基于大容量IC卡AT45D041的出租車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2004年6月B版

摘  要：本文介紹了基于大容量IC卡AT45D041的出租車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jī)和PC機(jī)串行通信的硬件、軟件方法。

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

引言

　　隨著出租車行業(yè)的發(fā)展，對出租車管理的要求也越來越高。通常，出租車管理部門需要經(jīng)常采集出租車計(jì)費(fèi)器中存儲(chǔ)的各種數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要包括累積數(shù)據(jù)(如總行駛里程、總收費(fèi)里程、總收費(fèi)時(shí)間、總車資等)和乘客記錄數(shù)據(jù)(如起止時(shí)間、收費(fèi)里程、收費(fèi)時(shí)間、郊區(qū)或夜間收費(fèi)里程、1公里單價(jià)、車資等)。一般來說，出租車的計(jì)費(fèi)器可存儲(chǔ)300次以上的乘客記錄，每條乘客記錄約占50字節(jié)，這樣300次乘客記錄約占15K字節(jié)。大容量IC卡AT45D041的容量為4Mbit(約500K字節(jié))，利用該IC卡來采集出租車計(jì)費(fèi)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，不僅攜帶方便，而且可一次采集多達(dá)33臺出租車的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集完后，可通過串行接口控制器將數(shù)據(jù)輸入給出租車管理部門的PC機(jī)，然后對這些數(shù)據(jù)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的出租車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

　　出租車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示，由圖可知，該系統(tǒng)由出租車計(jì)費(fèi)器、串行接口控制器、PC機(jī)及大容量IC卡AT45D041等四個(gè)部分組成。AT45D041采集多臺出租車計(jì)費(fèi)器中存儲(chǔ)的總累積和乘客記錄等數(shù)據(jù)，然后通過串行接口控制器即可將所采集的數(shù)據(jù)輸入給管理部門的PC機(jī)，PC機(jī)根據(jù)車牌號或計(jì)費(fèi)器編號可區(qū)分每臺車所對應(yīng)的數(shù)據(jù)。AT45D041與出租車計(jì)費(fèi)器及串行接口控制器之間數(shù)據(jù)的交換均是通過其中的單片機(jī)來完成的，而串行接口控制器與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換主要是通過PC機(jī)的串行口來實(shí)現(xiàn)的；因此，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是AT45D041與單片機(jī)接口軟、硬件設(shè)計(jì)及單片機(jī)通過串行口與PC機(jī)之間串行通信的軟、硬件設(shè)計(jì)。
 
AT45D041的性能特點(diǎn)及其使用方法

AT45D041的性能特點(diǎn)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　AT45D041是一由單5V供電、帶串行接口的快閃存儲(chǔ)器，該芯片特別適合于在系統(tǒng)(in-system)反復(fù)編程，其4兆位的存儲(chǔ)容量被分為2048頁，每頁264個(gè)字節(jié)。除了主存儲(chǔ)頁外，AT45D041還包含2個(gè)SRAM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，每個(gè)區(qū)的容量均為264個(gè)字節(jié)，當(dāng)主存儲(chǔ)頁正在編程時(shí)，緩沖區(qū)可接收外部數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)快閃存儲(chǔ)器往往利用多條地址線和并行接口來實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)，而AT45D041則利用串行接口來實(shí)現(xiàn)連續(xù)存取數(shù)據(jù)。簡單的串行接口簡化了硬件電路，使線路板尺寸變小，成本降低，抗干擾能力增強(qiáng)，系統(tǒng)的可靠性得以提高。數(shù)據(jù)編程寫入時(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(shù)據(jù)的寫入及讀出。

　　AT45D041的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)輸入、輸出腳。

AT45D041的使用方法

　　通過單片機(jī)的控制可完成對AT45D041中數(shù)據(jù)的讀出及寫入操作，當(dāng)芯片使能腳為低電平時(shí)，在時(shí)鐘輸入腳(SCK)的控制下，通過串行數(shù)據(jù)輸入腳(SI)，便可將命令碼、主存儲(chǔ)頁或緩沖區(qū)地址碼串行輸入給該芯片，然后即可讀或?qū)懭霐?shù)據(jù)。值得注意的是，所有的命令碼、地址、數(shù)據(jù)串行輸入時(shí)，均是高位在前，低位在后。下面具體介紹數(shù)據(jù)的讀寫方法。

數(shù)據(jù)的讀出

　　數(shù)據(jù)的讀出包括主存儲(chǔ)頁直接讀出、從主存儲(chǔ)頁讀取數(shù)據(jù)至緩沖區(qū)、從緩沖區(qū)讀數(shù)據(jù)、讀狀態(tài)寄存器等四種，除命令碼不同外，讀取數(shù)據(jù)的方法均大同小異。由于本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)只用到了主存儲(chǔ)頁直接讀出，下面只介紹從主存儲(chǔ)頁直接讀取數(shù)據(jù)的方法。主存儲(chǔ)頁直接讀取數(shù)據(jù)的時(shí)序波形圖如圖3所示。主存儲(chǔ)頁讀允許用戶從2048主存儲(chǔ)頁的任一頁中讀取數(shù)據(jù)，在SCK時(shí)鐘脈沖的控制下，先串行輸入命令碼52H、緊接著是4個(gè)保留位、然后是20個(gè)地址位(即11個(gè)頁地址位和9個(gè)頁中數(shù)據(jù)起始地址位)、最后是32個(gè)無關(guān)位0。4個(gè)保留位是用于將來擴(kuò)展該芯片的容量而設(shè)置的，對于AT45D041可輸入4個(gè)0，32個(gè)無關(guān)位用于初始化讀操作。數(shù)據(jù)通過SO腳串行輸出，在數(shù)據(jù)的讀出過程中，芯片使能腳必須保持低電平，當(dāng)一頁數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)讀完后，會(huì)從該頁的第一個(gè)字節(jié)開始繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)芯片使能腳(CS)由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，將終止數(shù)據(jù)的讀取，SO腳保持高阻態(tài)。

數(shù)據(jù)的寫入

　　數(shù)據(jù)的寫入包括將數(shù)據(jù)直接寫入主存儲(chǔ)器頁、寫入緩沖區(qū)、通過緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)寫入主存儲(chǔ)頁(帶內(nèi)置擦除功能)、通過緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)寫入主存儲(chǔ)頁(不帶內(nèi)置擦除功能)、主存儲(chǔ)頁自動(dòng)重寫等五種。除命令碼不同外，數(shù)據(jù)寫入的方法均差不多。在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中使用的是將數(shù)據(jù)直接寫入主存儲(chǔ)頁的方法，該方法的時(shí)序波形如圖3所示，要寫入的數(shù)據(jù)須事先寫入緩沖區(qū)1或緩沖區(qū)2，然后再利用帶內(nèi)置擦除功能的緩沖區(qū)至主存儲(chǔ)頁寫入功能將數(shù)據(jù)寫入至指定的主存儲(chǔ)頁。在SCK時(shí)鐘脈沖的控制下，先串行輸入命令碼82H或85H、緊接著是4個(gè)保留位、然后是11個(gè)頁地址位(表示數(shù)據(jù)要寫入的指定主存儲(chǔ)頁)、最后是9個(gè)數(shù)據(jù)起始地址位(表示緩沖區(qū)第一個(gè)字節(jié)的起始地址)。當(dāng)所有的地址位均串行輸入后，芯片通過SI腳開始接收數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在緩沖區(qū)1或緩沖區(qū)2中，當(dāng)緩沖區(qū)存滿后，將從緩沖區(qū)的第一個(gè)字節(jié)處開始存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)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(chǔ)頁，然后再將存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入指定的主存儲(chǔ)頁。

硬件寫保護(hù)及復(fù)位功能

　　當(dāng)寫保護(hù)腳(WP)為低電平時(shí)，主存儲(chǔ)頁的前256頁不能寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)復(fù)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(nèi)部置成空閑狀態(tài)。一旦該腳變?yōu)楦唠娖?，即可對芯片進(jìn)行正常的讀寫操作。

AT45D041與出租車計(jì)費(fèi)器及串行接口控制器的接口設(shè)計(jì)

　　AT45D041用于出租車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，一方面它采集出租車計(jì)費(fèi)器中存儲(chǔ)的各種數(shù)據(jù)，此時(shí)計(jì)費(fèi)器中的單片機(jī)將數(shù)據(jù)寫入到AT45D041中的主存儲(chǔ)頁中；另一方面通過串行接口控制器將數(shù)據(jù)輸入給管理部門的PC機(jī)，此時(shí)串行接口控制器中的單片機(jī)從AT45D041中的主存儲(chǔ)頁讀取數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)通過串行口傳送到PC機(jī)中。因此AT45D041與出租車計(jì)費(fèi)器及串行接口控制器的接口設(shè)計(jì)主要表現(xiàn)為AT45D041與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)，假設(shè)單片機(jī)為AT89C51，則單片機(jī)與AT45D041的接口如圖4所示。圖中R、C是使AT45D041具有上電復(fù)位功能，寫保護(hù)腳(WP)接VCC是讓AT45D041的前256頁也能寫入數(shù)據(jù)。

　　串行接口控制器的主要作用是從AT45D041的主存儲(chǔ)中讀出數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)輸入給PC機(jī)，它的核心是單片機(jī)，利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)和PC機(jī)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(jī)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(jī)選PIC16C57，由于該單片機(jī)沒有專用的異步通訊口(RXD，TXD)及波特率發(fā)生器，因此要實(shí)現(xiàn)PIC單片機(jī)與PC機(jī)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TXD)為異步通訊口，并按照預(yù)定的波特率編寫軟件延時(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(zhuǎn)換芯片，它將單片機(jī)輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換成PC機(jī)能接收的RS-232電平，并將PC機(jī)串行口輸出的RS-232電平轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能接收的TTL電平。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由兩個(gè)部分組成：單片機(jī)讀寫AT45D041中的數(shù)據(jù)及單片機(jī)和PC機(jī)之間的串行通信。單片機(jī)讀寫AT45D041中數(shù)據(jù)的軟件設(shè)計(jì)比較簡單，這里不再敘述。下面主要介紹單片機(jī)和PC機(jī)之間串行通信的軟件設(shè)計(jì)，由于VB6.0提供了串行通訊MSComm(電話盒)控件來為應(yīng)用程序提供串行通信，它將串口設(shè)備當(dāng)作一個(gè)目標(biāo)封裝起來，容易操作，編程很方便，其良好的用戶界面、簡單方便的串行通信和實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，無須借用其他語言就可以開發(fā)出優(yōu)秀的通信軟件，因而PC機(jī)軟件采用VB6.0語言編寫。MSComm控件的調(diào)出及其主要屬性如下。

MSComm控件的調(diào)出

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

MSComm屬性

　　MSComm屬性很多，其重要的屬性說明如下：

　　軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

結(jié)語

　　本文所介紹的出租車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用了大容量IC卡AT45D041、PC機(jī)串行口及VB6.0來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，不僅數(shù)據(jù)采集方便，且系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)均較簡單，軟件升級容易。降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，目前該系統(tǒng)已在許多大中城市的出租車公司得到了廣泛的應(yīng)用?！?BR> 

參考文獻(xiàn)：

1．薛棟梁. ‘MCS-51/151/251 單片機(jī)原理與應(yīng)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