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中北大学2016届毕业设计说明书

信号的UART， 只需外接几只电容就可实现USB 信号与RS232 信号的转换，能够方便嵌入到各种设备[15]；PL2303模块是一个双向串行异步通信串口，它既可以把从计算机接收到的USB数据转换成标准的串行RS232数据流格式发送给单片机，也可以把单片机的二进制数据加工成USB数据传送给计算机。这个转换过程是有芯片自动进行，开发者不用再作程序设计。

PL2303 的高兼容驱动可在大多操作系统上模拟成传统COM 端口,并允许基于COM 端口应用可方便地转换成USB接口应用，通讯波特率高达6 Mb/s[16]。该模块完全兼容USB2.0通信协议，常用的3.3V和5V输入电压，支持串行RS232数据流格式，可编程常用的波特率，如4800b/s、9600b/s和19200b/s等。支持目前的WindowsXP,Windows7，Windows8，Windows10等操作系统。

该模块DM、MP管脚连接着USB的D-、D+端口，它们之间分别连接着一个27R的限流电阻，模块上的USB接口是用来连接计算机上的USB接口的，整个5V电源电压是通过这个USB接口提供给整个系统的，在USB的VCC电源端连接着一个电容和一个电解电容，起到抗干扰的作用，芯片上的TXD与单片机的RXD管脚连接，芯片上的RXD与单片机的TXD管脚连接，整个芯片的工作始终由一个12MHz的晶振提供。

图5.4 PL2303电路

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5.5 MF RC522电路

图5.5 MF RC电路

MF RC522是使用SPI接口与微控制器通信，在3.3.2小节中说明了SPI接口所用到的管脚，用不到的管脚直接悬空。 5.6 3.3V电源电路

图5.6 3.3V电源电路

3.3V电源转换使用了AMS1117稳压器，输入输出端接上电容，起到滤出杂波的作用。可以将5V的VCC降压到3.3V，3.3V电压供RC522和PL2303作电源使用。 5.7 天线模块

电感藕合式射频天线用于产生磁通量，而磁通量用于向非接触式IC卡提供电源并在读卡器与非接触式Ic卡之间传输信息[16]。一个天线电路有两种匹配方式，直接匹配和50Ω匹配方式，我这采用直接匹配的方式设计天线，这种方式电路简

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单，且完全满足与非接触式IC卡的通信。

图5.7 天线模块电路

天线模块包含低通滤波电路、接收电路、天线匹配电路和天线共四个部分：

1低通滤波电路：射频系统是在13.56MHz频率下工作，此频率同时用作驱动○

天线的载波基频，在Tx1和Tx2输出端加上LC低通滤波器来滤掉高次谐波。

2接收电路：Rx为信号接收端，Vmid为Rx提供输入电势。Rx和Vmid之间连○

接了分压电阻R11和R12。

3天线匹配电路：○如图，由C20和C25、C21||C22、C23||C24组成(||为并联)，

经过天线的调谐过程可以逐渐得出电容的最优值。

4天线：直接匹配的天线是低电阻的器件，RC522又是低功耗芯片，所以得满○

足一定的耦合系数k，k值最小为0.3，k被定义为读卡器天线线圈与卡线圈之间的距离和两个线圈大小的一个几何参数。可以设计为圆形或者方形天线，天线的直径必须介于0.5～1.5mm之间。 5.7.1 滤波和接收电路参数的设计

根据Philips天线设计应用指南中，Tx1和Tx2与地之间的结构、元件参数是对称相等的，低通滤波电路和接收电路的元件参数是确定的，L1=L2=2.2 UH,C18=C19=47PF,R11=820Ω，R12=5.1kΩ,C17=0.1UF。 5.7.2 天线线圈电路参数的设计

在我的设计中，选择设计方形的天线，线圈匝数为4，天线的直径为0.8mm。最里面的一圈中，线圈长36.0mm，宽33mm；最外圈中，长为42.5mm，宽为39.5mm；每条线圈之间的间隔约为0.1-0.2mm。

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图5.8 天线线圈PCB图

天线线圈本身就可用电感Lant、损耗电阻Rant和并联的损耗电容Cant组成。在计算品质因子和天线调谐时损耗电容Cant可以忽略。线圈的等效电路为：

图5.9 天线等效电路

l)?（1）估算天线线圈的电感公式为：L?2?l?[ln(dk]?N1.8 （式5.1）

其中，L为线圈电感，单位nH。

l为一圈导线的长度，单位cm。取平均值，l=42.5+39.5+36+33=151mm=15.1cm。 d为PCB上导线的宽度。 k=1.47（方形线圈）。 N为线圈匝数。

经计算，Lant≈1380.718nH

（2）线圈的损耗阻抗Rant用阻抗分析仪精确测量，该值越小越好。经查阅资料得，标准天线的Rant范围为0.3-0.5Ω之间，我这里取Rant=0.3Ω。

Q?（3）品质因子的计算公式：

其中，f=13.56MHz。

2?f?LantRant （式5.2）

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经计算得，Q=39。

因为元件的容差和对温度的依靠，Q因子最好取35，我计算的Q值为39，两值比较接近。所以，本次设计的天线可以使用。 5.7.3 天线匹配电路参数的设计

在设计直接匹配天线的匹配电路时，电容值由天线本身和环境影响来决定，经过天线的调谐过程可以逐渐得出电容的最优值。调谐过程分为两个部分：其一就是在能量传递中得到最优的工作距离；其二，计算品质因子保障数据正确传输。

已知Lant≈1380.718nH,调谐过程以下表的电容值作为起始值，将直接匹配的天线调谐出最优的状况。

表5.1 天线匹配电路的起始值

经调谐，C20=C25=15PF,C21=C23=180PF,C22=C24=10PF，可使天线处于最优状态。

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