基于AVR单片机射频卡多协议读写器的设计

4443 A-B-C 协议对于单片机的要求

　　~15k字节的程序FLASH内存；

　　~500B字节的SRAM；

　　2个带有捕获模式的定时器T1、T3；

　　看门狗（可设置为2.2s）；

　　16MHz晶振；

　　RFID 通讯过程中没有不允许外部中断；

　　提供专用固件来支持ISO14443 A、B、C 标准。

　　AVR单片机的优点

　　ATMEL的AVR系列单片机是一个优秀的RISC 结构单片机系列与MCS51 相比其有以下一些典型特点：

　　AVR的机器周期为1 个时钟周期绝大多数指令为单周期指令因此每MHz时钟有接近1MIPS 的性能；

　　程序存贮器与数据存贮器有分开的总线程序可以高效地执行8MHz 频率下工作的AVR 相当于224MHz 频率下工作的MCS51；

　　内置可重复编程的FLASH 程序存贮器和EEPROM 数据存贮器支持对单片机的在系统编程ISP 在生产中可以先装配后编程从而缩短工艺流程和节约购买万用编程器的费用并且可以方便地升级或修改程序；

　　内置上电复位电路和看门狗定时器电路在提高产品可靠性的同时降低了电路的成本；

　　部分AVR单片机与MCS51 系列单片机管脚兼容如AT90S1200/2313 对应AT89C1051/2051，AT90S4414/8515 对应AT89C51/52。因此可以做到一套PCB板对应两套电路增加了用户备货的可选择性和灵活性；

　　定时/计数器的功能大大增强串口通信时波特率发生不占用定时器。

　　硬件设计注意事项

　　电源设计

　　首先，我们简要讨论一下EM4094的电源设计。该芯片有三个不同的电源引脚，其中的VDDA1和VDDA2用于给内部的天线驱动器ANT1和ANT2 供电。每个驱动器可独立受电。由于这两个驱动器可能产生或同步较大的电流，因此建议在VDDA1和VDDA2两引脚之间接入一个3.3μF的电容以给天线提供足够的能量。另外，我们还建议在该电容边上并联两个电容值分别为1nF和100nF的电容，以对电源进行去耦和滤波。

　　第三个电源引脚VDD用于给所有其它的内部模块供电。在这条电源线上，工程师将不得不为了上面提到的同样原因接入两个电容值分别为1nF和100nF的滤波电容，它们最好采用由COG和X7R等介电材料制成的陶瓷电容，因此类电容的容差小和温度稳定性较高。这里很重要的一点是，应对这三条电源线施加相同的电压 (3.3V或5V)。这些电源线还应当与模拟地相连。

　振荡器输入

　　连接在OSCIN和OSCOUT两个引脚上的外部晶体提供13.56MHz的信号，这一信号将被送至天线驱动器的输出端。跨接于晶振两端的两个NPO电容用于确保晶振的起振和稳定性。NPO电容值由EM4094的可选跨导(通过一个寄存器标识选择)和晶体参数决定。

　　带隙参考输出(AGD)

　　带隙参考电压被不同的内部模块用作模拟参考电压。为了确保读卡器芯片的稳定性和可靠性，用一个1nF和 100nF的电容对AGD电压进行适当去耦是非常重要的。如同在前文所说的那样，我们推荐使用采用COG或X7R电介质材料制造的陶瓷电容。

　　天线驱动器输出

　　ANT1和ANT2为天线驱动器的两个输出端，它们可同相或反相驱动，这使得有可能用不同的方式连接读卡器天线，以及依据所选择结构的不同产生四个不同功率等级的天线。EM4094还可与一个远端天线一起使用，此时EM4094的输出阻抗必须与通信线路阻抗相匹配。

　　若采用同轴电缆，那么在只使用一个天线驱动器的情况下，EM4094的输出阻抗将必须在10欧姆(ANT1可选)和50欧姆之间进行调整；当两个天线并联使用时，EM4094的输出阻抗将必须在5欧姆(ANT1可迁)到50欧姆之间进行调整。为了实现一个良好的阻抗匹配，开发人员可借助Smith图表选择使用一个LC PI网络和选择合适的元件参数值。

　　如果读卡器天线能够与EM4094集成在同一块PCB板上，那么你可使用直接天线相连方法(见图2)。在这种情况下，天线和串联电容形成LC串联回路。这一回路的谐振频率为读卡器的频率。串联电阻用于抑制品质因数并将天线的电流设定在EM4094的额定值以下。当天线工作在其谐振频率时，直接连接天线可获得较高的功率。有关IC天线的不同连接方式可参见EM4094应用指南。

　　收发器信号接收

　　RFIN1和RFIN2是该IC接收链上的两个输入引脚，它们被EM4094用来解调收发器送过来的数据流，其引脚 上的电压必须设定在GND和VDD 之间，这两个解调输入必须具有相同的性能和呈现出相同的灵敏度。配合一个外部匹配阻抗电路，这两个输入端可用于解调输入的相位或幅度调制信号。未使用的输入脚应当通过一个10nF的电容接至模拟地。输入引脚的高灵敏度使得读卡器即便在电子标签的最小电源级别上仍能有较远的读取距离。

　　关闭读卡器芯片

EN引脚用于使能或关闭读卡器IC。该输入引脚可由一个外部微控制器进行控制。当EN引脚为高电平时，EM4094进入激活模式，其输出在天线上产生 13.56MHz信号；当EN引脚为低电平时，读卡器芯片进入睡眠模