1-wire系統中TM卡的單片機等效替換

1  TM卡簡(jiǎn)介

　　TM（Touch Memory）卡是美國Dallas公司的專(zhuān)利產(chǎn)品。它采用單線(xiàn)協(xié)議通信，通過(guò)瞬間碰觸完成數據讀寫(xiě)，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，是當前性?xún)r(jià)比最優(yōu)秀的IC卡之一。它的外形類(lèi)似于一個(gè)鈕扣（button）電池，可鑲嵌于卡片、鑰匙扣等物體上。

　　TM卡通過(guò)一個(gè)多功能器將數據線(xiàn)、地址線(xiàn)、控制線(xiàn)和電源線(xiàn)合并為1根線(xiàn)，實(shí)現單線(xiàn)通信。當主機加電時(shí)，TM卡通過(guò)500 kΩ和50 Ω阻抗之間的切換來(lái)響應主機，用信號被拉低的時(shí)長(cháng)（長(cháng)或短）來(lái)表示數字邏輯（長(cháng)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(huì )影響數字信號的辨識。

2  1wire通信協(xié)議

　　單總線(xiàn)即只有1根數據線(xiàn), 系統中的數據交換、控制都由這根線(xiàn)完成。設備(主機或從機)通過(guò)一個(gè)漏極開(kāi)路或三態(tài)端口連至該數據線(xiàn), 以允許設備在不發(fā)送數據時(shí)能夠釋放總線(xiàn), 而讓其他設備使用總線(xiàn)。單總線(xiàn)通常要求外接一個(gè)約為4.7 kΩ 的上拉電阻, 這樣, 當總線(xiàn)閑置時(shí), 其狀態(tài)為高電平。主機和從機之間的通信可通過(guò)3個(gè)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(shí), 從機才能應答, 因此主機訪(fǎng)問(wèn)1wire 器件都必須嚴格遵循單總線(xiàn)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(chǎng)激光刻度的64位ROM ID碼,其中包括48位的序列號、1個(gè)8位的CRC編碼和1個(gè)8位的產(chǎn)品系列號。數據遵循單總線(xiàn)協(xié)議傳輸，用于讀和寫(xiě)的電源由數據線(xiàn)本身提供，而不需要提供外部電源。

3  SMC1990A1的等效替換

　　單總線(xiàn)技術(shù)具有節省I/O口線(xiàn)資源，線(xiàn)路簡(jiǎn)單，硬件開(kāi)支少，成本低，便于總線(xiàn)擴展和維護等優(yōu)點(diǎn)。在分布式測控系統中有著(zhù)廣泛的應用。在實(shí)際應用過(guò)程中，可能會(huì )出現TM卡丟失和損壞的情況，如果發(fā)生此類(lèi)情況，往往需要根據一個(gè)新TM卡來(lái)設置多個(gè)采集點(diǎn)的權限。如果采集點(diǎn)設置得很多，將浪費大量的人力。此時(shí)，利用單片機來(lái)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(xiàn)通信協(xié)議，晶振頻率應盡量高?？紤]到單總線(xiàn)通信協(xié)議所有的傳輸都是由主機發(fā)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T(mén)M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(shí)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(fā)起的?，F在改為單片機模擬SMC1990A1子設備（現稱(chēng)為“從機”）。

圖2  初始化時(shí)序

　　首先，初始化時(shí)序，如圖2所示。主機首先發(fā)送一個(gè)復位脈沖，歷時(shí)tRETL(最短為480 μs的低電平信號)，然后釋放總線(xiàn)并進(jìn)入接收狀態(tài)。從機在檢測到總線(xiàn)的上升沿后,等待tPDH時(shí)間后，從機拉低總線(xiàn)發(fā)出存在脈沖，歷時(shí)tPDL(低電平, 持續60～240 μs)，然后釋放總線(xiàn)。釋放總線(xiàn)通過(guò)拉高總線(xiàn)實(shí)現。

　　對應于從機，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

　　下面是主機寫(xiě)0和寫(xiě)1時(shí)序。在初始化時(shí)序后，當主機總線(xiàn)從高電平拉至低電平時(shí)，就產(chǎn)生寫(xiě)時(shí)間隙。在開(kāi)始15 μs之內，應將所需寫(xiě)的位送到總線(xiàn)上，從機在開(kāi)始后15 ～60 μs間對總線(xiàn)采樣。若為低電平，寫(xiě)入的位是0，如圖4所示；若為高電平，寫(xiě)入的位是1，如圖5所示。連續寫(xiě)多位間的間隙tREC應大于1 μs。

圖4  主機寫(xiě)0時(shí)序

圖5  主機寫(xiě)1時(shí)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(wù)程序流程如圖6所示。

圖6  從機等待主機命令的中斷服務(wù)程序流程

　　最后是主機讀數據時(shí)序，如圖7所示。主機總線(xiàn)在開(kāi)始時(shí)刻從高電平拉至低電平時(shí),總線(xiàn)只需保持低電平1～7 μs。之后在tLOWR時(shí)刻釋放總線(xiàn),一般在tRDV時(shí)刻采樣總線(xiàn)(15 μs處),讀時(shí)間隙在tLOWR與tRDV之間有效。從機必須在tRDV時(shí)刻前拉高或拉低總線(xiàn)，主機在tRDV時(shí)刻采樣,并在60～120 μs內釋放總線(xiàn)。

圖7  主機讀數據時(shí)序