1-wire系統(tǒng)中TM卡的單片機等效替換

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 卡的廉價性，是當前性價比最優(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，實現(xiàn)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(yīng)主機，用信號被拉低的時長（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(主機或從機)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, 當總線閑置時, 其狀態(tài)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(shù)據(jù)。由于它們是主從結(jié)構(gòu),只有主機呼叫從機時, 從機才能應(yīng)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(xiàn)序列混亂,1wire 器件將不響應(yīng)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(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，便于總線擴展和維護等優(yōu)點。在分布式測控系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。在實際應(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)置多個采集點的權(quán)限。如果采集點設(shè)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(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)標準的單總線通信協(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發(fā)起的，因此為了盡快地響應(yīng)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(tǒng)軟件設(shè)計

　　對于SMC1990A1的等效替換，主要是對其時序的分析。對于SMC1990A1子設(shè)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(xiàn)在改為單片機模擬SMC1990A1子設(shè)備（現(xiàn)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(fā)送一個復(fù)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(tài)。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(fā)出存在脈沖，歷時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現(xiàn)。

　　對應(yīng)于從機，初始化時序的中斷服務(wù)程序流程如圖3所示。

圖3  初始化時序的中斷服務(wù)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(chǎn)生寫時間隙。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  主機寫0時序

圖5  主機寫1時序

　　對應(yīng)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(shù)據(jù)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(nèi)釋放總線。

圖7  主機讀數(shù)據(jù)時序