基于pn512芯片通用读写系统开发

pn512特性

高度集成的模拟电路，解调和译码响应

输出缓冲驱动器通过最少量的外部无源器件连接天线

集成了RF场检测器

集成了数据模式检测器

支持ISO14443A/MIFARE®

支持ISO14443B读/写

在读写器模式中典型工作距离超过50mm，具体距离由天线尺寸、调谐和电源决定

在NFCIP-1模式下工作距离高达50mm，具体视天线的尺寸、调谐以及电源而定

在卡操作模式中典型工作距离约为100mm，具体距离由天线尺寸、调谐和外部场强度决定

在读写器模式中支持MIFARE®Classic加密

支持ISO14443A更高传输速率的通信：212kbit/s和424kbit/s

在FeliCa模式下，可支持212kbit/s和424kbit/s的通信波特率

支持S2C接口

集成了NFCIP-1的RF接口，传输速率高达424kbit/s

支持主机接口：

－SPI接口，高达10Mbit/s

－I2C接口，快速模式为400kbit/s，高速模式为3400kbit/s

－不同传输速率的串行UART，高达1228.8kbit/s，帧随RS232接口而定，接口的电压电平取决于端口的电源

－8位并行接口，带/不带地址锁存使能

充裕的64字节发送和接收FIFO缓冲区

灵活的中断模式

硬件复位，带有低功耗功能

软件掉电模式

可编程定时器

内部振荡器连接27.12MHz的石英晶体

2.5V~3.6V的电源

CRC协处理器

自由的可编程I/O管脚

内部自测试

pn512应用

PN512适用于各种基于ISO/IEC 14443A标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。

公共交通终端

手持终端

板上单元

非接触式PC终端

计量

非接触式公用电话

pn512功能图框

基于RFID读卡芯片的选择

RFID技术广阔的市场和发展前景被国内外的许多芯片制造厂商所看好，无论是新发展的还是传统的制造厂商都加入到RFID芯片的制造中，使得现在市场上的RFID芯片有很多种，可扩展的功能也是千变万化。有的带有MMU，可以支持WinCE或标准Linux等操作系统，有的不带MMU的微处理器平台也可以应用UCLinux{2）。所以，选择一款适合的ARM芯片产品是十分困难的。

本文所使用的芯片PN512为一款不带MMU的可运行UCLinux操作系统的ARM微处理器芯片。PN512是一种非接触读写芯片，高度集成了13.56MHZ下的各种主动/被动式非接触的通信方法和协议。具有较强的稳定性、安全性能也比较高。在射频识别系统的应用比较广泛。

基于pn512芯片通用读写系统设计开发

设计总框图如下：

硬件电路设计主要包括主控制电路设计和外围电路设计。

主控制器相当于人的大脑，起着中央处理器的的作用，外围电路设计的效果则直接影响着整个硬件电路的整体工作效果28。所以，它们的选型非常重要。

首先，要根据控制对象来选择主控制器，带CAN 总线模块的主控制器主要应用在工业自动化及通信中; 带PWM模块的主控制器主要用于控制电机; 带AD模块的主控制器主要用于采集模块。由于系统对于完成某项功能对于时间有较高的

要求，所以要求控制器的处理速度要非常快。

其次，整个系统要完成如下的功能：非接触式IC 卡信息被射频模块采集，通过USB 或者网络被传送到主机，主机再通过网络给主控制器发送命令，主控制器的接口实现串口命令行shell，利用此主机可查看系统的状态并可控制系统的行为。

我们之所以选择ARM7 芯片，是因为它的性价比比较高，它和高端计算机的价格差不多，但是它比其他高端计算机的集成度更高，功能更强大。由于现在的电子仪器设备的发展方向基本上都是向嵌入式方向发展，而且不同的领域都是

采用不同的ARM 芯片，但是基本上都是采用ARM微处理器的内核%。现在的外围电路系统是越来越简单，但所实现的功能却越来复杂，越来越高端。比如它的USB 接口在设计上就进一步简化了，成本减少了，但功能不变，而且某些功能更强大了。还有其他的一些处理器、控制器的功能也是再增加，但成本却越来越低，而且他们都能满足设计要求，并且可靠性也很高，集成化程度也很高。

主控制器电路和外围电路的设计主要从以下几个方面进行设计：

1、主控电路

本设计主要针对近耦合非接触卡，支持ISO14443B读/写标准，要求工作距离较远，可内部自测试，要求具有较高的安全性能，所以这里我们采用NXP公司生产的PN512芯片。这种芯片的开发效率比较高，作用的周期也比较短，而且可以和其他公司的产品兼容。PN512 操作距离可达到50cm， 2.5V-3.6V的电源，适用电压的范围也比较广，具有高度集成的模拟电路，译码相应和解调。前面我们已经具体介绍了芯片PN512，这里不做重复。

2、串行通信电路

读卡器可以通过高速的USB接口和低速的rs232通信接口实现与主机间的通信。

2.1、USB 电路设计

USB是Universal Serial Bus的缩写，中文的意思是通用串行总线。现在在PC机及其它外设中都支持USB接口。本文是利用USB接口来实现各种数据传输交换的，USB接口的特点是P0：

（1）可以连接多个设备。由于在PC机上往往有多个USB接口，所以最多的时候可以连接127台设备。可同步也可异步进行通信，并且USB总线可以提供电源，对于传输的数据具有纠错的功能，以保证数据准确无误的传输。

（2）支持热插播，携带方便。USB在连接时不需要关闭电源，所以使用起来比较方便，USB硬盘比IDE硬盘要轻一半的重量，在想要随身携带大量数据时，USB硬盘是首选。

（3）标准比较统一。很多不同的外设设备可以以同样的标准与USB接口连接。

（4）应用范围比较广。比较容易和其他设备进行连接。像现在PC机和数码设备中几乎都连接有USB接口，比如打印机、扫描仪、数码相机等，通过数据线与主机进行连接。

（5）传输数据的能力比较强。一般USB接口的传输速度比较快，它大大的超过普通的串口传输速度，特别是传输大量的数据时，它的传输速度快的优点就大大的显现出来了。比如USB1.1传输速率大约在12Mbps，而USB2.0传输速率大约在480Mbps3132，并且在共同使用时，它们之间不会发生冲突。以前Windows是完整的支持USB1.1，虽然支持USB2.0设备，但不能完整的发挥其优点，但现在已经可以完全发挥其有优点了。本设计从传输速率的角度考虑，USB器件端口支持USB2.0.

下面给出了USB部分电路原理图：

2.2、RS-232 通信接口电路

在串行通信时，为使不同的设备之间可以方便的连接起来进行通信，要求通信双方都采用统一的标准接口。RS-232 是由美国电子工业协会EIA制定的标准！31，是目前最常用的一种串行通信接口。RS 是英文推荐标准的缩写，232 为标识号。本设计所用的是RS-232-，其中c 代表RS-232-C 的版本，有些也说它代表修改次数。以前RS-232-C采用的是25 芯的DB插座头，后来IBM将RS-232-C简化成了DB-9连接器，也就是具有9芯的D型插座，插头在DCE端，插座在DIE端。RS-232-C现在主要采用低速率的单端通信，通信距离受到驱动器电容的限制例，一般用在 近距离通信中。一般高电平为-3 至-15V，低电平为3-15V。下表为9芯D型插头引脚信号描述：

一般只需要使用三条接口线，即RXD、TXD 和GND，一条发送线、一条接收线和一条地线。下图为RS-232-C 接口原理图：

本设计采用的是MAXIM 公司的芯片MAX3232CWE，这是一种低功耗收发芯片，芯片在低电平端都可以正常工作，传输时工作速率可达135Kbps实现RS-232通信接口的功能。

在串行通信接口中应用较多的还有RS-485，RS-485具有多机通信功能，它比RS-232作用距离要远的多，主要用在远距离通信当中，采用平衡发送和差分传输，抑制共模于扰的能力比RS-232 也要强。但这里用RS-232 以足以满足设计需求。

3、JTAG 调试电路设计

JTAG（Joint Test Action Group），85 年是一种检测IC 芯片和PCB 的标准，90 年代修改后成为一个国际标准的测试协议，IEEE 的一个标准，即E119.1-1990 硬件电路，包括许多高级器件，只要是芯片接口是JTAG 的，都可以对它进行故障的检测和边界的扫描，它是一种硬件调试接口。

标准的JTAG接口是四线： TCK、TDO、TDI和TMS.具有JTAG接口的芯片，相关JTAG 引脚的定义为：TCK 为测试时钟输入; TDI 为测试输入数据，数据通过TDI 引脚输入JTAG接口; TDO为测试输出数据，数据通过TDO引脚从JTAG接口输出; TMS为测试模式选择，TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式。通常扩展TRST 引脚，其意义为测试复位，输入引脚，并且低电乎有效防。JTAG 为目前应用最多的一种调试方法。下图为JTAG接口设计图。

4、电源电路设计

本设计所采用的芯片为低功耗型芯片，电压-般不超过5V，主控电路电源范围-般在2- 5V之间，像系统中有2.3V、3V，还有 3.5V的电压，外围电路- ~般能用5V的还是用5V的电压。虽然输出电压比输入电压要小，但输出电流较大，一般可达到几百亳安，一般我们都采用锂电池供电，它的电阻率比较低，可以减少电源的阻抗，同时，也可以减少周围电磁干扰源的影响，这样可以提高整个电源系统的供电效率，满足供电系统的要求。

5、射频电路设计

射频电路是读卡器的重要组成部分，它所工作的环境中，即有模拟信号又有数字信号，它是主控电路和电子标签之间连接的桥梁。根据设计需求，我们要选择一款高性能、具有较高集成度、低功耗而且对于复杂多变的电磁环境抗干扰性能好的芯片，作为收发和调制解调芯片，这里我们选择的是PN512芯片，它的性价比比较高，稳定性比较好，集成度也比较高，同时它无需外接晶振，载波范围比较广，能兼容多种电子标签协议，并且抗干扰性能比较好等特点比较适合本设计。射频电路原理图如图4.6所示：