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, 以允許設備在不發(fā)送數(shù)據(jù)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(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)中有著廣泛的應用。在實際應用過程中，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卡來設置多個采集點的權(quán)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(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)采用AT89C51作為控制器，并采用24 MHz晶振。為了能盡量適應標準的單總線通信協(xié)議，晶振頻率應盡量高?？紤]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(fā)起的?，F(xiàn)在改為單片機模擬SMC1990A1子設備（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(chǎn)生寫時間隙。在開始15 μs之內(nèi)，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(xù)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(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
對從機來說，則為發(fā)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(tài)來實現(xiàn)此功能。通過判斷位地址01H處的狀態(tài)來確定發(fā)送位0或發(fā)送位1。從機發(fā)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(fā)送64位ID處理的中斷服務程序流程
在完整地實現(xiàn)一次ROM功能的過程中，從機首先等待主機發(fā)送的復位脈沖，待檢測到后發(fā)圖9實現(xiàn)ROM功能的流程送存在脈沖應答。隨后，從機開始接收主機發(fā)送的ROM命令，并將其保存，以判斷隨后的操作。最后，從機發(fā)送TM卡的64位標識碼，完成一次ROM命令的執(zhí)行。實現(xiàn)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(huán)
Judge:CLREX0//判斷執(zhí)行動作,關中斷
JNB00H,SecondJ//跳到二次判斷
ID_IN:JB01H,SEND1//從機發(fā)送TM卡64位標識碼
CLRP3.2//發(fā)送位0
SEND1:SETBP3.2 //發(fā)送位1
LCALLDelay30us
MOVA,R5//R5循環(huán)左移
RLA
MOVR5,A
MOVA,#00H
MOVCA,@A+DPTR
ANLA,R5
CLR01H//設置01H狀態(tài)
JZRelease1
SETB01H
Release1:SETBP3.2
MOVA,R5
ANLA,#080H//判斷字節(jié)發(fā)送完否
JZINTEND
INCDPTR
AJMPINTEND//跳到中斷結(jié)束
SecondJ:MOVA,R7//二次判斷
JZWaitReply//跳到執(zhí)行應答判斷是否命令接收結(jié)束
ANLA,#008H
JZWaitOrder//跳到執(zhí)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(fā)送狀態(tài),是否返回
ANLA,#004H
JZRLOOP1
AJMPINTEND//跳到中斷結(jié)束
WaitReply://執(zhí)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(wěn)定地替代SMC1990A1實現(xiàn)TM卡的ROM功能，極大地方便了權(quán)限管理人員用于丟失或損壞的TM卡的權(quán)限管理。
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