1、XXX 大学本科毕业设计1目 录前言 21 射频识别技术 .21.1 射频识别系统的组成 21.1.1 应答器介绍 .31.1.2 阅读器介绍 .31.2 射频识别系统的分类 41.3 射频识别系统的工作原理 52 系统硬件电路设计 .52.1 基站芯片 U2270B的简介 62.2 射频卡读写电路的设计 72.2.1 电源的选择 .72.2.1.1 单电源输入 82.2.1.2 双电源输入 82.2.1.3 电池供电模式 92.2.2 外围元件的选择 .92.2.3 射频电路的设计 .112.3 系统其它的电路设计 132.3.1 单片机的选择 .13XXX 大学本科毕业设计22.3.2 语
2、音报警电路 .142.3.3 存储接口电路 .182.3.4 电源监控器 .192.3.5 键盘输入 .192.3.6 串行通信电路 .193 系统软件设计 .213.1 射频卡 T5557简介 213.2 T5557的工作原理 .233.2.1 初始化 .233.2.2 卡与阅读器的通讯 .233.2.3 配置寄存器的设置 .243.3 系统的软件设计 273.3.1 软件设计 .273.3.2 写卡软件设计 .303.3.3 系统其它电路的软件设计 .333.4 串行通信程序设计 354 设计总结 .35XXX 大学本科毕业设计3XXX 大学本科毕业设计4基于 RFID汽车防盗系统设计前言
3、射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是从 20世纪 80年代开始走向成熟的一项自动识别技术,是当前最受人们关注的热点之一，该项技术既传统也充满新意和活力。射频识别是无线电识别的简称，即通过无线电波进行识别。它源于无线电通信技术，综合了现代计算机智能控制、智能识别、计算机网络等高新技术，顺应了计算机集成制造系统，电子商务等热点应用的发展需要。射频识别应用电磁场，以非接触、无视觉、高可靠的方式传递特定识别信息，由于大规模集成电路技术的日益成熟，使得射频识别系统的体积大大减少，从而进入了实用化阶段。 射频识别技术具有工作距离大、信息收集处理快捷及较好
4、的环境适应性等优点， 极大地加速了有关信息的采集和处理，在近年来获得了极为迅速的发展。基于 RFID的汽车防盗系统设计是将射频识别技术应用到汽车防盗系统中的一次成功尝试。这一系统克服了市场上使用的电池遥控装置的弱点，能够有效地达到汽车防盗的目的。1 射频识别技术1.1 射频识别系统的组成一个典型的射频识别系统由两个部分组成，应答器（又称电子标签、射频卡） 、阅读器（又称读写器、读卡器） ，应答器应置于要识别的物体上或由个人携带，应答器是信息的载体；阅读器可以具有读或读/写功能，这取决于系统所用应答器的性能。射频识别系统的组成如图 1.1-1所示：XXX 大学本科毕业设计5图 1.1-1 射频识
5、别系统的组成 1.1.1 应答器介绍应答器 2是射频识别系统真正的数据载体，由线圈（天线）和用于存储有关应用标识信息的存储器及微电子芯片组成。基于不同的应用，对应答器的体积、性能等的要求也各不相同。一般来说应答器的主要功能特点有：具有信息存储、处理能力，可接收、发送无线信号，外围部件少,功耗低，能在低电压下工作；依据不同需要，具有无线、射频微波探测器、调制器，解调器、控制逻辑及存储器等部件。应答器的主要电气性能参数有：工作频率、读写能力、数据传输速率、信息数据存储量、多应答器识读能力、信息安全性能等。应答器的数据量通常在几个字节到几千个字节之间。但有一个例外，这就是 1比特应答器，它进行“是”
6、或“否”应答，在需要简单监控的场所是适合的，它的价格便宜，在百货商场的商品防盗系统中获得大量的应用。简单系统的应答器的数据不多，大多是序列号码，在加工芯片时写入，以后就不能改变。而在很多应用中，需要从阅读器（读写器）向应答器写入数据，为了存储数据，在应答器中主要采用三种类型的存储器：EEPROM、铁电随机存储器 FRAM和静电随机存取存储器 SRAM。EEPROM 是电感耦合方式中应答器主要采用的存储器，其写入过程中的功耗大，擦写寿命约为 10万次。FRAM 是一种新的，非瞬态存储技术。FRAM 存储单元的基本原理是铁电效应，即一种材料在不存在的电场情况下，保持其电报化的能力。1.1.2 阅读
7、器介绍阅读器应能完成下述几项功能：向应答器提供射频能量；从应答器中读出数据或写入数据至应答器中；完成数据信息处理，并实现应用操作；如果需要，应能和高层处理应用交互。虽然因频率范围、通信协议、数据传输方法的不同，各种阅读器会有很大的区别和差异，但是所有的阅读器在上述功能上是很相似的。阅读器的组成结构如图 1.1.2-1所示。图中各部分的功能简述如下：发送通道，对载波信号进行功率放大，向应答器传送操作命令及写数据。接收通道:接收应答器传送至阅读器的响应及数据。载波产生器：采用晶体振荡器，产生所需频率的载波信号，并保证载波信号的频率稳定度。时钟产生电路：通过分频器形成工作所需要的各种时XXX 大学本
8、科毕业设计6钟。MCU：微控制器是读写器工作的核心，完成收发控制、向应答器发命令及写数据、数据读取与处理、与高层处理应用系统的通信等工作。天线：与应答器形成耦合交连。图 1.1.2-1 阅读器的组成结构框图1.2 射频识别系统的分类射频识别系统根据不同的标准有不同的分类方法，主要有以下几种分类：根据射频识别系统的工作频率（通常把阅读器发送信号时使用的频率称为射频识别系统的工作频率）可以分为： 低频（LF） ，工作频率低于 135kHz,最常用的是 125kHz； 高频（HF） ，工作频率为 6.56MHz-20.56kHz； 超高频（UHF） ，工作频率为 433MHz、860MHz-960M
9、Hz； 微波，工作频段为 2.45GHz和 5.8GHz。根据应答器与阅读器作用距离的不同，射频识别系统可以分为： 密耦合，作用距离为 0-1cm； 疏耦合，作用距离为 1-100cm； 远距离，作用距离为 1m以上。根据应答器的供电方式可以分为： 无源（passive)，无源应答器有内装电池，在阅读器的范围之外时，应答器处于无源状态，在阅读器的范围之内时，应答器从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电能。 半无源（semi-passive)，半无源应答器装有电池，但电池仅对应答器内要求供电维持数据的电路或应答器芯片工作所需的电压作辅助支持，应答器电路本身XXX 大学本科毕业设计7耗电很少。
10、应答器未进入工作状态前，一直处于休眠状态，相当于无源应答器。当进入阅读器的阅读范围时，受到阅读器发出的射频能量的激励，进入工作状态时，用于传输通信的射频能量与无源应答器一样源自阅读器。 有源(active)，有源应答器的工作电源完全由内部电池供给，同时应答器电池的能量供应也部分地转换为应答器与阅读器通信所需的射频能量。根据射频识别系统的基本工作方式可以分为： 双工系统，在此系统中应答器的应答相应号与阅读器的发射信号同时存在； 时序系统，在此系统中，阅读器的电磁场周期性地接通，在这些间隔中应答器向阅读器发信号并被识别出来。1.3 射频识别系统的工作原理射频识别系统 1是利用无线电波对记录物体进行
11、读写。射频识别的距离可达到几十厘米至几米，并且可以传输大量的保密信息。射频识别系统的基本工作原理是阅读器加电工作后发出定向查询的射频信号，当应答器进入读写器的有效查询范围内，将自身存储的电子信息发送给阅读器，由应答器发送的应答信号经阅读器接收处理后获得应答器所存储的电子信息。应答器中所存储的电子信息代表了待识别物体的标识信息，应答器相当于待识别物体的身份认证 3。从而射频识别系统实现了非接触物体的识别目的。应答器与阅读器之间的数据传输是通过数据在空气介质中以无线电波的形式进行的。一般地，我们可以用两个参数衡量数据在空气介质中的传播，即数据传输的速度与数据传输的距离。因应答器发出的无线信号是很弱
12、的，信号传输的速度与传输的距离就很有限。为了实现数据远距离、高速的传输，必须把要传输的数据信号叠加在一个规则变化的信号比较强的电波上，这个过程就是调制，规则变化的电波就是载波。在射频识别系统中，载波一般由阅读器发出并进行调制，而实现数据的调制也有许多的方法，如调幅、调频、调相等，射频识别系统一般采用调幅方式。2 系统硬件电路设计基于射频识别(RFID）汽车防盗系统装置是将射频识别技术用于汽车防盗技术中。该装置包括安装在汽车启动钥匙顶部的应答器和汽车内部控制着汽车发动机电子点火系统的阅读器。XXX 大学本科毕业设计8当一个具有正确识别码的钥匙插入点火开关后，汽车才能用正确的方式进行启动。当点火开
13、关关闭时，阅读器输出一个 125kHz的充电脉冲到汽车钥匙顶部的应答器。应答器接收到这个脉冲信号后就使电容器充电，从而使应答器发射一个特定的代码至阅读器，信号的传输就发生在阅读器的天线和应答器的天线之间。阅读器的控制模块对此信号进行解码并把它与存储在微处理器内存中的代码进行比较。如果相同，控制模块便启动发动机的控制程序和点火开关；只要有一位不相同，系统就会发出相应的报警信息。应答器中有 32个密码位，因而其信号被其它接收机截获也是不可能的。基于射频识别的汽车防盗整个装置是由单片机、射频卡读写电路、语音报警电路、电源监控电路、存储器接口电路、键盘和应答器组成。射频识别系统硬件如图 2-1所示：图
14、 2-1 射频识别系统硬件框图2.1 基站芯片 U2270B的简介U2270B是非接触识别系统中典型的一种低频读写基站芯片，它是应答器和微处理器之间的接口。一方面负责应答器和控制器的数据通信，另一方面向应答器传输能量、交换数据。U2270B主要由电源、放大器、滤波器、振荡器、施密特触发器、激励器等组成，U2270B的组成框图如图 2.2-1所示：各引脚功能见表 2.1-1。表 2.1-1 U2270B的引脚功能引脚 代号 功能 引脚 代号 功能1 GND 地 9 COIL1 天线 12 OUTPUT 数据输出 10 VEXT 外部电源3 OE 数据输出使能 11 DVS 天线驱动器电源XXX
15、大学本科毕业设计94 INPUT 信号输入 12 Vbatt 电池电压5 MS 模式选择 13 STANDBY 备用输入6 CFE 载波使能 14 VS 内部电源7 DGND 天线驱动器地 15 RF 载波频率调节8 COIL2 天线 2 16 HIPASS DC去耦图 2.1-1 U2270B的组成框图基站芯片 U2270B的基本工作原理是：振荡器在 CEF引脚为高电平是,产生的射频载波信号经驱动由 Coil1、Coil2 引脚输出，天线线圈产生一足够强度的磁场为应答器供电。应答器用它的内部数据调制磁场，从而在读写器的线圈上引起一个微小的电压幅度调制信号，经过外部整流器解调、耦合电容高通滤波
16、，加到 INPUT引脚，由内部的低通滤波器滤波后，又经带负反馈的读通道将放大器放大、再经施密特触发器抑制噪声，最后经集电极开路输出级，从 OUTPUT端送到微控制器的输入口。数据输出通过设置引脚可被允许或禁止。2.2 射频卡读写电路的设计阅读器电路的主要功能是：发出射频载波，经过天线耦合给应答器，为应答器提供工作电源；进行数据信号的载波调制、解调和传输；与单片机进行双向数据交换。它主要由读写基站芯片 U2270B及外围电路和读写天线组成。XXX 大学本科毕业设计102.2.1 电源的选择为了使系统电路能适应各种环境，首先要考虑电源的输入问题，U2270B 4具有多种灵活的供电方式，能够用一个已
17、稳压的(5V)或未稳压的（7-16V）外部电源或两个外部已稳压的（5V 和 7-8V)电源供电。电源引脚有以下几个，VEXT：天线预激励器的电源电压，也可以用来给外部电路（如微控制器等）供电，与一个 NPN晶体管一起，它也建立天线线圈激励器的电源电压 DVS。Vs：除驱动器外的内部其它电路的电源电压，利用 STANDBY引脚可将 Vs与内部电路断开，使 U2270B工作在低功耗方式，此时其消耗的电流仅为 30-70uA。Vbatt：电池电源输入端。下面是可选的三种供电方式。2.2.1.1 单电源输入 所有内部电路均由单一 5V电源供电（U2270B 的单电源工作方式如图 2.2.1.1-1所示
18、） ，在这种情况下，Vs、VEXT 和 DVs用作输入，Vbatt 不用，但也应该连到电源正极上。图 2.2.1.1-1 U2270B 的单电源工作方式2.2.1.2 双电源输入这种情况下，激励器电压 DVs和预激励器电压 VEXT工作在比其余电路更高的电压上（7-8V）,以得到较高的激励器输出幅度，从而得到较强的磁场（U2270B 的双电源工作方式如图 2.2.1.2-1所示） ，Vs 连到 5V电源上，这种工作方式大多数用在要求增加通信距离的情况下。XXX 大学本科毕业设计11图 2.2.1.2-1 U2270B的双电源工作方式以上两种供电方式，U2270B 都不能进入低功耗方式。2.2.
19、1.3 电池供电模式使用这种工作模式时，Vs 和 VEXT由内部电源产生（U2270B 的电池供电工作方式如图 2.2.1.3-1所示） ，不需要外部稳压器。经 STANDBY引脚 Vs可以被断电，使U2270B工作在低功耗方式。VEXT 可为外部 NPN晶体管的基极和外部电路（如微控制器等）供电（即使在低功耗） 。图 2.2.1.3-1 U2270B的电池供电工作方式U2270B的以上特性，使得它能适用于多种工作环境。本设计的汽车防盗装置用的电源就是汽车内部的 12V电平。2.2.2 外围元件的选择XXX 大学本科毕业设计12震荡器频率调整电阻：片上振动器的频率受输入端的电流控制。其中的集成
20、补偿电路保证了宽的温度范围并与电源电压无关。具体可用 RF和 Vs引脚之间的固定电阻来调整，使其接近天线谐振频率。确定电阻值可用下面经验公式：（2.2.2-1）本设计中，天线的谐振频率 0 =125 kHz ,可计算出该电阻值为 110。 耦合电容：由于读写器天线串联谐振时线圈两端的高电压（瞬时值可达 130V） ，整流流解调必须在外面进行，外部解调电路如图 2.2.2-1所示，相应元器件的耐压值应该大于 160V。图 2.2.2-1 外部解调电路耦合电容 CIN（图中的 C2）对解调后的信号具有高通滤波作用，U2270B 内部的低通滤波器则用来消除解调后的剩余载波信号和高频干扰。二者的组合保
21、证了有用频带的选通(带通)，其频率响应高通特性的下限载止频率，取决于解调器的输出阻抗、LPF的输出阻抗 Ri（后者的典型值为 220k ）和输入电容 CIN的值。低通特性的上限截止频率取决于所选的振荡器频率，典型值为 asc/ 18。这意味着如果采用二相或曼彻斯特编码，数据率有可能达到 asc/25。CIN 的值与应答器的数据传输率线性相关,表2.2.2-1给出了对常用的数据率 CIN所适合的值,即使用越高的数据率,其值应越大.这些值仅对曼彻斯特和二相码有效。表 2.2.2-1 数据传输率与输入电容、去耦电容的关系数据率 =125kHz 耦合电容 CIN 去耦电容 CHPF/32=3.9kbi
22、t/s 680pF 0.1FXXX 大学本科毕业设计13F/64=1.95kbit/s 1200pF 0.22F去耦电容：差分放大器的增益 G,典型值为 30(CHP=0.1F时） 。可通过引脚 HIPASS设定。对于较低的增益，HIPASS 脚用一个电阻 RGain与电容 CHP串联接地，增益 G和下限截止频率 cut可用下面的公式计算，Ri 的值可设定为 2.5k。(2.2.2-1)(2.2.2-2)如果要求较高的增益，则只需一个电容 CHP用于直流去耦,下限截至频率 cut就按下面的公式计算：(2.2.2-3)CHP的值与 CIN一样，也与答应器的数据传输率线性相关，如表 2.2.2-1
23、所示。2.2.3 射频电路的设计U2270B应用电路的形式取决于磁耦合情况。磁耦合因子 K主要由读写距离和天线线圈决定。表列出了一个给定的磁耦合因子所适用的应用电路形式。表 2.2.3-1 磁耦合因子与适合的应用电路形式磁耦合因子 K 适合的应用电路形式K3% 自由调协振荡器K1% 二极管反馈振荡器K0.5% 二极管反馈+频率改变振荡器K0.3% 二极管反馈+精确的频率调协振荡器本文设计的射频电路如图 2.2.3-1所示：射频载波允许/禁止端(CFE）和读数据输出（OUTPUT）对外接口分别与单片机的两条 I/O线相连，用来对 T5557卡进行数据读写。XXX 大学本科毕业设计141 2 3
24、4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 22-Mar-2011 Sheet of File: C:Documents and SettingsLiusha不不不不不不不不不不MyDesign.ddbDrawn B:43K75k100K824.7K470K68k3601.35mHAntenna22uF4.7nf1.2nFIN4148 1.5nF 680pF100nF4*IN4148U2270BBC63922uF22uFVCCI/OGNDGNDDGNDINPUTCoil1Coil2HIPASSRFVSVEXTDVsVBattCFEAT89
25、S5112VOutputStandbyMS+OE图 2.2.3-1 U2270B 的应用在本路中，加入了两个频率调整环节 5。一为阅读器天线谐振频率调整电路，可用单片机的输出口在需要时输出高或低电平，控制一 NPN的三极管截止或导通，从而增加或减少天线回路的谐振电容，使其谐振频率等于应答器天线的谐振频率。二为振荡器的频率反馈控制回路，使其等于读写器天线的谐振频率，等效电路二极管反馈的振荡器控制回路如图 2.2.3-2所示：天线线圈波形如图 2.2.3-3所示：是激励器输出线圈 1、2 的波形以及在 R1、R2 之间测得的相应的天线电压。其中：T1：引脚 1输出为低的周期T2：引脚 2输出为低的
26、周期T2a：T2 内天线电压为负的时间间隔T2b：T2 内天线电压为正的时间间隔Aa：天线电压在 T2a期间的积分Ab：天线电压在 T2b期间的积分它的工作原来相当于一个控制激励器电压和天线电压之间相位的鉴相器。通过D1、D2 的反馈电流控制振荡器的频率，使得上述电压间的相移达到 90度，从而使读写器天线被激励在它的谐振频率上。而 T1期间，D3、D4 导通，而 D1、D2 被反向偏置，因此，没有反馈信息通过D1、D2 和 C1传输。在 T2期间，反馈信息可以通过 D1或 D2传输。在 T2a期间，天线电压为负，反馈电流从 C1出来，经 D1、R2；在 T2b期间，天线电压为正负，反馈电流XX
27、X 大学本科毕业设计15则通过 R1、D2 到 C1。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 21-Mar-2011 Sheet of File: C:Documents and SettingsLiusha不不不不不不不不不不MyDesign.ddbDrawn B :D1D4D3D2R1 75KR2 100KR368KR443K C14.7nAntennaCoil 2Driver OutputsCoil 1VSRF图 2.2.3-2 二极管反馈的振荡器控制回路图图 2.2.3-3 天线线圈波形进入 C1的合成电流为 T2
28、期间的电流之和。如果天线的谐振频率高于振荡器的频率，那么相移以及 T2a和 T2b就发生了变化，T2 相应减小，T2b 相应增大，结果反馈电流(Aa 和 Ab之和）不为 0，变为正向，这造成一个附加的控制电流进入引脚 RF，并产生一个较高的振荡器频率，直到 res =asc。反之亦然。反馈电流回路是一个比例反馈电路，其增益约为 15，较高的读写器天线 Q因子会造成较高的反馈回来增益，R1、R2 的阻尼作用降低了读写器天线的 Q因子。2.3 系统其它的电路设计XXX 大学本科毕业设计162.3.1 单片机的选择本文的阅读器微控制器模块采用单片机及其外围电路组成，选择单片机时应考虑以下几个问题：系
29、统时钟频率、计算速度、处理能力、兼容性、系统整体设计等。对于本系统，单片机采用 AT89S51，它是美国 ATMEL公司生成的低功耗，高性能 CMOS 8位单片机，片内含 4K Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000次的Flash只读存储器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及 80C51引脚结构，芯片内集成了通用 8位中央处理器和 ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S516具有如下特定：30 引脚，4k
30、Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器(RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2层嵌套中断，2 个 16位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51 在空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM的数据，停止芯片其他功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。2.3.2 语音报警电路 语音报警电路 7以美国 ISD公司生产的
31、 ISD2560语音合成芯片为核心，该芯片采用 E2PROM存储方法将模拟语音信号直接写入半导体存储单元中，不需另加 A/D或 D/A变换来存放或重放。该器件有音质自然、使用方便、单片存放、反复录音、低功耗等许多优点。车主开车时，如果应答器里面的密匙正确，单片机就发出正确的信号给电子点火系统，汽车才可以启动，此时，语音报警电路不工作；非法者如果用配置钥匙启动汽车时，单片机就发出信号给语音系统，语音系统立刻发出警报声音。利用该电路可以很方便地实现汽车防盗系统的安全提示和报警功能。工作原理XXX 大学本科毕业设计17图 2.3.2-1 ISD2560内部框图ISD2560语音合成芯片的内部框图如图
32、 2.3.2-1所示：它包括前置放大器、放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制，逻辑控制、模拟收发器、解码器、模拟存储阵列、地址线等。在进行存储操作之前，ISD2560 要分几个阶段对话筒 BM电路输入的由语音转换成的电信号进行调整。首先将输入的电信号放大到存储电路动态范围的最佳电平。这个阶段由前置放大器、放大器和自动增益控制电路来实现。前置放大器通过隔直电容器 C1、C2 与话筒 BM连接。隔直电容器 C1、C2 用来去掉交流小信号中的直流部分。信号的放大分为两步完成：现将语音电信号输入前置放大器，经放大后再通过模拟输出端 ANA OUT，经 C3、R3 和模拟输入端 AN
33、A IN，加到放大器的输入端，使语音电信号得以进一步放大。自动增益控制电路，能随时跟踪、监视控制放大器输出地音频信号电平，并反馈增益电压，实现对前置放大器的自动增益调节，以便维持进入输入滤波器的信号是最佳的电平。这样，使录音信号为最佳，最高电平，又可使削减至最小。自动增益电路的特性由两个时间来描述，即响应时间与释放时间。响应时间是指输入信号增大时，XXX 大学本科毕业设计18自动增益控制(AGC)用减小增益来响应所需要的时间。释放时间是指输入信号降低时，使增益增加所需要的时间。我们可以通过选择连接在“AGC”管脚的电阻 R1和电容器C4的阻容值，来调节响应时间与释放时间的常量。下一个阶段的信号
34、调整，是由输入滤波器完成的。模拟信号的存储是采用取样技术，因此需要输入滤波器去掉取样频率的一半以上的输入频率分量。对输入的信号调整后，再将输入波形通过模拟收发器，写入模拟存储器阵列中。采用时钟也用于存储阵列的地址译码，以便输入信号顺序地写入存储阵列。录入的模拟电压信号在采样时钟的控制下，顺序地从模拟存储阵列中读出，恢复成原样的采样波形。在输出的通路上，平滑滤波器去掉采样频率分量，恢复原始的语言波形。采样时钟频率会影响录音的时间长度和录音质量。平滑滤波器的输出，是通过一个模拟多路开关连接到输出功率放大器的输入端。语言信号经功率放大后，从两个输出管脚 SP+、SP-直接驱动扬声器 BL播放所录制的
35、语音。扬声器选用 16 时，其驱动容量约为 50mW-100mW，能满足一般房间内的听众，较为清晰悦耳。ISD2560芯片的每个 EEPROM存储单元 8等效于 8个存储器。信号写入存储单元采用闭环方式。取样保持电路在编程周期内保持数据，并将存储的模拟电压提供给比较器的一个输入端。比较器的另一个输入是存储单元本身的输出。在多次语音信号的写入过程中，电子被“泵入”存储阵列，并使存储电平反馈到比较器。当比较器的信号，也就是存储单元的输出电压等于取样保持电平时，该存储阵列的编程即停止。每一次写入时，使极少量的电荷注入存储单元以建立系统的分辨率，从而保证了最低的充电量。一个存储单元在写入语音信号的同时
36、，也就自动地消除了这个存储单元原有的语音信号，这就实现了自动抹音效果。引脚功能及应用电路的设计，ISD2560 各个引脚的功能如下：MIC IN (17脚)：话筒前置放大器端，用于放大 1-20mV范围内的信号，本端连接至片内前置放大器，外接话筒应通过串联电容耦合到本段。耦合电容值和本端的 10K输入决定了芯片频带的低频截止点。MIC REF (18脚)：话筒补偿端，是话筒前置放大器的反向输入端，它用来抵消噪声或对 ISD2560作共模的输入端。AGC（19 脚）：自动增益控制端，19 脚并联的电阻和电容接地，AGC 动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量时，失真
37、都能保持最XXX 大学本科毕业设计19小。响应时间取决于本端的输入阻抗外接的对地电容的时间常数，释放时间取决于本端外接的并联对地电容和电阻的时间常数。470k 和 4.7F 的标称值在绝大多数场合下可获得满意的效果。ANA OUT（21 脚）：模拟输出端，是前置放大器的输出，前置电压增益取决于 AGC端电平。ANA IN (20脚):模拟输入端，本端为芯片录音信号输出，对话筒输入来说 ANA OUT端应通过外接电容连至本端。 EOM(25脚） ， E标志在录音时由芯片自动插入到该信息的结尾。放音遇到D时，本端输出低电平脉冲。芯片内部会检测电源电压以维护信息的完整性，当电压低于 3.5V时，本端
38、变低，芯片只能放音。VF（22 脚）：芯片处于存储空间末尾时本端输出低电平脉冲表示溢出，之后本端状态跟随 CE端的状态，直到 PD端变高。SP+、SP- (14、15 脚）：扬声器输出端。AUX IN（11 脚）：辅助输入端，当 CE和 /PR为高，放音不进行，或处入放音溢出状态时，本端的输入信号通过内部功放驱动喇叭输出端。XCLK（26 脚）：外部时钟端，本端内部有下拉元件，不用时应接地。VCCD、VCCA (28、16 脚)：数字电源、模拟电源，尽可能在靠近供电端处相连。VSSD、VSSA (12、13 脚)数字地和模拟地，这两脚最好在引脚焊盘上相连。A0/M0-A6/M6，A7-A9（1
39、-9 脚）：地址线。CE(23脚)；本端变低后（而且 PD为低)，允许进行录放操作，芯片在本端的下降沿锁存地址线和 /PR端的状态。PD（24 脚）：本端拉高使芯片停止工作，进入不耗电的节电状态，芯片发生溢出，即 OVF端输出低电平后，要将本端短暂变高，复位芯片，才能使之再次工作。/PR（27 脚）：本端状态在 CE的下 降沿锁存。高电平选择放音，低电平选择录音。录音时，由地址端提供起始地址，录音持续到 CE或 PD变高，或内存溢出；如果是前一种情况，芯片自动在录音结束处写入 OM标志。放音时由地址端提供起始地址，放音持续到 EOM标志。如果 CE一直为低，或芯片工作在某些操作模式，放音会XX
40、X 大学本科毕业设计20忽略 EOM，继续进行下去。在实际电路设计时，将单片机 AT89S51的 P1口、P3.4 和 P3.5与 ISD2560的地址线相连，用以设置语音段的起始地址。P3.0-P3.3 用以控制录音放音状态。利用该电路可以方便地实现防盗系统的安全提示和报警功能。AT89S51 与 ISD2560的接口电路图2.3.2-2所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 22-Mar-2011 Sheet of File: C:Documents and SettingsLiusha不不不不不不不不不不MyD
41、esign.ddbDrawn B :c51ufc30.22ufc40.22ufc24.7ufc147ufr31kr210kr410kr5470kVCCBMP/REOMPDCEP1.0P1.6P1.7P3.4P3.5A0/M0A6/M6A7A8A9XCLKP/REOM PD CESP-SP+ANA OUTMIC INMIC OUTANA INP3.0P3.1P3.2p3.3AT89S51 ISD2560 BL. . .图 2.3.2-2 AT89S51与 ISD2560的接口电路 2.3.3 存储接口电路读写器中的存储器设计采用 24LC系列的电可擦除可编程只读存储其(EEPROM） 11。它除
42、了只有一般串行 E2PROM的体积小、功耗低和工作电压容许范围宽等特点外，还遵循 总线协议，占用引脚少、容量扩展配置灵活以及读写操作相对简单等特点。2IC24LC04B可以来存储车主的 ID和突然掉电前单片机的标志信息。由于它是非易失性存储器，所以掉电后其财产的信息不会丢失。重新上电后，系统又会回到掉电的状态，这样可以有效地防止人为对汽车电源的破坏，提高安全性。24LC65是 8K字节串行的电可擦除 EEPROM,其引脚排列如图 2.3.3-1所示：XXX 大学本科毕业设计211 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleN u m b er Re v isionSizeBD a
43、 te: 2 1- M ar - 20 11 She et o f File : C:D o cu m e nts a n d Se ttin gsLiu sh a不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 M y D esign .d dbD r a w n B :A 0A 1A 2V s sV c cN CS C LS D A234 567812 4 L C 6 5图 2.3.3-1 24LC65引脚图中 A0、A1、A2 为器件地址选择引脚。他们通过 Vcc、Vss 的组合连接构成 8种代码，代表 8个芯片。这些代码被送往该芯片的读、写命令中，用来使指针指向读或写的目标芯片。NC 为空脚。S
44、LC为串行移位时钟输入引脚，写入时，上升沿作用；读出时，下降沿作用。 SDA为串行数据输入输出引脚，这是一个双向的漏极开路结构引脚。在扩展容量时，可以将多个系列的 SDA引脚直接相连。实际使用时应该在该引脚上接一个 5.1K 左右的上拉电阻。24LC65与 AT89S51的硬件连接如图 2.3.3-2所示：描述了一个 8片 24LC65与AT89C51单片机相连的通信系统，其存储总容量为 8K8字节，8 片 24LC65并联地接到单片机 I/O口引脚上。AT89S51 对 24KLC65有读写有两种操作） ，读写时数据输入输出的都是高位在前，低位在后。1 2 3 4 5 6ABCD654321
45、DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 21-Mar-2011 Sheet of File: C:Documents and SettingsLiusha不不不不不不不不不不My Design.ddbDrawn B :VCCI/OAT89S51GNDA0A1A2SDASCL8A0A1A2SDASCL图 2.3.3-2 24LC65 与 AT89S51的硬件连接XXX 大学本科毕业设计222.3.4 电源监控器监控电路采用 MAX706芯片，该芯片兼有电源管理与看门狗的功能。其中电源管理与单片机软件结合主要可用来对突然掉电进行数据保护，使单片机掉电前瞬间的状态信息保
46、存到 EEPROM中只，以备重新上电时读取。而看门狗电路则可有效地进行单片机监控，防止汽车上的各种干扰使单片机陷入死循环，从而提高整个装置的稳定性和可靠性。2.3.5 键盘输入普通汽车防盗器主要采用键盘输入方式对司机身份进行认证的，这种方式给驾驶员带来很多不便，而且其密码也容易被窃取和破译。而采用射频识别技术来进行身份证能有效的解决这一问题。驾驶员用钥匙开车时，钥匙里的应答器就已经靠近阅读器的电感线圈，即可在瞬间完成身份认证，并且其密码不易破译，因而大大提高了防盗效果。如果原有的应答器丢失，那么驾驶员只需按下指定的键，然后再用备用钥匙开车，阅读器就会将密码信息写入备用钥匙里的应答器，同时原先丢
47、失的钥匙就失效了，备用钥匙生效。2.3.6 串行通信电路在硬件电路的调试过程中，系统硬件电路是通过串行通信方式与上位机之间进行通信 9。串行通信 12的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上，以每次一个二进制位移动的。它的优点是只需一对传输线进行传送信息，因此其成本低，适用于远距离通信：它的缺点是传送速度低。串行通信有异步通信和同步通信两种基本通信方式。同步通信适用于传送速度高的情况，其硬件复杂。而异步通信应用于传送速度在 50到 19200波特之间，是比较常用的传送方式，在异步通信中，数据一帧一帧传送的，每一串行帧的数据是一位起始位，5-8 位的数据位，一位奇偶校验位（可省略）和意
48、味停止位四部分组成。在串行通信之前，发送和接受方要约具体的数据格式和波特率（通信协议） 。在 PC机中一般有两个标准 RS-232C串行接口 COM1和 COM2。RS-232C 是美国电子工业协会(EIA)正式公布的，在异步串型通信中应用中最广泛的标准总线：该标准规定最高数据传送速度可达 19.2kbps，最长传送电缆可达 15米。RS-232C 标准定义了 25根引线，对于一般的双向通信，只需使用串行输入 RXD，串行输出 TXD和地线 GND 。RS-232C 标准的电平采用负逻辑，规定+3V+15V 之间的任意电平为逻辑“0”电平，-3V-15之间的任意电平为逻辑“1”电平，与 TTL
49、和 COMS电平是不同的。在接口电XXX 大学本科毕业设计23路和计算机接口芯片中大都为 TTL或 SMOS电平，所以在通信时，必须进行电平转换。以便与 RS-232C标准的电平匹配。MAX232 芯片可以完成电平转换这一工作。MAX232芯片是 MAXIM公司生产的低功耗、单电源双 RS232发送/接受器 13。它的内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V 电源变换成 RS-232C输出电平所需+10V 电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V 电源就可以了。MAX232外围的 4个电解电容是内部电源转换所需电容，其均值为 1F/25V，还需要一个 0.1F 的去耦电容，MAX232 与 AT89S51 接口电路如图 2.3.6-1所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 21-Mar-2011 Sheet of File: C:Documents and SettingsLiusha不不不不不不不不 不不My Design.ddbDrawn B :1uF+1uF+1uF+0.
