RFID电子标签自动识别检测系统的电路设计.doc

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘 要本课题研究RFID电子标签自动识别检测系统的电路设计，基于单片机MSP430的电路设计，其中包括方案设计、原理电路图设计、PCB图设计等。在起始的方案设计中，共设计9个模块来完成课题所需的要求，他们包括：电源模块电路设计、LCD显示模块电路设计、串口模块电路设计、按键模块电路设计、日历模块电路设计、NAND FLASH模块电路设计、RF TRF7960模块电路设计、以太网模块的电路设计以及单片机MSP430的电路设计。关键词：单片机 电路设计 模块AbstractThe research of RFID electronic label automatic detection system based on MCU circuit design, MSP430 circuit design, including design principle, circuit design, PCB design etc. In the initial design, a total of9modules to complete the subject requirements, they include: power module circuit design, circuit design of LCD display module, serial port module circuit design, key module circuit design, the calendar module circuit design, NAND FLASH module circuit design, RF TRF7960module circuit design, Ethernet module circuit design and MSP430 MCU circuit design.Keywords: MCU circuit design module引 言射频识别(RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它利用射频信号通过电感耦合或电磁耦合来自动识别目标对象并获取相关数据。随着大规模集成电路、网络通信、信息安全等技术的发展，RFID技术进入商业化应用阶段。由于具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，RFID技术显示出巨大的发展潜力与应用空间，被认为是21世纪的最有发展前途的信息技术之一，许多国家都将RFID作为一项重要产业予以积极推动。目前中国已经将RFID技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通以及生产过程管理等多个领域。尽管我国射频识别技术没有适时的跟上世界的脚步，射频识别检测技术应用状况还处于初级阶段,但市场前景非常广阔。不同频段的RFID产品会有不同的特性，目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。其中感应器有无源和有源两种方式，无源的感应器在不同工作频率产品的特性可分为3种频率：低频(从125KHz到134KHz)、高频（工作频率为13.56MHz)和超高频(工作频率为860MHz到960MHz之间)。有源RFID技术则具备低发射功率、传输数据量大、可靠性能和兼容性能好的、以及通讯距离相对长的的特点，这种技术被广泛应用在公路收费管理、港口货运管理等应用中。目 录摘 要1Abstract2引 言31 简介51.1 单片机71.2 标签81.3 读写器91.4 射频识别的发展与现状51.5 PROTEL 99SE92 射频标签的工作原理和主要性能102.1 射频标签的工作原理102.2 射频标签的主要性能103 CPU结构114 RFID电子标签检测系统硬件部分的总体设计134.1 设计思路134.2 系统硬件总体设计134.3 电源模块144.4 LCD模块154.5 串口模块164.6 按键模块174.7 日历模块184.8 NAND FLASH模块194.9 RF射频模块204.10 以太网模块21结 论23致 谢25参考文献261 RFID简介从射频识别技术发展到现在，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。该技术作为一种快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础 被列为本世纪十大重要技术之一他们被广泛应用在畜牧业的管理系统,、自动停车场收费、车辆管理系统、图书管理系统的应用，服装生产线和物流系统的管理、医药物流系统的管理等各个领域，在我国射频识别技术还处于初级阶段，因此市场前景非常广阔。1.1 射频识别的发展与现状1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。 1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。 1980-1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。 1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。 2000年后：标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签不断降低成本，规模应用行业扩大。 至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。 不同频段的RFID产品会有不同的特性，目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品，而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。其中感应器有无源和有源两种方式，无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用如下所示： （1）低频(从125KHz到134KHz) 其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作，也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用。通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流，可作供电电压使用.。磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。 特性：除了金属材料影响外，一般低频产品能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离；低频产品有不同的封装形式;好的封装形式价格贵，但是有10年以上的使用寿命；虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域；相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢;感应器的价格相对与其他频段来说要贵。 主要应用：畜牧业的管理系统，汽车防盗和无钥匙开门系统的应用，停车场自动收费和车辆管理系统等方面。 （2）高频(工作频率为13.56MHz) 在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，感应器一般通过负载调制的方式进行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。 特性：除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离，感应器需要离开金属一段距离； 该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制；感应器一般以电子标签的形式；虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域；该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签；可以把某些数据信息写入标签中；数据传输速率比低频要快些，价格也不是很贵。 主要应用：图书馆图书管理系统的应用，服装生产线和物流系统的管理和应用和医药物流系统的管理和应用等。 （3）超高频(工作频率为860MHz到960MHz之间) 超高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不是很好进行定义。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。主要是通过电容耦合的方式进行实现。 特性：在该频段，全球的定义不相同，欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz，北美定义的频段为902到905MHz之间，在日本建议的频段为950到956之间。该频段的波长大概为30cm左右；目前，该频段功率输出目前统一的定义(美国定义为4W，欧洲定义为500mW)。 可能欧洲限制会上升到2W EIRP；超高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来;电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求;该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义；有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。 主要应用：供应链上的管理和应用，生产线自动化的管理和应用和航空包裹的管理和应用等方面。有源RFID技术（2.45GHz、5.8G） 有源RFID具备低发射功率、通信距离长、传输数据量大,可靠性高和兼容性好等特点，与无源RFID相比，在技术上的优势非常明显。被广泛地应用到公路收费、港口货运管理等应用中。1.2 单片机MSP430MSP430系列单片机是美国德州仪器1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。MSP430 系列是一个 16 位的、具有超低功耗的、精简指令集的混合型单片机，在 1996 年问世，由于它具有丰富的片内外设、极低的功耗和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。1.2.1 MSP430的特点MSP430系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大，主要取决于以下的特点。 强大的处理能力MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令，大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算，还有高效的查表处理指令，有较高的处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 在运算速度方面，MSP430系列单片机能在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT等）。 MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用6us。 超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。 首先，MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8V至3.6V电压。3因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200uA至400uA左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1uA。 其次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的时钟系统分别为，基本时钟系统和锁频环（FLL和FLL+）时钟系统或DCO数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器（32768Hz）,有的使用两个晶体振荡器。由时钟系统产生CPU和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0至LPM4）。在等待方式下，耗电为0.7uA ，在节电方式下，最低可达0.1uA。系统工作稳定。上电复位后，首先由DCOCLK启动CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做 CPU 时钟MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作，如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。 丰富的片上外围模块MSP430 系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A（Timer_A）、定时器B（Timer_B）、串口0 、1（USART0、1）、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Sigma-DeltaAD、直接寻址模块（DMA）、端口O（P0）、端口16（P1P6）、基本定时器（Basic Timer）等的一些外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D转换器；16位定时器（Timer_A和Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PW等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O端口，最多达6*8 条I/O口线；P0、P1、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；12/14位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达 200kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160段；实现两路的12 位D/A转换；硬件IIC串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用直接数据传输（DMA）模块。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。 1.3 标签相比较于接触式的条型码技术，RFID是一种非接触式自动识别技术，其性能好，低功耗，信息容量大，可读写等性能使其在商品流通中更具优势。 条型码系统是一种二进制代码，这种代码以平行的线条和分隔的间隙组成数据，由宽的和窄的线条或间隙组成的序列，可以用数字/字母来解释。通过激光扫描器(光笔)读出，也就是通过在黑色线条和白色间隙上激光的不同反射来读出。虽然它们的物理结构相同，但是和现今使用的条形码还是有一定的区别的。RFID电子标签由标签天线(或线圈)及标签芯片组成，芯片是具有无线收发和存贮功能的单片系统，它存有一定格式的电子数据，可根据需要标识信息。 由条型码到RFID电子标签，也经历了条型码条型码+RFID电子标签RFID电子标签，不断发展、探索和完善的过程。RFID技术配合图书馆信息系统，为创造数字化、自动化的图书馆提供了非常美好的机会，但RFID电子标签目前存在着一些问题亟待解决： 隐私权问题：透明管理，有效降低成本，安全性非常令人关注。RFID电子标签在图书馆中的应用，虽然它还存在一定的问题，相信不久的将来，随着技术不断的完善，图书馆自动化、智能化、数字化程度会有很大的提升，其发展前景是广阔的。1.4 读写器读写器通过天线发送出一定频率的射频信号，当RFID标签进入读写器工作场时，其天线产生感应电流，从而RFID标签获得能量被激活并向读写器发出自身编码等信息；读写器接收到来自标签的载波信号，对接受的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理；计算机系统根据逻辑运算来判断该标签是否符合匹配，根据不同的设定做出各自相应的处理和控制，发出指令信号；RFID标签的数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑，控制逻辑接收到指令完成存储、发送数据以及其他后续操作。读写器本身从电路视线角度来说，可以划分为两大部分，即：射频模块与基带模块。射频模块实现的任务主要有两项，第一项是实现将读写器想要发往射频标签的命令调制到射频信号上，通过发射天线发送出去。发送出去的射频信号经过空间传送到射频标签上，射频标签对照射在其上的射频信号做出响应，形成返回读写器的反射回波信号；射频模块的第二项任务即是实现射频标签反回到读写器的回波信号进行必要的加工处理，并从中解调提取出射频标签回送的数据。基带模块实现的任务也包含两项，第一项是实现对经过射频模块解调标签回送数据信号进行必要的处理，并将处理后的结果送入读写器智能单元。第二项任务是将读写器智能单元发送出的命令加工实现为便于调制到射频信号上的编码调制信号。实现对经过射频模块解调标签回送数据信号进行必要的处理，并将处理后的结果送入读写器智能单元。1.5 PROTEL 99SEPROTEL 99SE是一个比较常用的电路原理图编辑设计软件，在大学期间也是我们使用做多的一个软件了，它是ProklTechnology公司开发的基于Windows环境下的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，仍然是大中专院校电学专业必学课程，同时也是业界人士首选的电路板设计工具。 Protel 99SE 由两大部分组成：电路原理图设计（Advanced Schematic）和多层印刷电路板设计（Advanced PCB）。其中Advanced Schematic由两部分组成：电路图编辑器（Schematic）和元件库编辑器（Schematic Library）。1 射频标签的工作原理和主要性能1.1 射频标签的工作原理当标签进入磁场中，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。 RFID(射频识别)系统由两部分组成：读/写单元和电子收发器。阅读器通过天线发出电磁脉冲，收发器接收这些脉冲并发送已存储的信息到阅读器作为响应。实际上，这就是对存储器的数据进行非接触读、写或删除处理。RFID系统基本上都由电子标签、读写器和数据交换与管理系统三大部分组成。（1）电子标签由片上天线及集成芯片组成,通过电磁波与读写器进行数据交换，具有智能读写和加密通信功能。（2）读写器主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。（3）数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对电子标签进行读写控制等.RFID系统的工作原理其实也很简单：读写器将要发送的信息，通过编码后加载到高频载波信号上再经天线向外发送。进入读写器工作区域的电子标签接收此信号，卡内芯片的有关电路对此信号进行倍压整流、调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过片上天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至信息系统进行处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起电子标签内部电荷泵提升工作电压，提供电压擦写E2PROM。如果经判断其对应密码和权限不符，那么则返回出错信息。1.2 射频标签的主要特点射频标签的主要特点可以概括为四个方面：1.RFID无需像条码标签那样瞄准读取，只要被置于读取设备形成的电磁场内就可以准确读到，更加适合与自动化设备配合使用。并且减少人工采集的而带来的人力资源。2.RFID每秒钟可进行上千次的读取，能同时处理许多标签，高效且高度准。3.RFID标签上的数据可反复修改，既可以用来传递一些关键数据，也使得RFID标签能够进行循环重复使用，以此节约所需成本。4.RFID的识读不依赖目视可见为前提，因而可以在那些条码技术无法适应的恶劣环境下使用。2 MSP430结构MSP430 系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大，主要取决于它的特点。根据RFID性能要求和MSP430系列各种型号单片机的特点，我采用MSP430F5529单片机作为本系统控制的核心单片机。单片机MSP430的选择：MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段。1.在运算速度方面，MSP430系列单片机能在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。（运算速度快）2. 丰富的片上外围模块。MSP430 系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A（Timer_A）、定时器B（Timer_B）、串口0 、1（USART0、1）、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Sigma-DeltaAD、直接寻址模块（DMA）、端口O（P0）、端口16（P1P6）、基本定时器（Basic Timer）等的一些外围模块的不同组合。（拥有丰富的功能模块，大量的I/O口）3. 在射频标签没有任务处理时，可以使它进入超低功耗模式，所以低功耗成为了我们考虑的主要目标之一。4. 我们采用的MSP430f5529是MSP430家族中比较低端的一款芯片，价格不高，能够有效控制电子标签的造价成本。MSP430F5529有如下几个特点：（1）128KB FLASH存储器；（2）8+2KB SRAM；（3）片内集成14ext/2int高精度ADC；（4）大量的I/O端口；（5）Timer _A、Timer _B两个多功能定时器MSP430F5529的功能框图如3-1所示：图3-1MSP430F5529的功能框图单片机的管脚图如图3-2下所示：图3-2 单片机的管脚图4 RFID电子标签检测系统硬件部分的总体设计4.1 设计思路根据RFID电子标签的工作原理，整个检测系统需要电子标签、读写器和数据交换与管理系统三大部分。标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。可以用图4-1-1来表示。标签读写器数据交换与管理器发送 接收 图4-1-1工作框图4.2 系统硬件总体设计视频标签检测系统的硬件部分主要由电源、LCD、串口、按键、日历、NANDFLASH、Rf射频、以太网以及单片机MSP430构成，可以用框图表示如图4-2-1图4-2-1 系统模块框图1.电源模块：为系统供电。2.LCD模块：液晶显示器用来显示操作界面和采集的数据结果。3.串口模块：初步设计两个串口。一个与LCD液晶显示器相连，让LCD显示串口发送的数据。另一个有需要时可以与电脑相连，通过电脑对系统进行操作。4.按键模块：初步设计4个按键。由于按键数量少，因此采用按键与MSP430的I/O口一一对应的方法进行连接。分别是上、下、开始和结束4个按键。5.日历模块：提供给系统稳定可靠的时钟，使得用户定制的与时间相关的功能能够及时实施，此外在内部运行中，可以记住数据发送接收时间，加以区分（历史记录）。在射频标签没有任务处理时，可以显示为当前的时间。6.NAND Flash模块：由于RFID射频识别系统需要对数据进行反复修改，所以选用Flash闪存。Flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。在大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。相比较NOR与NAND而言，NAND器件执行擦除 操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前，先要将目标块内所有的位都写为1。并且NAND Flash具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储。所以我们选择NAND Flash内存作为本次设计的存储模块。7.RF芯片模块：可以对标签卡进行识别扫描功能。TRF7960驱动，价格不高，在RF领域应用广泛，能够有效控制电子标签的造价成本。8.以太网模块：将系统连入Internet。有了这个模块可以实现数据在网络的中的专递与互换。比如城市一卡通系统。4.3 电源模块电源模块选择LM2576芯片，LM2576具有如下特点：（1）3.3 V,5 V,12v、15V和可调节输出的电压型号（2）可调节输出型号输出电压范围在线性和负载条件下1.2337v(HV型号57V)最大±4%（3）热关断及电流限制保护（4）保证3.0A输出电流（5）输入电压范围广，40V到HV型号的60V（6）只需要4个外部器件支持（7）52kHz固定频率内部振荡器（8） TTL关断能力、低功耗待机模式（9）高效率（10）使用现成可用的标准电感LM2576的效率比流行的三段性稳压器要高的多，是理想的替代。输出开关包括逐周限流，以及在故障状态下提供完全保护的热关断功能。LM2576的电路图如图4-3-1：图4-3-1 电源模块原理图REG1117-3.3普通的稳压管设计，它的输出电流比较小不能为电路提供大电流，主要起到一个稳压的作用，稳压出来的电压是3.3V，LM2576提供的电压为5V，IN5819是快速恢复二极管，在电路中起到一定的保护作用，LED指示灯通电时就会亮。4.4 LCD模块液晶显示需要用LCD将信息显示出来,其工作原理就是利用液晶的物理特性：通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过，说简单点就是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。与CRT显示器相比，LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原精确、字符显示锐利等。这个模块主要是程序通过串口芯片过去，LCD是通过串口通信，先是单片机发程序给串口，在由串口控制LCD,相当于串口芯片是一个中转站。如图4-4-1，图中RXD口是用来接收数据的，TXD口是用来发送数据的，DTR口是数据终端就续。图4-4-1 LCD模块原理图4.5 串口模块在这个系统中，选择使用SPI接口方式进行连接，SPI(Serial Peripheral Interface-串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输,在主器件的移位脉冲下,数据按位传输,高位在前,低位在后,为全双工通信,数据传输速度可达到几Mbps。串口模块我选用的是max3232芯片，即使工作在高数据速率下，max3232仍然能保持RS-232标准要求的正负5.0V最小发送器输出电压。 max3232在最差工作条件下能够保证120kbps的数据速率。通常情况下，能够工作于235kbps数据速率max4343主要用于串口通信，支持R232协议。如图在图4-5-1中DB9中只用到2、3、5引脚，2引脚是接收数据（从终端到计算机）、3引脚是发送数据（从计算机到终端）、5引脚是信号地线、LED7闪烁表示发送数据传输、LED8闪烁表示接收数据传输。如图4-5