读写器应能通过USB接口，以USB转串口的形式，与PC等其它设备进行通讯，以便实现与应用软件系统进行数据交互。4. 读写距离：2cm。5. 状态指示：声、光指示。6. 工作供电：支持USB取电，工作电压为直流5V。第

5、9页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日1. 硬件组成分析2.2.2 硬件设计与制作 硬件方案设计图4.16 Mifare 1标签读写器的组成框图第10页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日2.读写器外壳的选择图4.17 读写器外壳及内部结构第11页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日2.2.2 硬件设计与制作 Mifare 1专用读写基站芯片选型图4.18 MFRC500实物及引脚排列Mifare读写接口电路的核心是读写基站芯片，目前常用的基站芯片有NXP的MF RC系列（如RC500、RC522、RC532、RC632）、国内复旦微电子

6、的FM系列（如FM1722、FM1725）等，本项目选用常用的NXP公司的MF RC500读卡基站芯片，其实物及引脚排列如图4.18所示。第12页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日MF RC500的逻辑结构图4.19 MFRC500的逻辑结构第13页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日1. STC89C52单片机 最小系统电路设计单片机时钟电路复位电路2.2.2 硬件设计与制作 硬件电路原理图设计图4.20 单片机最小系统电路原理图第14页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日2. 读卡器的接口电路设计图4.21 基于MFRC500的读写接

7、口电路原理图第15页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日3.天线匹配电路设计（1）读写器与标签的通信过程图4.22 基于变压器原理的能量传递和数据传输示意图第16页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日（2）读写器天线匹配电路设计MF RC500可以选择50匹配的天线或者使用直接匹配的天线配置两种不同的方法将天线连接到读写器IC，这两种方法构成的系统所需器件很相似，都需要3个部分： 接收电路：接收电子标签发送的数据。 滤波和电阻转换电路：抑制高次谐波并优化到读卡器天线的功率 传输（power transmission）。 设计天线线圈的匹配电路和天线线圈使它们

8、获得最优的性能。第17页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日图4.22 MFRC500天线匹配电路原理图第18页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日4. 声光提示电路设计蜂鸣器如何选择有源蜂鸣器无源蜂鸣器图4.23 声光提示电路原理图第19页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日5. USB转串口通信接口电路及电源电路设计图4.24 USB转串口通信接口电路及电源电路原理图第20页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日整机电路原理图第21页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日2.2.2 硬件设计与制作 PCB

9、设计图4.25 13.56MHz Mifare1标签读写器PCB图第22页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日1. 电路装配原则及工序 遵循“先里后外，先小后大，先轻后重，先低后高”等基本原则，按下表所示工序逐一装配各器件。2.2.2 硬件设计与制作硬件电路装配与调试图4.26 读写器电路板及装配效果图第23页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日表4.13 13.56MHz标签读写器（手工）装配工序第24页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日2. 电路测试表4.14 读写器电路测试项目及方法第25页，共28页，2022年，5月20日，21点

10、1分，星期日2.3 任务小结与作业 任务小结 在本任务中，通过两个案例，我们熟悉了13.56MHz RFID读写器在功能和性能上的主要特点及需求；接下来通过对硬件需求的分析，明确了设计和制作读写器的方向。设计13.56MHz标签读写器硬件的关键点是：1.合理选择读标签的基站芯片，是简化设计的基础；2.天线匹配电路及天线设计尽量参考原厂设计，是设计成功的重要保障。3.要熟练使用原理图及PCB图设计工具，并熟悉电子产品的制造工艺，以便顺利完成电路设计、制作、装配、调试。完成本任务后，请大家深入总结，并完成下述作业：1.为所设计的读写器编写硬件技术设计报告。2.参考MF RC500原厂技术手册，对天线匹配电路及天线进行改进，以提高读写标签的距离。第26页，共28页，2022年，5月20日，21点1分，星期日设计与制作报告参考目录：1