摘? 要: 介紹一種以DALLAS DS5002FP單片機(jī)為主控制器" title="主控制器">主控制器的MDB/ICP協(xié)議實(shí)現(xiàn)。從硬件和軟件描述了如何控制MDB總線,并給出一個(gè)較成熟的控制外設(shè)" title="外設(shè)">外設(shè)會(huì)話的總線驅(qū)動(dòng)程序。該協(xié)議實(shí)現(xiàn)清晰、簡(jiǎn)單,采用MCS-51兼容單片機(jī)降低成本,充分體現(xiàn)了MDB/ICP的優(yōu)越性。?
關(guān)鍵詞: 單片機(jī) 自動(dòng)售賣(mài)系統(tǒng) 主控制器?
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隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)售賣(mài)系統(tǒng)由于其方便性、易管理性和低成本,正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。而自動(dòng)售賣(mài)系統(tǒng)的外設(shè)也越來(lái)越復(fù)雜,從投幣機(jī)到讀鈔機(jī)到非現(xiàn)金交易(如IC記帳卡),導(dǎo)致對(duì)主控制器的要求越來(lái)越高。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),采用一個(gè)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的內(nèi)部通訊總線協(xié)議" title="總線協(xié)議">總線協(xié)議非常必要。?
本文介紹了歐洲售貨機(jī)制造者協(xié)會(huì)(EVMMA)制定的MDB/ICP總線協(xié)議。該協(xié)議簡(jiǎn)潔明了,功能強(qiáng)大,可擴(kuò)展性強(qiáng),并且對(duì)外掛設(shè)備數(shù)目沒(méi)有限制,是理想的自動(dòng)售賣(mài)系統(tǒng)內(nèi)部總線協(xié)議。本文從主控制器的角度給出了對(duì)MDB/ICP總線進(jìn)行操作控制的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。?
1 MDB/ICP協(xié)議簡(jiǎn)介?
MDB/ICP協(xié)議(Multi-Drop Bus / Internal Communication Protocol)是歐洲售貨機(jī)制造者協(xié)會(huì)制定的一套用于協(xié)調(diào)自動(dòng)售賣(mài)機(jī)的主控制器(VMC)與多個(gè)外設(shè)之間通信的協(xié)議。硬幣機(jī)和讀鈔機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)首先是由Coinco在美國(guó)可口可樂(lè)公司的指定下開(kāi)發(fā)的。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)于1993年被NAMA協(xié)會(huì)采用,經(jīng)過(guò)一個(gè)專門(mén)的工作組修訂后,于1994年被EVMMA采用。第二階段的非現(xiàn)金交易標(biāo)準(zhǔn)由Debitek代表NAMA開(kāi)發(fā),并于1994年被NAMA采用。EVMMA加入了一些兼容的指令后于1995年采用。?
MDB接口實(shí)際上是工作于9600波特率的主從型串行總線接口,所有外圍設(shè)備(例如硬幣機(jī)、讀鈔機(jī)、讀卡器等)均為主控制器(傳統(tǒng)上稱為售貨機(jī)控制器——VMC)的從機(jī)。所有外圍設(shè)備與VMC之間的通信方式都一致。?
MDB協(xié)議的串行位格式為:1個(gè)起始位,8個(gè)數(shù)據(jù)位,1個(gè)方式位與1個(gè)停止位,共11位。位傳遞的順序如圖1所示。其中方式位根據(jù)傳遞的方式不同置0或置1。在MDB總線上,VMC通過(guò)廣播方式向外發(fā)送命令。第一字節(jié)為地址字節(jié)(實(shí)際上只有高5位尋址信息,低3位為對(duì)外設(shè)的指令),該字節(jié)被所有的外設(shè)讀取,但只有符合地址字節(jié)所指定的外設(shè)才處理其后的數(shù)據(jù)字節(jié),并做出反應(yīng)。在VMC到外設(shè)的數(shù)據(jù)中,地址字節(jié)的方式位被置1,數(shù)據(jù)字節(jié)的方式位被置0,外設(shè)通過(guò)檢驗(yàn)接收到的方式位確認(rèn)是地址命令還是數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)從外設(shè)發(fā)送到主機(jī)時(shí),最后送出的字節(jié)方式位被置1,標(biāo)志著數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。?
VMC向外設(shè)傳送的指令由一個(gè)地址字節(jié)、一些可選的數(shù)據(jù)字節(jié)與一個(gè)校驗(yàn)和(CHK)字節(jié)構(gòu)成。發(fā)送指令后,外設(shè)應(yīng)答VMC的通信塊可以由一個(gè)數(shù)據(jù)塊" title="數(shù)據(jù)塊">數(shù)據(jù)塊和一個(gè)CHK字節(jié)組成,或者一個(gè)應(yīng)答字節(jié)(ACK),或者一個(gè)無(wú)應(yīng)答字節(jié)(NAK)。如果外設(shè)應(yīng)答數(shù)據(jù)塊的話,VMC將通過(guò)一個(gè)應(yīng)答字節(jié)(ACK)、無(wú)應(yīng)答字節(jié)(NAK)或重發(fā)字節(jié)(RET)應(yīng)答外設(shè)傳回的數(shù)據(jù)。?
圖2至圖5為幾個(gè)典型的會(huì)話例子,其中“*”表示傳送時(shí)方式位置1,“ADD”表示地址字節(jié),“CHK”表示傳送數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和。?
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2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?
在MDB/ICP總線協(xié)議基礎(chǔ)上,筆者構(gòu)建了一個(gè)實(shí)際的自動(dòng)售賣(mài)系統(tǒng),系統(tǒng)原理圖如圖6所示。VMC通過(guò)MDB總線與投幣機(jī)、讀鈔機(jī)和讀卡器交互,控制外設(shè)的運(yùn)轉(zhuǎn),并從外設(shè)獲得用戶的支付情況。同時(shí),VMC也負(fù)責(zé)處理與用戶之間的交互,驅(qū)動(dòng)液晶顯示,處理鍵盤(pán)輸入,驅(qū)動(dòng)符合用戶需要的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)出貨。在本項(xiàng)目中,VMC還需通過(guò)MODEM自動(dòng)撥號(hào)連接公司總部的服務(wù)器,將銷售數(shù)據(jù)傳送回公司。?
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如圖6所示,所有MDB外設(shè)均掛在同一總線上,由總線提供24V和5V的電源,數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的串口" title="串口">串口相連。?
本項(xiàng)目中選用的單片機(jī)為DALLAS DS5002FP。該單片機(jī)代碼級(jí)兼容MCS-51系列單片機(jī),在使用外存的情況下仍然可以使用4個(gè)PO作為數(shù)據(jù)I/O,帶外設(shè)的能力較強(qiáng)。但它只有一個(gè)串口,控制MDB總線和控制MODEM都需要使用串口,因此必須將串口進(jìn)行復(fù)用。通過(guò)一個(gè)譯碼器實(shí)現(xiàn)選通功能。?
3 MDB/ICP會(huì)話控制?
將VMC與外設(shè)之間通過(guò)MDB總線的會(huì)話分為四個(gè)層次:?
(1)串口初始化?
初始化串口時(shí),主要工作是設(shè)置波特率(9600)和傳輸方式(11位)。為順利獲得9600波特率,單片機(jī)采用的晶振為11.0592MHz。源代碼如下(采用Franklin C51語(yǔ)言編寫(xiě)):?
// 一些常量定義?
#define uchar unsigned char?
#define T_RESPONSE 0xee ??? ??/*5.0毫秒*/?
#define MAX_BLOCK_SIZE 36? /*數(shù)據(jù)塊最大長(zhǎng)度*/?
#define ERR_TIME_OUT 0x81? /*超時(shí)*/?
#define ERR_NO_MODE_BIT 0x82/*未收到最后字節(jié)*/?
#define ERR_CHECKSUM 0x83 /*校驗(yàn)和錯(cuò)*/?
#define ACK 0x00?
#define RET 0xaa?
#define NAK 0xff?
// 初始化串口?
void InitSerialPort()?
{?
??? SCON = 0xd0;??????? // 設(shè)置串口為方式3(9bit)?
??? TMOD &= 0x0f;?
??? TMOD |= 0x20;?????? // 設(shè)置定時(shí)器1為方式2?
??? TR1 = 1;??????????? // 定時(shí)器1使能?
??? TH1 = 0xfd;???????? // 設(shè)定波特率: 9600 NRZ?
??? PCON &= 0x7f;?????? // Set SMOD=0?
??? RI = 0;?
??? TI = 0;?
}?
(2)字節(jié)的傳送?
這里需要注意的是:發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)要根據(jù)需要設(shè)置方式位,而接收數(shù)據(jù)時(shí)要返回方式位的值,以判斷是否收完所有數(shù)據(jù)。?
??? // 傳送字節(jié)?
void TransmitByte(uchar byte, bit mode)?
??? // 形參:byte——準(zhǔn)備發(fā)送的字節(jié)?
??? //?????? mode——預(yù)備要設(shè)置的方式位?
{?
??? TB8 = mode;???????? // 設(shè)置方式位?
??? SBUF = byte;??????????? // 發(fā)送字節(jié)?
??? while(!TI);???????? // 等待發(fā)送完畢?
??? TI = 0;?
}?
??? // 接收字節(jié)?
#pragma disable?
uchar ReceiveByte(uchar *byte, uchar *bMode)?
??? // 形參:*byte——返回接收到的字節(jié)值?
??? //?????? *bMode——返回接收到的字節(jié)的方式位?
??? // 返回值:0—超時(shí),1—成功接收?
{?
??? TMOD &= 0xf0;?
??? TMOD |= 0x01;?????????? // 設(shè)置定時(shí)器0為方式1(16位)?? ?
??? TH0 = T_RESPONSE;?
??? TL0 = 0x00;???????????? // 設(shè)置超時(shí)門(mén)限?
??? TF0 = 0;?
??? TR0 = 1;??????????????? // 定時(shí)器0使能?
??? while (!RI && !TF0)?
??????? ;?????????????????? // 等待接收字節(jié)直至超時(shí)?
??? TF0 = 0;?
??? if (RI) {?????????????????? // 已接收字節(jié)?
??????? RI = 0;?
??????? *byte = SBUF;?????? // 返回字節(jié)值?
??????? *bMode = RB8;?????? // 返回方式位?
??????? return 1;?
??? } else {??????????????????? // 超時(shí)?
??????? RI = 0;?
??????? return 0;?
??? }?
}?
(3) 數(shù)據(jù)塊的傳送?
這部分與下面的會(huì)話部分放在一個(gè)函數(shù)體內(nèi)實(shí)現(xiàn)。?
(4) 會(huì)話?
這是MDB會(huì)話控制的核心部分。根據(jù)需要傳送數(shù)據(jù)包,計(jì)算校驗(yàn)字節(jié),控制方式位,在時(shí)序允許的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)接受外設(shè)返回的數(shù)據(jù),做出ACK或NAK等反應(yīng)。并且按照MDB/ICP標(biāo)準(zhǔn)中推薦的方式處理異常情況,當(dāng)接受數(shù)據(jù)超時(shí)或校驗(yàn)和錯(cuò)時(shí),重復(fù)發(fā)送命令多次,以增強(qiáng)容錯(cuò)性能。將接收到的數(shù)據(jù)返回給調(diào)用者,并返回結(jié)果碼。源程序如下:?
//與外設(shè)會(huì)話,在調(diào)用之前確認(rèn)譯碼器選通MDB總線?
uchar Session(uchar add, uchar dat[], uchar count)?
// 形參:add——VMC發(fā)送的地址指令字節(jié)?
// ??????dat[]——VMC發(fā)送的數(shù)據(jù)塊?
//?????? count——數(shù)據(jù)塊的大小?
// 返回值:0——外設(shè)應(yīng)答ACK?
//?? 非0且小于0x80——外設(shè)應(yīng)答的數(shù)據(jù)塊的大小?
//?? 大于等于0x80——會(huì)話中出錯(cuò)?
// 外設(shè)應(yīng)答的數(shù)據(jù)塊存放在全局?jǐn)?shù)組uchar recBuff[]?
{?
??? uchar data check, i, j, err;?
??? uchar data mode;?
?????
??? for (j=0; j<5; j++) {? //最多重復(fù)發(fā)送命令5次?
??????? check = 0;?
??????? err = 0;?
??????? TransmitByte(add, 1);?????????? //發(fā)送地址字節(jié)?
??????? check += add;?????????????? //計(jì)算CHK?
??????? for (i=0; i ??????????? TransmitByte(dat[i], 0);? ??????????? check += dat[i];? ??????? }? ??????? TransmitByte(check, 0); ??????? //發(fā)送CHK? ??????? for (i=0, check=0, mode=0;? ??????? !mode && i ??????? i++)? ??????? { // 反復(fù)接收字節(jié)直至方式位為1或出錯(cuò)? ??????? // 接收到的數(shù)據(jù)存在全局?jǐn)?shù)組recBuff[]里? ??????????? if (!ReceiveByte(recBuff+i, &mode))? ??????????? //超時(shí)。外設(shè)可用超時(shí)表示NAK? ??????????????? err = i?ERR_TIME_OUT:NAK;? ??????????? else if (i==0 && recBuff[i]==NAK ? ??????????? && mode)? ??????????? // 收到NAK? ??????????????? err = NAK;? ??????????? else if (!mode)? ??????????? //方式位為0表示還有數(shù)據(jù)? ??????????????? check += recBuff[i];? ??????? }? // for i? ??????? ? ??????? if (!err) {???? // 未發(fā)生錯(cuò)誤? ??????????? if (!mode) {? ??????????????????????? // 收完36個(gè)字節(jié)還未結(jié)束? ??????????????? TransmitByte(NAK, 0);? ??????????????? err = ERR_NO_MODE_BIT;? ??????????? } else if (i>1) {? ??????????????????????? // 收到數(shù)據(jù)塊? ??????????????? if (check != recBuff[i-1]) {? ??????????????????????? //校驗(yàn)和錯(cuò)? ??????????????????? TransmitByte(NAK, 0);? ??????????????????? err = ERR_CHECKSUM;? ??????????????? } else {? ??????????????????????? //一切正常,發(fā)送ACK后跳出循環(huán)? ??????????????????? TransmitByte(ACK, 0);? ??????????????????? break;? ??????????????? }? ??????????? } else? ??????????????????????????? //收到外設(shè)傳來(lái)的ACK? ??????????????? break;? ??????? } // if (!err)? ??????? Wait(T_RESPONSE);?? //防止與外設(shè)數(shù)據(jù)沖突? ??? } // for j? ??????????????? //返回接收到的數(shù)據(jù)塊大小或出錯(cuò)代碼? ??? return err?err:(i-1);? }? 本文使用DS5002FP實(shí)現(xiàn)了對(duì)MDB總線的控制與訪問(wèn)。通過(guò)將MDB/ICP協(xié)議進(jìn)行分解,很好地實(shí)現(xiàn)了總線驅(qū)動(dòng)。實(shí)踐證明該驅(qū)動(dòng)程序穩(wěn)定、可靠,大大降低了上層界面開(kāi)發(fā)的難度,提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性,節(jié)約了成本。? 參考文獻(xiàn)? 1 DALLAS Semiconductor Corp. Secure Microcontroller Data Book, 1996? 2 Philips Semiconductors.80C51-Based 8-Bit Microcontrollers,1994? 3 EVMMA. The I.C.P.(M.D.B. Europe) V2.1, 1996? 4 徐愛(ài)鈞, 彭繡華. 單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì).北京:電子工業(yè)出版社, 1998? 5 何立民. MCU應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)綱要V0.5. 電子技術(shù)應(yīng)用, 1999; 5(4)?