TOP1 基于NFC技術控制的電子錢包電路設計

　　NFC具有雙向連接和識別的特點，工作于13.56MHz頻率范圍，作用距離接近10厘米。NFC技術在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推動標準化，同時也兼容應用廣泛的ISO 14443 Type-A、B以及Felica標準非接觸式智能卡。PN544符合歐洲電信標準協會（ETSI）制定的最新NFC規范，能夠為手機制造商和電信營運商提供完全兼容的平臺，用以推出下一代NFC設備和服務：PN544完全兼容現已發布的所有通過單線協議（SWP） 連接SIM卡和主機控制器接口（HCI）的NFC規范。

　　NFC射頻電路是由EMC濾波電路、匹配電路、接收電路、天線等四部分組成。由于該系統是以13.56MHz的操作頻率為基礎。該頻率由石英晶振產生。與此同時還會產生高階諧波。為了符合內部電磁兼容性規則，13.56MHz的三次、五次及五次以上的高階諧波必須適當的抑止。所以該EMC電路配置為一LC低通濾波器，用來濾除高次諧波。

　　天線匹配電路設計

　　由于天線線圈本身是一個低阻抗的設備，為了能夠把NFC IC 送出的能量以最大化的傳遞給天線 ，所以在天線與NFC IC間須加一匹配電路。消除因不匹配而造成的信號反射形成的能量損失。接收電路由R127，C118，R128，C119組成，芯片內部產生的Vmid電位作為RX管腳的輸入電位，為減少擾動，需用電容將Vmid接地。Vmid的偏置電壓可以增加Rx腳的電壓驅動。圖2 所示的為NFC 射頻接收電路。

　　圖2 NFC射頻部分電路

　　本文的NXP實用的NFC電子錢包解決方案，以13.56MHz的操作頻率為基礎，以手機為交易平臺 ，由NXP PN544 NFC控制器 （PN65O內置了安全模塊）和安全模塊兩大部分實現移動支付及數據交換功能，為電子支付提供便捷、安全、超凡體驗。

　　基于NFC通用讀卡器電路設計

　　在當前的許多RFID應用中，設備制造商不一定能決定客戶采用什么收發器，特別是收發器芯片。因此，為了最大程度地提高自己在某個特定項目中中標的機會，設備制造商必須提供這樣的讀卡器，要么它能支持市場上盡可能多的收發器芯片，要么它本身至少是比較容易定制的。了要求其能支持一系列協議、標準和收發器外，客戶對讀卡器可能還有其它功能性方面的要求，如高性能、防沖突、遠/近感應距離、移動性及功耗。但在單個讀卡器中很難同時滿足如此之多的要求。為了滿足所有這些要求，制造商可能需要提供一系列可滿足不同要求的讀卡器。

　　EM4094是一個集成的收發器芯片，它可用于構建RFID讀卡器的模擬前端模塊。該芯片的數據傳輸及接收鏈路允許傳送和解碼任何通信協議，因此EM4094支持所有EM公司的13.56MHz收發器芯片、ISO15693、ISO14443 A&B、以及Sony Felica協議。通過適當設定，EM4094甚至還可以與NFC設備通訊。本文將通過一系列的步驟說明一個硬件工程師應該怎樣集成和利用EM4094 RFID讀卡器電路。

　　圖1：典型的應用電路配置。

　　天線驅動器輸出電路設計

　　ANT1 和ANT2為天線驅動器的兩個輸出端，它們可同相或反相驅動，這使得有可能用不同的方式連接讀卡器天線，以及依據所選擇結構的不同產生四個不同功率等級的天線。EM4094還可與一個遠端天線一起使用，此時EM4094的輸出阻抗（見圖3）必須與通信線路阻抗相匹配。

　　圖3：阻抗匹配電路。

　　若采用同軸電纜，那么在只使用一個天線驅動器的情況下，EM4094的輸出阻抗將必須在10歐姆（ANT1可選）和50歐姆之間進行調整；當兩個天線并聯使用時，EM4094的輸出阻抗將必須在5歐姆（ANT1可遷）到50歐姆之間進行調整。為了實現一個良好的阻抗匹配，開發人員可借助Smith圖表選擇使用一個LC PI網絡和選擇合適的元件參數值。

　　如果讀卡器天線能夠與EM4094集成在同一塊PCB板上，那么你可使用直接天線相連方法（見圖2）。在這種情況下，天線和串聯電容形成LC串聯回路。這一回路的諧振頻率為讀卡器的頻率。串聯電阻用于抑制品質因數并將天線的電流設定在 EM4094的額定值以下。當天線工作在其諧振頻率時，直接連接天線可獲得較高的功率。有關IC天線的不同連接方式可參見EM4094應用指南。

　　圖2：直接天線連接。

　　收發器信號接收

　　RFIN1 和RFIN2是該IC接收鏈上的兩個輸入引腳，它們被EM4094用來解調收發器送過來的數據流，其引腳 上的電壓必須設定在GND和VDD之間，這兩個解調輸入必須具有相同的性能和呈現出相同的靈敏度。配合一個外部匹配阻抗電路，這兩個輸入端可用于解調輸入的相位或幅度調制信號。未使用的輸入腳應當通過一個10nF的電容接至模擬地。輸入引腳的高靈敏度使得讀卡器即便在電子標簽的最小電源級別上仍能有較遠的讀取距離。

　　TOP2 采用PN512的NFC驅動電路設計

　　NFC技術原理：支持NFC的設備可以在卡操作或讀寫器模式下交換數據。在讀寫器模式下，啟動NFC通信的設備，也稱為NFC發起設備（主設備），在整個通信過程中提供射頻場（RF-field）。它可以選擇106kbps、 212kbps或 424kbps其中一種傳輸速度，將數據發送到另一臺設備。另一臺設備稱為NFC目標設備（從設備），不必產生射頻場，而使用負載調制（load modulation）技術，即可以相同的速度將數據傳回發起設備。此通信機制與基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接觸式智能卡兼容，因此，NFC發起設備在讀寫器模式下，可以用相同的連接和初始化過程檢測非接觸式智能卡或NFC目標設備，并與之建立聯系。

　　基于NFC的無線通信系統電路設計

　　在很多場合有線通信技術并不能滿足實際需要， 比如在野外惡劣環境中作業。使用無線射頻通信芯片構建的通信模塊， 用單片機作為控制部件， 配合一定的外圍電路就能很好地進行兩地空間區域信號對接， 實現自由數據通信， 解決了無線通信的技術難題。并且其具有硬件構造簡單、維護方便、通信速率高、性能穩定等優點， 能在電子通信業得到廣泛應用。本文的控制部件選用AT 89C51 型單片機。由于這種芯片只有SPI 通信接口， 而目前常用的單片機都沒有這種接口， 因此需要對該芯片的通信時序進行模擬，所以在控制器里編程時要嚴格按照芯片工作時序進行。

　　NRF24L01 芯片構成的通信模塊電路設計

　　NRF24L01 芯片通信模塊電路核心器件NRF24L01 配合網絡晶振、解耦電容、偏極電阻一起工作構造穩定射頻通信模塊。該芯片是貼片結構， 模塊占用空間少， 如圖2 所示。

　　圖2由NRF24L01 芯片構成的通信模塊電路圖。

　　系統通信電路設計

　　系統通信電路如圖所示。本電路中應用單片機AT89C51作為控制芯片， 對NRF24L01 主通信模塊的接口時序模擬和對數據的發送與接收進行處理。

　　圖3電源電路圖。

　　圖4系統通信電路圖。

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　　TOP3? PC 機通訊電路設計

　　如果單片機通信電路與單片機通信電路通信， 則兩個硬件電路和圖4 相同， 只是在軟件設計時需在每個通信端設定不同的通信地址， 以辨認每個通信端口。若是單片機通信電路與PC 機或者具有COM 口的設備電路通信， 則需要一個轉接電路， 其硬件電路如圖5 所示。

　　圖5 SPI 接口與MAX232 通信硬件電路圖。

　　在圖5 所示的電路中， 單片機左側是一塊MAX232芯片， 其作用是將PC 機中的232 電平與單片機的T TL 電平匹配。最左側是9 芯母接頭， 在使用時可接在計算機COM 口上與計算機通信。單片機右側接一塊射頻通信模塊。由于此塊單片機同樣沒有SPI 接口， 所以需要用普通接口軟件模擬SPI 接口， 其編程要嚴格按SPI 端口的通信邏輯時序。

　　無電池近場通信鍵盤電路設計

　　此解決方案使用近場通信 （NFC） 技術實現了無電池鍵盤。核心部分是可以由主機微控制器讀寫的 TI 動態 NFC 標簽。支持 NFC 的手機可以快速發現并識別該鍵盤，然后在鍵盤和應用程序之間建立連接。此設計是無電池系統（即，無需電池即可工作），客戶可以利用該系統構建具有優化尺寸的產品（例如薄鍵盤）以及重量更輕的產品（例如易于攜帶）。

　　NFC產品在智能電視中的應用電路設計

　　NFC近場通信（Near Field Communication）是一種短距離的高頻無線通信技術，允許電子設備之間進行非接觸點對點數據傳輸（在十厘米內）交換數據。這個技術由射頻識別技術（RFID）演變而來，且向下兼容RFID.通過在智能電視應用NFC技術，便于智能手機等設備和電視機實現快速配對，分享內容。也可以實現帶NFC功能遙控器與NFC電視的輕松配對，鏡像模式在幾秒內就能激活，并開始向大屏幕或家庭影院上傳輸流媒體內容。其實NFC技術也用在藍牙的配對，手機支付，信息直接的交互與保存等應用。

　　TRF7970A模塊硬件電路設計

　　TRF7970A是一款13.56MHz RFID高集成度的射頻前端芯片，完全支持NFC的協議標準，通過對該芯片的ISO Control寄存器進行配置，可以設置成為不同模式的工作狀態；TRF7970A支持SPI和并口兩種通訊接口模式，寬電壓（2.7V~5.5V）供電，內部集成了LDO，支持5種電源管理模式，在5V供電的情況下輸出功率可達200mW。接收回路有兩路（RX1和RX2 ），相位相差90度，保證接收的穩定和可靠性，其基本的硬件電路如下圖所示：

　　TRF7970A天線匹配電路構建

　　TRF7970A天線是一款50歐姆的阻抗匹配天線，其基本的匹配電路如下所示：

　　由于天線的材質和尺寸大小不一樣，每一款生產出來的TRF7970A天線匹配電路天線都要做完整的天線匹配，根據設計的系統Q值，天線的電感值來對射頻前端的參數進行完整的匹配。

　　TOP4? RF430CL330H 模塊硬件電路設計

　　RF430CL330H是一款滿足NFC Type 4的動態標簽，支持ISO/IEC14443 Type B，支持SPI和I2C接口，有RF喚醒功能的一款動態標簽；其基本的硬件電路如下：

　　從該原理圖可以看出，外面很少的外圍器件就可以集成到別的芯片外圍電路上去，以實現快速的NFC功能。在該遙控器項目中，RF430CL330H及外圍電路集成到遙控器的電路上，只是把線圈拿出來作為一個獨立的模塊，這樣便于讀寫操作。

　　隨著NFC近場通信功能的不斷普及，以其傳輸速率快，安全性高等特點，在不同的領域都有著廣泛的應用。尤其在授權，支付，藍牙以及WIFI配對方面有著突出的優勢，將NFC的應用引入智能電視，使得信息分享，通信連接更加方便快捷，將能夠極大提升用戶體驗。能增加用戶體驗的同時，NFC近距離通信還有哪些性能需要進一步完善呢？在未來發展前景又怎樣？有太多的問題等待我們去思考，就此歡迎各位電子愛好者踴躍發表高見。

　　采用NFC技術的無線遙控器系統電路設計

　　EEPROM與顯示器電路設計

　　根據存儲數據量的大小，本實例選擇的EEPROM為AT24C02，串行EEPROM是基于I2C總線的存儲器件，遵循二線制協議，由于其具有接口方便，體積小，數據掉電不丟失等特點，在儀器儀表及工業自動化控制中得到大量的應用。SCL為串行時鐘輸入管腳，用于產生器件所有數據發送或接收的時鐘。 SDA為雙向串行數據/地址管腳，用于器件所有數據的發送或接收。A0、A1、A2為器件地址輸入端，用于多個器件級聯時設置器件地址。當這些腳懸空時默認值為0，當使用AT24C02時最大可級聯8個器件，如果只有一個AT24C02被總線尋址，這三個地址輸入腳A0、A1、A2可懸空或連接到GND。 WP為寫保護，如果WP管腳連接到VCC，則所有的內容都被寫保護，只能讀。當WP管腳連接到GND或懸空時允許對器件進行正常的讀/寫操作。

　　遙控器具有溫度顯示功能，本系統選擇了SMS0301C3標準段型液晶顯示模塊（LCM），為段型液晶顯示器（LCD），可顯示3位數字及6段提示符及2個小數點，微功耗，可與單片機采用三線式串口連接，廣泛應用于手持式儀器儀表。SMS0301C3結構如圖6所示：

　　電路原理圖

　　本系統遙控電路原理圖如圖所示，主控制板電路原理圖如圖8所示，無線發射數據十位與設定溫度對應如所示，無線發射數據個位與設定溫度所示：

　　PT2262的供電電源VC由單片機提供，單片機輸出引腳D0～D5輸出的高電平經過二極管1N4148為PT2262供電。當沒有無線發射信號時，D0～D5為低電平，VC也為低電平，PT2262不工作;當有無線發射信號時，D0～D5會產生高電平，D0～D5之中任何一個產生高電平都會使 VC變為高電平，PT2262才會工作。D0～D5為無線發射數據位，通過單片機引腳輸出給PT2262，然后通過無線模塊發射出去。

　　LEDJIA為按鍵“JIA”指示燈，當按鍵“JIA”按下則LEDJIA閃爍一次;LEDJIAN為按鍵“JIAN”指示燈，當按鍵 “JIAN”按下則LEDJIAN閃爍一次;LEDON為按鍵“ON_OFF”指示燈，當按鍵“ON_OFF”按下則LEDON閃爍一次。 PT2272L6通過射頻接收模塊接收無線信號，并把解碼得到的6位數據信號通過P2口低6位送給單片機。然后單片機對此信號進行解碼，計算出設定溫度，然后根據實際溫度與設定溫度的比較，由單片機輸出相應的控制信號，實現恒溫控制功能。

　　TOP5　采用NFC技術的無線通訊系統接口與復位電路模塊設計

　　短距離無線傳輸具有抗干擾性能強、可靠性高、安全性好、受地理條件限制少、安裝靈活等優點，在許多領域有著廣泛的應用前景。低功耗、微型化是用戶對當前無線通信產品尤其是便攜產品的實際需求，短距離無線通信逐漸引起廣泛關注。常見的短距離無線通信有基于802.11的無線局域網WLAN、藍牙 （blueTooth）、HomeRF及歐洲的HiperLAN（高性能無線局域網），但其硬件設計、接口方式、通信協議及軟件堆棧復雜，需專門的開發系統，開發成本高、周期長，最終產品成本也高。因此這些技術在嵌入式系統中并未得到廣泛應用。普通RF產品不存在這些問題，且短距離無線數據傳輸技術成熟，功能簡單、攜帶方便，使其在嵌入式短程無線產品中得到了廣泛應用。

　　單片機的時鐘電路和復位電路：單片機時鐘電路設計中，選擇晶振頻率11.059 2 MHz，約定PC機和單片機的通信速率為9 600 b/s，并選擇相應電容與單片機的時鐘引腳相連構成時鐘回路。在復位電路設計中，采用復位引腳和相應的電容、電阻構成復位電路。單片機與PTR2000接口原理電路如圖所示。

　　單片機與PTR2000接口電路：AT89C52 單片機主要完成數據的采集和處理，向PTR2000模塊發送數據，并接收由PC機通過PTR2000 傳送的數據。和單片機相連的PTR2000模塊主要將單片機的待傳數據調制成射頻信號，再發送到PC機端的PTR2000模塊，同時接收PC機端的 PTR2000模塊傳送的射頻信號，并調制成單片機可識別的TTL信號送至單片機。單片機的RXD和TXD引腳分別和PTR2000的DO和DI引腳連接，實現串行數據傳輸；決定PTR2000模塊工作模式的TXEN、CS、PWR 3個引腳分別和單片機I/O控制口的P2.0~P2.2相連，PTR2000工作時，由單片機中的運行控制程序實時控制其工作模式。

　　該接口電路設計首先需進行電平轉換。PC機的串口支持RS-232標準，而PTR2000模塊支持TTL電平，選擇MAX232器件進行兩者間的電平轉換，接口電路如圖所示。PTR2000模塊進行串行輸入、輸出，引腳DI、DO通過電平轉換器件和PC機串口相連；PTR2000的低功耗控制引腳。 PWR接高電平VCC，即PTR2000固定工作在正常工作狀態；頻道選擇引腳CS接GND低電平，即采用固定通信頻道1，固定工作在433.92 MHz;PC機串口的RTS信號控制TXEN引腳，以決定PTR2000模塊何時為接收和發射狀態。PC機和串口的傳輸速率設定為9 600 b/s，和單片機保持一致。

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　　TOP6 基于單片機的多機無線近距離通信系統電路設計

　　現代通信技術的迅速發展使得許多應用領域都采用無線的通信方式進行數據傳輸。編解碼芯片PT2262、PT2272組成的電路，由于具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，廣泛應用于各類的無線遙控器、無線報警器以及玩具等其他小型電器裝置。但是，這種電路極少用在多個字節數據的通信方面，具有一定的局限性。本文主要介紹利用433 MHz高頻發射模塊和接收模塊來制作多機無線ASCII碼格式的短信通信。該通信方式是在433MHz高頻發射模塊和接收模塊的基礎上自己定義無線傳輸協議，實現任意兩機之間的多個字節數據通信。

　　主機電路的設計

　　由于系統涉及的程序量比較大，所以要求Flash程序存儲器的存儲量不能太小;對發射和接收的短信進行存儲，要用到EEPROM數據存儲器模塊，EEPROM數據存儲器存儲的內容掉電時不會丟失;接收解碼需要脈寬的捕捉和比較功能，要用到捕捉/比較/脈寬調制CCP模塊;發射、接收以及時鐘均要用到獨立的定時器，所要求的定時器的個數不少于3個。基于設計需要，采用Microchip公司的PICl6F877A芯片作為系統的主控制器。該電路主要由主控芯片、晶體振蕩電路和在線仿真接口組成，如圖2所示。設計中使用MCLR、RB6、RB7三個接口作為在線仿真接口。

　　發射和接收電路的設計

　　采用433 MHz高頻發射和接收模塊。433 MHz的高頻發射電路在控制腳為高電平時起振并發射等幅高頻信號，當控制腳為低電平時停止振蕩。因此，可以用控制腳對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調制），相當于調制度為100%的調幅。當接收模塊接收到433 MHz的等幅高頻信號時，信號腳就輸出高電平，否則輸出低電平。所以接收信號腳的高低電平變化會與發射控制腳的高低電平變化相對應。多個接收模塊可以同時接收到同一個發射模塊發射的信號，可以實現一機發送，多機同時接收。圖3所示電路是高頻433 MHz載波的發射和接收模塊。433 MHz的高頻發射電路在控制腳B5為高平時，三級管T1導通，T2射級接地起振并發射等幅高頻433 MHz的信號;當控制腳B5為低電平時，就停止振蕩。因此，可以用控制腳B5對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調制），相當于調制度為100%的調幅。當接收模塊接收到433 MHz的等幅高頻信號時，信號腳就輸出高電平到C2口，若未收到433 MHz的等幅高頻信號則輸出低電平。所以接收信號腳的高低電平變化會與發射控制腳的高低電平變化相對應。例如給B5引腳輸入圖4所示的波形，那么在接收模塊的C2引腳上也將出現同樣的波形。注意，B5和C2的控制信號分別由主控芯片PICl6F877A的RB5和RC2發出。

　　液晶外圍控制電路的設計

　　采用諾基亞3310 LCD顯示模塊。該LCD為84×48點陣的液晶屏，一屏可顯示4×7個（12×12點陣）漢字，或6×14個（6×8點陣）英文、數字、標點符號等字符。該液晶顯示器輕薄短小、低功耗電量，常用于手機顯示。液晶外圍電路如圖5所示。

　　本設計中，諾基亞33lO LCD用3 V的電壓供電。其中，1引腳是電源腳，6引腳接地線，2引腳為SCLK，3引腳為SDIN。4引腳為數據/地址選擇端，分別給4引腳高低電平，可以控制單片機對諾基亞3310 LCD寫數據或者寫命令。5引腳為使能端，低電平有效。8引腳為復位端，低電平有效。11引腳接背光燈電源的正級，12引腳接背光燈電源的控制級。9、 10引腳為諾基亞3310 LCD自帶的喇叭，此喇叭用單片機來控制的聲音效果并不理想，所以改用直流自帶振蕩蜂鳴器。為了避免蜂鳴器和背燈光工作時對液晶電源造成影響，蜂鳴器和背燈光由5 V的電源來供電，與液晶電源分開。

　　TOP7基于NFC技術的無線抄表檢測系統電路設計

　　目前我國主要是依靠人工抄表收費，但存在入戶難、企業管理費用開支高、效率低等諸多問題，已不能適應社會發展要求．智能化網絡自動抄表系統成為必然趨勢。而自動抄表技術的關鍵是改造傳統的電表電量計量，即傳統電表的電量檢測與控制是實現自動抄表的核心。實現方法眾多，如數字電表、基于IC卡電表等，但我國許多用戶還是采用傳統的磁電式電表。因此改造該電表是首要問題。傳統的磁電式電表檢測是利用紅外檢測、光電檢測等方法，然后利用無線或紅外發送方式傳送到計算機或掌上機，以實現自動抄表。這里提出的無線抄表檢測系統是基于掌上無線近距離抄表系統，檢測電能表的轉數，通過串行通訊口傳送數據到掌上抄表器．從而控制斷／送電。

　　光電檢測模塊

　　光電檢測模塊是準確測量用戶電表表盤轉數。常用檢測方法：紅外線對射式和反射式。而采用紅外線對射式方法實現該系統設計較復雜，需將用戶電表的表盤打孔。但采用紅外線反射式方法較簡單。只需在用戶的表盤上做明顯標記。因此該系統檢測選用RPR220型反射式紅外線識別傳感器。在用戶的電表表盤的某處用暗色油漆做標記，采用 RPR220識別無、有標記處，通過電壓比較器比較輸出高低電平信號，當檢測到有標記時，比較器輸出高電平，發光二極管不發光；當檢測到無標記時，比較器輸出低電平，發光二極管發光。圖2為光電檢測部分電路原理。

　　存儲器模塊模塊設計

　　由于該系統檢測模塊需要儲存大量數據，并具有掉電自動保存數據功能，X24C45是按16x16方式組織的SRAM和EEPROM位對位構成的串行 256 位NOVRAM（非易失性SRAM），另外，X24C45具有上電時自動調出，掉電時自動存儲（Autostore）數據的功能，所以這里采用 X24C45實現數據存儲功能。上電后，SRAM和EEPROM的數據互相傳送。對SRAM操作，讀寫次數無任何限制。一旦電源電壓降至4．3 V以下，數據便自動從SRAM保存到EEPROM中。為保證數據能夠可靠存入EEPROM，電源電壓不能下降太快，其典型時間為5 ms，帶有電容的系統中一般都能夠滿足。EEPROM具有1 000 000次的存儲壽命，數據可保存100年以上。

　　X24C45的讀寫操作都是針對SRAM的，因而其讀寫次數無限制。X24C45內部有8位指令寄存器，單片機通過SK和DI進行訪問。在整個數據操作期間，CE必須保持高電平。圖3為X24C45與AT89C51單片機的接口電路。

　　無線掌上抄表系統是以單片機為控制器，以其高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩定可靠的特點應用于該系統。解決了目前傳統抄表中的入戶難、企業管理費用開支高、查表收費人員工作條件差、效率低、勞動強度大等問題。自動抄表系統是我國抄表行業的必然發展趨勢。

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