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1 TM卡簡介 TM（Touch Memory）卡是美國Dallas公司的專利產(chǎn)品。它采用單線協(xié)議通信，通過瞬間碰觸完成數(shù)據(jù)讀寫，既具有非接觸式IC卡的易操作性，又具有接觸式IC卡的廉價(jià)性，是當(dāng)前性價(jià)比最優(yōu)秀的IC卡之一。它的外形類似于一個鈕扣（button）電池，可鑲嵌于卡片、鑰匙扣等物體上。 TM卡通過一個多功能器將數(shù)據(jù)線、地址線、控制線和電源線合并為1根線，實(shí)現(xiàn)單線通信。當(dāng)主機(jī)加電時(shí)，TM卡通過500 kΩ和50 Ω阻抗之間的切換來響應(yīng)主機(jī)，用信號被拉低的時(shí)長（長或短）來表示數(shù)字邏輯（長為1，短為0）。由于阻抗切換的幅度為10 000∶1，因此，觸點(diǎn)的接觸電阻不會影響數(shù)字信號的辨識。 2 1wire通信協(xié)議 單總線即只有1根數(shù)據(jù)線, 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。設(shè)備(主機(jī)或從機(jī))通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線, 以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線, 而讓其他設(shè)備使用總線。單總線通常要求外接一個約為4.7 kΩ 的上拉電阻, 這樣, 當(dāng)總線閑置時(shí), 其狀態(tài)為高電平。主機(jī)和從機(jī)之間的通信可通過3個步驟完成： 初始化1wire 器件；識別1wire 器件；交換數(shù)據(jù)。由于它們是主從結(jié)構(gòu),只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí), 從機(jī)才能應(yīng)答, 因此主機(jī)訪問1wire 器件都必須嚴(yán)格遵循單總線命令序列, 即初始化、ROM 命令、功能命令。如果出現(xiàn)序列混亂,1wire 器件將不響應(yīng)主機(jī)(搜索ROM 命令,報(bào)警搜索命令除外)。 SMC1990A1是具有工廠激光刻度的64位ROM ID碼,其中包括48位的序列號、1個8位的CRC編碼和1個8位的產(chǎn)品系列號。數(shù)據(jù)遵循單總線協(xié)議傳輸，用于讀和寫的電源由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要提供外部電源。 3 SMC1990A1的等效替換 單總線技術(shù)具有節(jié)省I/O口線資源，線路簡單，硬件開支少，成本低，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。在分布式測控系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用過程中，可能會出現(xiàn)TM卡丟失和損壞的情況，如果發(fā)生此類情況，往往需要根據(jù)一個新TM卡來設(shè)置多個采集點(diǎn)的權(quán)限。如果采集點(diǎn)設(shè)置得很多，將浪費(fèi)大量的人力。此時(shí)，利用單片機(jī)來替換已丟失或損壞的TM卡就顯得很有必要。 3.1 系統(tǒng)硬件組成 系統(tǒng)采用AT89C51作為控制器，并采用24 MHz晶振。為了能盡量適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的單總線通信協(xié)議，晶振頻率應(yīng)盡量高。考慮到單總線通信協(xié)議所有的傳輸都是由主機(jī)發(fā)起的，因此為了盡快地響應(yīng)主機(jī)，采用中斷處理。選擇AT89C51的INT0（即P3.2）作為SMC1990A1等效替換的正極。圖1為TM卡的等效替換示意圖。 圖1 TM卡的等效替換 3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 對于SMC1990A1的等效替換，主要是對其時(shí)序的分析。對于SMC1990A1子設(shè)備，主要的編程是針對主機(jī)而言的，傳輸都是由主機(jī)發(fā)起的。現(xiàn)在改為單片機(jī)模擬SMC1990A1子設(shè)備（現(xiàn)稱為“從機(jī)”）。 圖2 初始化時(shí)序 首先，初始化時(shí)序，如圖2所示。主機(jī)首先發(fā)送一個復(fù)位脈沖，歷時(shí)tRETL(最短為480 μs的低電平信號)，然后釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)。從機(jī)在檢測到總線的上升沿后,等待tPDH時(shí)間后，從機(jī)拉低總線發(fā)出存在脈沖，歷時(shí)tPDL(低電平,持續(xù)60～240 μs)，然后釋放總線。釋放總線通過拉高總線實(shí)現(xiàn)。 對應(yīng)于從機(jī)，初始化時(shí)序的中斷服務(wù)程序流程如圖3所示。 圖3 初始化時(shí)序的中斷服務(wù)程序流程 下面是主機(jī)寫0和寫1時(shí)序。在初始化時(shí)序后，當(dāng)主機(jī)總線從高電平拉至低電平時(shí)，就產(chǎn)生寫時(shí)間隙。在開始15 μs之內(nèi)，應(yīng)將所需寫的位送到總線上，從機(jī)在開始后15 ～60 μs間對總線采樣。若為低電平，寫入的位是0，如圖4所示；若為高電平，寫入的位是1，如圖5所示。連續(xù)寫多位間的間隙tREC應(yīng)大于1 μs。 圖4 主機(jī)寫0時(shí)序 圖5 主機(jī)寫1時(shí)序 對應(yīng)于從機(jī)，是等待主機(jī)命令。從機(jī)等待主機(jī)命令的中斷服務(wù)程序流程如圖6所示。 圖6 從機(jī)等待主機(jī)命令的中斷服務(wù)程序流程 最后是主機(jī)讀數(shù)據(jù)時(shí)序，如圖7所示。主機(jī)總線在開始時(shí)刻從高電平拉至低電平時(shí),總線只需保持低電平1～7 μs。之后在tLOWR時(shí)刻釋放總線,一般在tRDV時(shí)刻采樣總線(15 μs處),讀時(shí)間隙在tLOWR與tRDV之間有效。從機(jī)必須在tRDV時(shí)刻前拉高或拉低總線，主機(jī)在tRDV時(shí)刻采樣,并在60～120 μs內(nèi)釋放總線。 圖7 主機(jī)讀數(shù)據(jù)時(shí)序 對從機(jī)來說，則為發(fā)送64位ID處理。程序處理的難點(diǎn)在于從機(jī)必須在15 μs之前拉高或拉低總線，以供主機(jī)在15 μs處采樣總線。程序通過判斷位地址00H處的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)此功能。通過判斷位地址01H處的狀態(tài)來確定發(fā)送位0或發(fā)送位1。從機(jī)發(fā)送64位ID處理的中斷服務(wù)程序流程如圖8所示。 圖8 從機(jī)發(fā)送64位ID處理的中斷服務(wù)程序流程 在完整地實(shí)現(xiàn)一次ROM功能的過程中，從機(jī)首先等待主機(jī)發(fā)送的復(fù)位脈沖，待檢測到后發(fā)圖9實(shí)現(xiàn)ROM功能的流程送存在脈沖應(yīng)答。隨后，從機(jī)開始接收主機(jī)發(fā)送的ROM命令，并將其保存，以判斷隨后的操作。最后，從機(jī)發(fā)送TM卡的64位標(biāo)識碼，完成一次ROM命令的執(zhí)行。實(shí)現(xiàn)ROM功能的流程如圖9所示。 單片機(jī)的匯編程序如下： ORG0000H AJMPInit//跳到Init段 ORG0003H AJMPJudge//跳到中斷服務(wù)程序 Init: //初始化 MOVDPTR,#ID//ID表地址 MOVR5,#001H MOVR7,#000H CLR00H SETB01H SETBP3.2 LCALLDelay10s CLRP3.2//拉低總線叫醒主機(jī) LCALLDelay100us SETBP3.2 SETBEA SETBIT0 SETBEX0 MAIN: AJMPMAIN//主循環(huán) Judge:CLREX0//判斷執(zhí)行動作,關(guān)中斷 JNB00H,SecondJ//跳到二次判斷 ID_IN:JB01H,SEND1//從機(jī)發(fā)送TM卡64位標(biāo)識碼 CLRP3.2//發(fā)送位0 SEND1:SETBP3.2 //發(fā)送位1 LCALLDelay30us MOVA,R5//R5循環(huán)左移 RLA MOVR5,A MOVA,#00H MOVCA,@A+DPTR ANLA,R5 CLR01H//設(shè)置01H狀態(tài) JZRelease1 SETB01H Release1:SETBP3.2 MOVA,R5 ANLA,#080H//判斷字節(jié)發(fā)送完否 JZINTEND INCDPTR AJMPINTEND//跳到中斷結(jié)束 SecondJ:MOVA,R7//二次判斷 JZWaitReply//跳到執(zhí)行應(yīng)答判斷是否命令接收結(jié)束 ANLA,#008H JZWaitOrder//跳到執(zhí)行接收命令 SETB00H WaitOrder: LCALLDelay15us//接收命令 NOP NOP MOVA,P3//采樣P3.2 ANLA,#004H JZSAVE_R6 MOVA,#001H SAVE_R6: ORLA,R6 //保存命令到R6 RRA MOVR6,A RLOOP1: MOVA,P3//判斷主機(jī)的發(fā)送狀態(tài),是否返回 ANLA,#004H JZRLOOP1 AJMPINTEND//跳到中斷結(jié)束 WaitReply://執(zhí)行應(yīng)答 RLOOP:MOVA,P3//判斷主機(jī)的復(fù)位信號 ANLA,#004H JZRLOOP LCALLDelay30us CLRP3.2//從機(jī)拉低電平應(yīng)答 LCALLDelay150us SETBP3.2//釋放總線 NOP NOP NOP NOP INTEND: INCR7 CLRIE0 SETBEX0//開中斷 RETI//中斷返回 ID:DB001H//ID表 DB0C3H DB04DH DB057H DB033H DB022H DB000H DB0D2H 本文代碼在實(shí)際運(yùn)用中得到了很好的驗(yàn)證，能夠穩(wěn)定地替代SMC1990A1實(shí)現(xiàn)TM卡的ROM功能，極大地方便了權(quán)限管理人員用于丟失或損壞的TM卡的權(quán)限管理。 |
