基于大容量IC卡AT45D041的出租車(chē)數據采集系統

2004年6月B版

摘  要：本文介紹了基于大容量IC卡AT45D041的出租車(chē)數據采集系統的設計方法，討論了IC卡AT45D041的主要特點(diǎn)及其使用方法；介紹了PIC單片機和PC機串行通信的硬件、軟件方法。

關(guān)鍵詞：出租車(chē)；IC卡；AT45D041；單片機；串行通信

引言

　　隨著(zhù)出租車(chē)行業(yè)的發(fā)展，對出租車(chē)管理的要求也越來(lái)越高。通常，出租車(chē)管理部門(mén)需要經(jīng)常采集出租車(chē)計費器中存儲的各種數據，這些數據主要包括累積數據(如總行駛里程、總收費里程、總收費時(shí)間、總車(chē)資等)和乘客記錄數據(如起止時(shí)間、收費里程、收費時(shí)間、郊區或夜間收費里程、1公里單價(jià)、車(chē)資等)。一般來(lái)說(shuō)，出租車(chē)的計費器可存儲300次以上的乘客記錄，每條乘客記錄約占50字節，這樣300次乘客記錄約占15K字節。大容量IC卡AT45D041的容量為4Mbit(約500K字節)，利用該IC卡來(lái)采集出租車(chē)計費器中存儲的數據，不僅攜帶方便，而且可一次采集多達33臺出租車(chē)的數據。數據采集完后，可通過(guò)串行接口控制器將數據輸入給出租車(chē)管理部門(mén)的PC機，然后對這些數據進(jìn)行分析、匯總、打印等各種處理。下面具體介紹基于大容量IC卡AT45D041的出租車(chē)數據采集系統的設計方法。

　　出租車(chē)數據采集系統的原理框圖如圖1所示，由圖可知，該系統由出租車(chē)計費器、串行接口控制器、PC機及大容量IC卡AT45D041等四個(gè)部分組成。AT45D041采集多臺出租車(chē)計費器中存儲的總累積和乘客記錄等數據，然后通過(guò)串行接口控制器即可將所采集的數據輸入給管理部門(mén)的PC機，PC機根據車(chē)牌號或計費器編號可區分每臺車(chē)所對應的數據。AT45D041與出租車(chē)計費器及串行接口控制器之間數據的交換均是通過(guò)其中的單片機來(lái)完成的，而串行接口控制器與PC機之間的數據交換主要是通過(guò)PC機的串行口來(lái)實(shí)現的；因此，該數據采集系統設計的關(guān)鍵是AT45D041與單片機接口軟、硬件設計及單片機通過(guò)串行口與PC機之間串行通信的軟、硬件設計。
 
AT45D041的性能特點(diǎn)及其使用方法

AT45D041的性能特點(diǎn)及內部結構

　　AT45D041是一由單5V供電、帶串行接口的快閃存儲器，該芯片特別適合于在系統(in-system)反復編程，其4兆位的存儲容量被分為2048頁(yè)，每頁(yè)264個(gè)字節。除了主存儲頁(yè)外，AT45D041還包含2個(gè)SRAM數據緩沖區，每個(gè)區的容量均為264個(gè)字節，當主存儲頁(yè)正在編程時(shí)，緩沖區可接收外部數據。傳統快閃存儲器往往利用多條地址線(xiàn)和并行接口來(lái)實(shí)現隨機存取數據，而AT45D041則利用串行接口來(lái)實(shí)現連續存取數據。簡(jiǎn)單的串行接口簡(jiǎn)化了硬件電路，使線(xiàn)路板尺寸變小，成本降低，抗干擾能力增強，系統的可靠性得以提高。數據編程寫(xiě)入時(shí)，不需要高編程輸入電壓，只需要單5V(范圍為4.5V至5.5V)即可完成數據的寫(xiě)入及讀出。

　　AT45D041的內部結構圖如圖2所示，由圖可知，該IC卡有九個(gè)引腳，其中SCK為串行時(shí)鐘輸入腳，SI和SO分別為串行數據輸入、輸出腳。

AT45D041的使用方法

　　通過(guò)單片機的控制可完成對AT45D041中數據的讀出及寫(xiě)入操作，當芯片使能腳為低電平時(shí)，在時(shí)鐘輸入腳(SCK)的控制下，通過(guò)串行數據輸入腳(SI)，便可將命令碼、主存儲頁(yè)或緩沖區地址碼串行輸入給該芯片，然后即可讀或寫(xiě)入數據。值得注意的是，所有的命令碼、地址、數據串行輸入時(shí)，均是高位在前，低位在后。下面具體介紹數據的讀寫(xiě)方法。

數據的讀出

　　數據的讀出包括主存儲頁(yè)直接讀出、從主存儲頁(yè)讀取數據至緩沖區、從緩沖區讀數據、讀狀態(tài)寄存器等四種，除命令碼不同外，讀取數據的方法均大同小異。由于本數據采集系統的設計只用到了主存儲頁(yè)直接讀出，下面只介紹從主存儲頁(yè)直接讀取數據的方法。主存儲頁(yè)直接讀取數據的時(shí)序波形圖如圖3所示。主存儲頁(yè)讀允許用戶(hù)從2048主存儲頁(yè)的任一頁(yè)中讀取數據，在SCK時(shí)鐘脈沖的控制下，先串行輸入命令碼52H、緊接著(zhù)是4個(gè)保留位、然后是20個(gè)地址位(即11個(gè)頁(yè)地址位和9個(gè)頁(yè)中數據起始地址位)、最后是32個(gè)無(wú)關(guān)位0。4個(gè)保留位是用于將來(lái)擴展該芯片的容量而設置的，對于A(yíng)T45D041可輸入4個(gè)0，32個(gè)無(wú)關(guān)位用于初始化讀操作。數據通過(guò)SO腳串行輸出，在數據的讀出過(guò)程中，芯片使能腳必須保持低電平，當一頁(yè)數據的最后一個(gè)字節讀完后，會(huì )從該頁(yè)的第一個(gè)字節開(kāi)始繼續讀取數據。當芯片使能腳(CS)由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，將終止數據的讀取，SO腳保持高阻態(tài)。

數據的寫(xiě)入

　　數據的寫(xiě)入包括將數據直接寫(xiě)入主存儲器頁(yè)、寫(xiě)入緩沖區、通過(guò)緩沖區將數據寫(xiě)入主存儲頁(yè)(帶內置擦除功能)、通過(guò)緩沖區將數據寫(xiě)入主存儲頁(yè)(不帶內置擦除功能)、主存儲頁(yè)自動(dòng)重寫(xiě)等五種。除命令碼不同外，數據寫(xiě)入的方法均差不多。在本數據采集系統的設計中使用的是將數據直接寫(xiě)入主存儲頁(yè)的方法，該方法的時(shí)序波形如圖3所示，要寫(xiě)入的數據須事先寫(xiě)入緩沖區1或緩沖區2，然后再利用帶內置擦除功能的緩沖區至主存儲頁(yè)寫(xiě)入功能將數據寫(xiě)入至指定的主存儲頁(yè)。在SCK時(shí)鐘脈沖的控制下，先串行輸入命令碼82H或85H、緊接著(zhù)是4個(gè)保留位、然后是11個(gè)頁(yè)地址位(表示數據要寫(xiě)入的指定主存儲頁(yè))、最后是9個(gè)數據起始地址位(表示緩沖區第一個(gè)字節的起始地址)。當所有的地址位均串行輸入后，芯片通過(guò)SI腳開(kāi)始接收數據并存儲在緩沖區1或緩沖區2中，當緩沖區存滿(mǎn)后，將從緩沖區的第一個(gè)字節處開(kāi)始存儲數據。當芯片使能腳CS由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，芯片將首先擦除指定的主存儲頁(yè)，然后再將存儲在緩沖區中的數據寫(xiě)入指定的主存儲頁(yè)。

硬件寫(xiě)保護及復位功能

　　當寫(xiě)保護腳(WP)為低電平時(shí)，主存儲頁(yè)的前256頁(yè)不能寫(xiě)入數據。當復位腳(RESET)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，將中斷所有正在進(jìn)行的讀操作，并將內部置成空閑狀態(tài)。一旦該腳變?yōu)楦唠娖?，即可對芯片進(jìn)行正常的讀寫(xiě)操作。

AT45D041與出租車(chē)計費器及串行接口控制器的接口設計

　　AT45D041用于出租車(chē)數據采集系統時(shí)，一方面它采集出租車(chē)計費器中存儲的各種數據，此時(shí)計費器中的單片機將數據寫(xiě)入到AT45D041中的主存儲頁(yè)中；另一方面通過(guò)串行接口控制器將數據輸入給管理部門(mén)的PC機，此時(shí)串行接口控制器中的單片機從AT45D041中的主存儲頁(yè)讀取數據，然后再將數據通過(guò)串行口傳送到PC機中。因此AT45D041與出租車(chē)計費器及串行接口控制器的接口設計主要表現為AT45D041與單片機的接口設計，假設單片機為AT89C51，則單片機與AT45D041的接口如圖4所示。圖中R、C是使AT45D041具有上電復位功能，寫(xiě)保護腳(WP)接VCC是讓AT45D041的前256頁(yè)也能寫(xiě)入數據。

　　串行接口控制器的主要作用是從AT45D041的主存儲中讀出數據，然后再將數據輸入給PC機，它的核心是單片機，利用單片機來(lái)實(shí)現和PC機的串行通信。圖5所示為串行接口控制器的硬件電路圖，因PIC系列單片機由于具有實(shí)用、低價(jià)、省電、小巧和高速等優(yōu)點(diǎn)，所以串行接口控制器中的單片機選PIC16C57，由于該單片機沒(méi)有專(zhuān)用的異步通訊口(RXD，TXD)及波特率發(fā)生器，因此要實(shí)現PIC單片機與PC機的串行通信，必須由軟件指定PIC的兩個(gè)I/O端口(如RA0為RXD，RA1為T(mén)XD)為異步通訊口，并按照預定的波特率編寫(xiě)軟件延時(shí)子程序。 圖中電阻為10KΩ，電容為10_F，電源電壓Vcc為5V。MAX232為一電平轉換芯片，它將單片機輸出的TTL電平轉換成PC機能接收的RS-232電平，并將PC機串行口輸出的RS-232電平轉換成單片機能接收的TTL電平。

系統軟件設計

　　系統軟件設計由兩個(gè)部分組成：?jiǎn)纹瑱C讀寫(xiě)AT45D041中的數據及單片機和PC機之間的串行通信。單片機讀寫(xiě)AT45D041中數據的軟件設計比較簡(jiǎn)單，這里不再敘述。下面主要介紹單片機和PC機之間串行通信的軟件設計，由于VB6.0提供了串行通訊MSComm(電話(huà)盒)控件來(lái)為應用程序提供串行通信，它將串口設備當作一個(gè)目標封裝起來(lái)，容易操作，編程很方便，其良好的用戶(hù)界面、簡(jiǎn)單方便的串行通信和實(shí)用性強的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)須借用其他語(yǔ)言就可以開(kāi)發(fā)出優(yōu)秀的通信軟件，因而PC機軟件采用VB6.0語(yǔ)言編寫(xiě)。MSComm控件的調出及其主要屬性如下。

MSComm控件的調出

　　VB 6.0的MSComm控件并不會(huì )主動(dòng)出現在工具箱中，當我們需要它時(shí)，讓它出現在工具箱中的步驟如下：

MSComm屬性

　　MSComm屬性很多，其重要的屬性說(shuō)明如下：

　　軟件設計時(shí)應注意的幾個(gè)問(wèn)題

結語(yǔ)

　　本文所介紹的出租車(chē)數據采集系統使用了大容量IC卡AT45D041、PC機串行口及VB6.0來(lái)實(shí)現數據的采集和傳輸，不僅數據采集方便，且系統的硬件和軟件設計均較簡(jiǎn)單，軟件升級容易。降低了系統成本，提高了系統的可靠性，目前該系統已在許多大中城市的出租車(chē)公司得到了廣泛的應用?！?BR> 

參考文獻：

1．薛棟梁. ‘MCS-51/151/251 單片機原理與應用(二)’， 中國水利水電出版社，2001

2．范逸之. ‘Visual Basic 與 RS232 串行通訊控制’， 中國青年出版社， 2001