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1 TM卡簡介 TM（Touch Memory）卡是美國Dallas公司的專利產品。它采用單線協議通信，通過瞬間碰觸完成數據讀寫，既具有非接觸式IC卡的易操作性，又具有接觸式IC卡的廉價性，是當前性價比最優秀的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據線、地址線、控制線和電源線合并為1根線，實現單線通信。當主機加電時，TM卡通過500 kΩ和50 Ω阻抗之間的切換來響應主機，用信號被拉低的時長（長或短）來表示數字邏輯（長為1，短為0）。由于阻抗切換的幅度為10 000∶1，因此，觸點的接觸電阻不會影響數字信號的辨識。 2 1wire通信協議 單總線即只有1根數據線, 系統中的數據交換、控制都由這根線完成。設備(主機或從機)通過一個漏極開路或三態端口連至該數據線, 以允許設備在不發送數據時能夠釋放總線, 而讓其他設備使用總線。單總線通常要求外接一個約為4.7 kΩ 的上拉電阻, 這樣, 當總線閑置時, 其狀態為高電平。主機和從機之間的通信可通過3個步驟完成： 初始化1wire 器件；識別1wire 器件；交換數據。由于它們是主從結構,只有主機呼叫從機時, 從機才能應答, 因此主機訪問1wire 器件都必須嚴格遵循單總線命令序列, 即初始化、ROM 命令、功能命令。如果出現序列混亂,1wire 器件將不響應主機(搜索ROM 命令,報警搜索命令除外)。 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位的產品系列號。數據遵循單總線協議傳輸，用于讀和寫的電源由數據線本身提供，而不需要提供外部電源。 3 SMC1990A1的等效替換 單總線技術具有節省I/O口線資源，線路簡單，硬件開支少，成本低，便于總線擴展和維護等優點。在分布式測控系統中有著廣泛的應用。在實際應用過程中，可能會出現TM卡丟失和損壞的情況，如果發生此類情況，往往需要根據一個新TM卡來設置多個采集點的權限。如果采集點設置得很多，將浪費大量的人力。此時，利用單片機來替換已丟失或損壞的TM卡就顯得很有必要。 3.1 系統硬件組成 系統采用AT89C51作為控制器，并采用24 MHz晶振。為了能盡量適應標準的單總線通信協議，晶振頻率應盡量高�？紤]到單總線通信協議所有的傳輸都是由主機發起的，因此為了盡快地響應主機，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 系統軟件設計 對于SMC1990A1的等效替換，主要是對其時序的分析。對于SMC1990A1子設備，主要的編程是針對主機而言的，傳輸都是由主機發起的�，F在改為單片機模擬SMC1990A1子設備（現稱為“從機”）。 圖2 初始化時序 首先，初始化時序，如圖2所示。主機首先發送一個復位脈沖，歷時tRETL(最短為480 μs的低電平信號)，然后釋放總線并進入接收狀態。從機在檢測到總線的上升沿后,等待tPDH時間后，從機拉低總線發出存在脈沖，歷時tPDL(低電平,持續60～240 μs)，然后釋放總線。釋放總線通過拉高總線實現。 對應于從機，初始化時序的中斷服務程序流程如圖3所示。 圖3 初始化時序的中斷服務程序流程 下面是主機寫0和寫1時序。在初始化時序后，當主機總線從高電平拉至低電平時，就產生寫時間隙。在開始15 μs之內，應將所需寫的位送到總線上，從機在開始后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。連續寫多位間的間隙tREC應大于1 μs。 圖4 主機寫0時序 圖5 主機寫1時序 對應于從機，是等待主機命令。從機等待主機命令的中斷服務程序流程如圖6所示。 圖6 從機等待主機命令的中斷服務程序流程 最后是主機讀數據時序，如圖7所示。主機總線在開始時刻從高電平拉至低電平時,總線只需保持低電平1～7 μs。之后在tLOWR時刻釋放總線,一般在tRDV時刻采樣總線(15 μs處),讀時間隙在tLOWR與tRDV之間有效。從機必須在tRDV時刻前拉高或拉低總線，主機在tRDV時刻采樣,并在60～120 μs內釋放總線。 圖7 主機讀數據時序 對從機來說，則為發送64位ID處理。程序處理的難點在于從機必須在15 μs之前拉高或拉低總線，以供主機在15 μs處采樣總線。程序通過判斷位地址00H處的狀態來實現此功能。通過判斷位地址01H處的狀態來確定發送位0或發送位1。從機發送64位ID處理的中斷服務程序流程如圖8所示。 圖8 從機發送64位ID處理的中斷服務程序流程 在完整地實現一次ROM功能的過程中，從機首先等待主機發送的復位脈沖，待檢測到后發圖9實現ROM功能的流程送存在脈沖應答。隨后，從機開始接收主機發送的ROM命令，并將其保存，以判斷隨后的操作。最后，從機發送TM卡的64位標識碼，完成一次ROM命令的執行。實現ROM功能的流程如圖9所示。 單片機的匯編程序如下： ORG0000H AJMPInit//跳到Init段 ORG0003H AJMPJudge//跳到中斷服務程序 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 LCALLDelay100us SETBP3.2 SETBEA SETBIT0 SETBEX0 MAIN: AJMPMAIN//主循環 Judge:CLREX0//判斷執行動作,關中斷 JNB00H,SecondJ//跳到二次判斷 ID_IN:JB01H,SEND1//從機發送TM卡64位標識碼 CLRP3.2//發送位0 SEND1:SETBP3.2 //發送位1 LCALLDelay30us MOVA,R5//R5循環左移 RLA MOVR5,A MOVA,#00H MOVCA,@A+DPTR ANLA,R5 CLR01H//設置01H狀態 JZRelease1 SETB01H Release1:SETBP3.2 MOVA,R5 ANLA,#080H//判斷字節發送完否 JZINTEND INCDPTR AJMPINTEND//跳到中斷結束 SecondJ:MOVA,R7//二次判斷 JZWaitReply//跳到執行應答判斷是否命令接收結束 ANLA,#008H JZWaitOrder//跳到執行接收命令 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//判斷主機的發送狀態,是否返回 ANLA,#004H JZRLOOP1 AJMPINTEND//跳到中斷結束 WaitReply://執行應答 RLOOP:MOVA,P3//判斷主機的復位信號 ANLA,#004H JZRLOOP LCALLDelay30us CLRP3.2//從機拉低電平應答 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 本文代碼在實際運用中得到了很好的驗證，能夠穩定地替代SMC1990A1實現TM卡的ROM功能，極大地方便了權限管理人員用于丟失或損壞的TM卡的權限管理。 |
