1  TM卡簡介

　　TM（Touch Memory）卡是美國Dallas公司的專利產品。它采用單線協議通信，通過瞬間碰觸完成數據讀寫，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據線、地址線、控制線和電源線合并為1根線，實現單線通信。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字信號的辨識。

2  1wire通信協議

　　單總線即只有1根數據線, 系統中的數據交換、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端口連至該數據線, 以允許設備在不發送數據時能夠釋放總線, 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；交換數據。由于它們是主從結構,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位的產品系列號。數據遵循單總線協議傳輸，用于讀和寫的電源由數據線本身提供，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點。在分布式測控系統中有著廣泛的應用。在實際應用過程中，可能會出現TM卡丟失和損壞的情況，如果發生此類情況，往往需要根據一個新TM卡來設置多個采集點的權限。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通信協議，晶振頻率應盡量高�？紤]到單總線通信協議所有的傳輸都是由主機發起的，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，傳輸都是由主機發起的�，F在改為單片機模擬SMC1990A1子設備（現稱為“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。從機在檢測到總線的上升沿后,等待tPDH時間后，從機拉低總線發出存在脈沖，歷時tPDL(低電平, 持續60～240 μs)，然后釋放總線。釋放總線通過拉高總線實現。

　　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，就產生寫時間隙。在開始15 μs之內，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

　　最后是主機讀數據時序，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內釋放總線。

圖7  主機讀數據時序
對從機來說，則為發送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處的狀態來實現此功能。通過判斷位地址01H處的狀態來確定發送位0或發送位1。從機發送64位ID處理的中斷 服務程序流程如圖8所示。

圖8  從機發送64位ID處理的中斷服務程序流程

　　在完整地實現一次ROM功能的過程中，從機首先等待主機發送的復位脈沖，待檢測到后發圖9實現ROM功能的流程送存在脈沖應答。隨后，從機開始接收主機發送的ROM命令，并將其保存，以判斷隨后的操作。最后，從機發送TM卡的64位標識碼，完成一次ROM命令的執行。實現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
　　Judge:CLREX0//判斷執行動作,關中斷
　　　　JNB00H,SecondJ//跳到二次判斷
　　ID_IN:JB01H,SEND1//從機發送TM卡64位標識碼
　　　　CLRP3.2//發送位0
　　SEND1:SETBP3.2 //發送位1
　　　　LCALLDelay30us
　　　　MOVA,R5//R5循環左移
　　　　RLA
　　　　MOVR5,A
　　　　MOVA,#00H
　　　　MOVCA,@A+DPTR
　　　　ANLA,R5
　　　　CLR01H//設置01H狀態
　　　　JZRelease1
　　　　SETB01H
　　Release1:SETBP3.2
　　　　MOVA,R5
　　　　ANLA,#080H//判斷字節發送完否
　　　　JZINTEND
　　　　INCDPTR
　　　　AJMPINTEND//跳到中斷結束
　　SecondJ:MOVA,R7//二次判斷
　　　　JZWaitReply//跳到執行應答判斷是否命令接收結束
　　　　ANLA,#008H
　　　　JZWaitOrder//跳到執行接收命令
　　　　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//判斷主機的發送狀態,是否返回
　　　　ANLA,#004H
　　　　JZRLOOP1
　　　　AJMPINTEND//跳到中斷結束
　　WaitReply://執行應答
　　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，能夠穩定地替代SMC1990A1實現TM卡的ROM功能，極大地方便了權限管理人員用于丟失或損壞的TM卡的權限管理。