MSP430F413单片机和MFRC522射频芯片的低功耗非接触式射频读写器设计

2022-01-13 15:34分类：电子技术阅读：

　针对必须充电电池供电系统的携带式系统软件，输出功率难题变成电路原理考虑到的关键要素之一。集成ic电源电路的功能损耗关键来源于电源开关的动态性功能损耗和走电的静态数据功能损耗。动态性功能损耗主要是电容器的蓄电池充电(包含互联网电容器和键入负荷)及其P/N MOS与此同时开启产生的一瞬间短路容量。静态数据功能损耗主要是蔓延区与衬底产生二极管的反偏电流量和关闭晶体三极管中根据栅氧的电流量。工作中时钟频率及手机软件计算机算法有缺陷，会减少系统软件工作效能、增加上班时间，也会立即提升系统软件动能的耗费。文中将实际论述设计构思在根据MSP430和MFRC522的写卡器上的运用与完成。
控制模块电路原理
系统软件采用MSP430F413单片机设计和MFRC522射频芯片。为简单化体系结构，本系统软件仅由低压警报模块、MCU模块、频射收取和发送模块、无线天线、红外线发送接受及其外场数据信号构成。
本系统软件采用的是SPI接口方法，其联接图如图所示1所显示。

图1 MCU与频射插口及免费下载插口图
MSP430采用JTAG插口免费下载模拟仿真程序流程。为了更好地进一步降低功能损耗，在系统软件处在休眠状态时可根据命令关掉SPI接口和MCU中没用的端口号。
频射卡读写器选用电感器藕合式无线天线，关键用以造成磁通量，而磁通量用以向感应卡给予开关电源并在读写器与感应卡中间传送信息内容。当一个RFID系统软件一切正常工作中时所需的磁通量B一定时，安培匝数NI由环状无线天线的周长a及其标识和写卡器无线天线的间距x来一同决策。其表达式为：

电感器藕合式无线天线的矩阵的特征值关键有品质因素(Q)和串联谐振。一般而言，Q一方面考量动能的传送高效率，另一方面也考量頻率的可选择性。针对串联谐振控制回路，Q能够界定为：
Q=2πfRC=R/(2πfL)(f在本系统软件中为13.56MHz) (2)
式中：f为串联谐振；R为负载电阻；L为控制回路电感器；C为控制回路电容器。Q值越高，无线天线的輸出动能越高，殊不知太高的Q会影响写卡器的带通特点，进而没法遵循协议书规范。一般来说，Q=20时，全部系统软件的带通特点与网络带宽都比较好。RFID系统软件中的品质因素一般在10~30内选值，较大不必超出60。
MFRC522从TX1和TX2脚位发送的数据信号是已调配的13.56MHz载波通信数据信号，加上好几个无源器件完成配对和过滤作用，以立即推动无线天线。其配对电源电路和数据信号接受电源电路如图所示2所显示。

图2 无线天线配对电源电路
红外线发送接受电源电路一部分的设计方案目地是为了更好地节约开关电源支出，当系统软件处在休眠状态时终止发送电磁波，可另加一个红外线对管来检验是不是有卡进到无线天线范畴。当红外接收管接受到外部有卡时马上进到终断，跳出来休眠状态，对外开放发送电磁波，并开展有关的实际操作。这类根据命令中断开启红外线发射管检验是不是有卡再进到终断唤起CPU 和开启无线天线的方式减少了无线天线和红外线管的电流量耗费，进而节约了功能损耗。
软件开发
CPU的运作時间系统对的功能损耗危害非常大，因此应尽量减少其上班时间，使系统软件长时间处在休眠状态或功耗低方式。当系统软件通电进行复位实际操作后马上进到休眠状态，仅有当红外接收管接受到数据信号时造成终断才开启无线天线进到工作模式。在其中断系统服务以下：
#pragma vector=PORT2 _VECTOR._interrupt void Port_2(void)
{ LPM3_EXIT; //撤出休眠状态
PcdAntennaOn(); //打开无线天线
PcdReset(); //RC522校准
P1OUT = 0xFF; //开启SPI接口
station=1; //转到工作模式
P2OUT|=BIT6;//LED亮
P2IFG&= ~(BIT7);//消除标识}
图3是程序执行的流程表。

图3：程序执行步骤
MSP430有五种功耗低方式，本系统软件选用的是LPM_3，这时DC产生器的DC电流量被关掉，仅有晶振电路主题活动。用晶振电路重装系统主数字时钟和计时器数字时钟源，对红外接收管脚终断也就能界定，使红外线发射管每过0.24s发送一个0.03ms的单脉冲，中断地检验在无线天线范畴内是不是有卡，有卡时红外接收管造成终断进到终断系统服务。那样让I/O口间歇性运作既不危害一切正常读卡器也可以节约电磁能。
尽量避免CPU的算法复杂度，将一些计算的結果事先算好，放到Flash里，用查询表的方法替代即时测算，必须计算时最好是应用分数运算，尽量减少浮点型计算。界定自变量时，尽可能应用字符型自变量。降低CPU的算法复杂度能够合理减少CPU的功能损耗。
汇总
文中运用MSP430单片机设计的终断、按时、计算等作用，凭借手机软件优点，及MFRC522的低压，小容积等特性，使读写器读卡器间距为0~60mm，休眠状态的电流量<10μA，工作模式时电流量约为150mA，增加了充电电池的使用寿命，提升了系统软件靠谱运作的時间。