摘要：文中以ST公司的超低功耗單片機STMS8L152C6T6為主控晶片，控制恩智浦公司的高集成度讀寫器晶片MFRC1522，設計實現了遵循ISO／IEC14443AA協議的讀寫器模塊，該模塊提供了用戶二次開發功能。可方便地集成到用戶應用系統中。同時讀寫摸塊還具有在線編程特性，因此可以很方便地供用戶使用讀寫摸塊繼續開發RFID卡應用產品。
關鍵詞：STM8L；低功耗；RFID；MFRC522
射頻識別作為一種非接觸式的自動識別技術，已從物聯網應用領域擴展至工業監控領域。針對這一需求研究射頻識別技術、開發相應產品已成了相關科技人員的重點研究方向之一 。本文介紹的基於ISO14443 TypeA標準的低功耗RFID讀寫器正是基於上述需求研發的。
1 低功耗STM8L控制晶片
在互補金屬氧化物半導體(CMOS)數字邏輯電路中，功耗取決於靜態功耗和動態功耗兩個因素之和。靜態功耗主要由電晶體的偏置電流和漏電流產生；動態功耗則取決於電源電壓和工作時鐘頻率當CMOS邏輯電路以一定時鐘頻率運行時，靜態功耗與動態功耗相比是可以忽略的。但在低功耗模式下、時鐘不再運行時，靜態功耗則是主要的功耗源。因此，功耗主要取決於微控制器單元(MCU)的晶片面積、MCU電源電壓、時鐘頻率、激活的外設數目或使用的MCU功能數目、工作模式等。
依據上述因素來分析STFM8L如何降低功耗。
MCU電源電壓。STM8L工作電壓為1．8～3．6 V，其晶片中嵌入了2個穩壓器，主穩壓器(MVR)和低功耗穩壓器(LPVR)，在不同的功能模式對內部數字電路提供1．65 V以上電壓。
時鐘頻率。在運行模式下，可選擇STM8L內部兩種時鐘源(16 MHz內部高速RC振蕩器(HSI)和128 kHz的內部低速RC振蕩器(LSI))，且不影響外設時鐘情況下，降低CPU的時鐘頻率。(CPU時鐘分頻數為1到128)
減少外設時鐘配置。STM8L通過設置外設門控時鐘(PCG)來減少未使用的外沒時鐘來降低功耗。
工作模式。STM8L晶片具有4種主要的低功耗模式。有低功耗運行模式(CPU運行模式下功耗為5．4μA)、低功耗等待模式(CPU停止，外設保持工作，功耗為3．3μA)、活躍暫停模式(CPU停止，自動喚醒模式打開，功耗為1．0μA)、暫停模式(所有時鐘關閉，自動喚醒模式關閉，功耗為0．4μA)。
因此，STM8L在多種低功耗模式下低於MSP430、HCS08和Microchip的nanoWattXLP，在現有的RFTD讀寫器MCU選型下為超低功耗晶片之一。
2 硬體組成
讀寫器如圖1所示，包括MCU、讀卡器晶片、天線及其濾波匹配電路、RS232接口、RS485接口、LCD顯示、蜂鳴器、工作指示燈等基本模塊。在該結構中MCU通過SPI方式與MFRC522連接，供電電壓均為3．3 V，所以不需要外圍的電壓轉換電路，外接一個天線及簡單的濾波匹配電路，即可實現與卡片的通信。同時，通信接口加入了可用於工業現場設備通信或與其它設備通信的RS485接口。
MCU選用ST公司的超低功耗單片機STM8L152C6T6，該單片機是一款8位微控制器，高達16MIPS的CPU性能和1．8～3．6 V的電壓範圍，有助於現有的8位系統向電壓更低的電源過渡。存儲器包括2 kB的內部SRAM、多達32 kB的Flash和1 kB的EERPOM。晶片內部包含12位ADC／DAC轉換器，最多有25條通道，轉換時間小於3 ms；先進的16位控制定時器，其它外設包括一個I2C接口、一個USART接口和一個SPI接口。其性能優於51系列，性價比高十TI公司的16位晶片MSP430。
讀寫器晶片採用Philips公司推出的MFRC522，該晶片是一款針對智能儀表領域的符合ISO14443A協議的射頻卡操作晶片，採用統一的3．3 V供電，內置13．56 MHz無源天線驅動，且具有多種串行接口 (I2C、SPI、UART)。相比較MFRC500、MFRC531及CLRC632等一系列典型產品，MFRC522具有低電壓、低功耗、低成本、體積小、與主控器件通訊方便的特點。
控制端的主控晶片STM8L通過對MFRC522寄存器操作來控制晶片，晶片收到STM8L發來的命令後，通過天線按照ISO14443A協議格式向附近發出13．56 MHz頻率的調製信號與卡片通訊。
2．1 MFRC522與MCU接口
控制端擴展口為擴展板提供3．3 V電源以及由主控晶片STM8L引出的GPIO口，所以設計時MFRC522使用SPI總線與STM8L的GPIO模擬SPI總線相連。硬體電路如圖2所示(STM8L與MFRC522的連接電路圖)
通信中的時鐘信號由MCU產生，MFRC522晶片設置為從機模式，接收來自MCU的數據以設置奇存器，並負責射頻接口通信中相關數據的收發。當選擇SPI模式時，需IIC引腳為低電平，EA引腳為高電平，相應的SDA和D7、D6、D5分別用作MFSDA、MFMISO、MFMOSI、MFSCK。