摘? 要: 介紹一種基于新型自動(dòng)識(shí)別芯片iButtonTM的單位考勤系統(tǒng)——識(shí)讀器的硬件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理，并給出了系統(tǒng)的工作過程。

　　關(guān)鍵詞: 識(shí)讀器 自動(dòng)識(shí)別芯片iButton^TM? 考勤

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　　隨著郵政事業(yè)的飛速發(fā)展，郵政網(wǎng)絡(luò)遍布鄉(xiāng)村。因而，對(duì)郵政職工工作情況的考勤，則是一件很困難的事情。近年來，世界發(fā)達(dá)國家相繼推出對(duì)于這種區(qū)域分散廣、地域偏僻、操作和監(jiān)督管理困難的領(lǐng)域?qū)嵤┍O(jiān)督的考勤系統(tǒng)。在國內(nèi)市場上，單位考勤系統(tǒng)多采用IC卡識(shí)別技術(shù)，系統(tǒng)通過IC卡記錄被考勤人員的工作情況，用單片機(jī)進(jìn)行管理。考慮到郵政管理系統(tǒng)的特殊性，用傳統(tǒng)思想研制的考勤系統(tǒng)難以滿足需要。一種基于新型自動(dòng)識(shí)別芯片iButtonTM的考勤系統(tǒng)就是因此而設(shè)計(jì)的。

1 iButton^TM簡介

　　iButton^TM是美國DALLAS公司生產(chǎn)的自動(dòng)識(shí)別芯片。它采用不銹鋼殼封裝，與IC卡、磁卡相比，iButton^TM更適宜于在惡劣環(huán)境下工作，而且接口簡單，可靠性更高。iButton^TM內(nèi)部數(shù)據(jù)接口如圖1所示。

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　　iButton^TM具有以下主要特征:

　　(1)接口簡單。只有一根地線和一根數(shù)據(jù)線，操作時(shí)，從數(shù)據(jù)線上竊取能量，或從嵌入的鋰電池里獲取能量。

　　(2)每個(gè)iButtonTM都有一個(gè)唯一的識(shí)別碼。該識(shí)別碼在產(chǎn)品出廠時(shí)，由廠家寫入。其內(nèi)部識(shí)別碼具有8個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是家族碼，后面跟著6個(gè)字節(jié)的唯一串行碼，用以區(qū)分同一家族中不同的iButtonTM，最后一個(gè)字節(jié)是CRC校驗(yàn)碼。

　　(3)通過一線協(xié)議，采用內(nèi)部自定時(shí)邏輯，在離散的時(shí)間片上完成命令和數(shù)據(jù)的傳送。

2 識(shí)讀器的工作原理

　　基于IC卡的一般考勤系統(tǒng)，在考勤機(jī)上留有IC卡槽，工作人員使用IC卡接受考勤時(shí)，必須將IC卡插入考勤機(jī)的卡槽中，考勤機(jī)為其提供+5V工作電壓。CPU通過控制IC卡上的CLK時(shí)鐘輸入端和I/O引腳，按照IC卡的讀寫時(shí)序，完成對(duì)IC卡的讀寫操作。這種考勤系統(tǒng)適宜于考勤機(jī)固定、IC卡流動(dòng)的場合。而對(duì)于郵政系統(tǒng)中郵政職工的考勤，基于IC卡的考勤系統(tǒng)顯得力不從心。因?yàn)橐粋€(gè)郵政職工要管理多個(gè)郵箱，這些郵箱分布區(qū)域廣。要求考勤機(jī)能夠記錄每個(gè)職工每天開取郵箱的時(shí)間，沿用老式IC卡考勤系統(tǒng)，顯然是不切實(shí)際的。

　　美國DALLAS公司生產(chǎn)一種新型自動(dòng)識(shí)別芯片iButton^TM，它的封裝形式非常適宜于惡劣環(huán)境下的操作，接口又簡單，所以我們?cè)陂_發(fā)郵政系統(tǒng)單位考勤系統(tǒng)時(shí)，選用了DS1990A為自動(dòng)識(shí)別芯片。

　　在新型考勤系統(tǒng)中，將iButton^TM固定在郵箱中。職工開取郵箱時(shí)，手持識(shí)讀器，用識(shí)讀器主動(dòng)碰觸iButton^TM。當(dāng)識(shí)讀器確定已經(jīng)和iButton^TM接觸上時(shí)，便在一線總線上完成命令和數(shù)據(jù)的傳送，識(shí)讀器將該職工開取該郵箱的時(shí)間記入識(shí)讀器。一定時(shí)間以后，再將識(shí)讀器中記錄的考勤結(jié)果通過傳送接口送往微機(jī)，供考核人員考查。

3 硬件結(jié)構(gòu)與原理

　　識(shí)讀器原理如圖2所示。因?yàn)樽R(shí)讀器采用電池供電，而且要求識(shí)讀器的體積小，便于攜帶，所以在設(shè)計(jì)識(shí)讀器時(shí)，要盡可能選取功耗低、體積小、集成度高的器件。

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　　基于上述考慮，在該電路中，CPU采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS5002。該單片機(jī)指令集與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051兼容;在字節(jié)寬總線上可獲得64K程序區(qū)和64K數(shù)據(jù)區(qū);它具有鋰電池后備功能，在無電源的情況下，依靠鋰后備電池提供+3V電壓來維持SRAM中的數(shù)據(jù)，保持時(shí)間可達(dá)十年之久。另外，該單片機(jī)還有較強(qiáng)的電源管理功能，能提供掉電復(fù)位、電源不足報(bào)警中斷，可自動(dòng)完成電源和后備電池的切換工作。同時(shí)，還能夠在系統(tǒng)編程，使用起來非常方便。

　　存儲(chǔ)器芯片選用東芝的M5M51008CVP。該存儲(chǔ)器芯片容量為128K，采用CMOS工藝，具有高可靠性、高密度、低功耗等特性。數(shù)據(jù)保持電壓2V，保持電流0.1μA(V_CC=3.0V)，非常適宜于電池后備的應(yīng)用場合。

　　采用DS1302時(shí)鐘芯片作為系統(tǒng)時(shí)鐘。該芯片可提供系統(tǒng)的年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間參數(shù)，電壓工作范圍在+2.5V～+5.5V之間，且具有簡單的3線串行接口。電壓在2.5V時(shí)耗電小于300nA。

　　采用9V電池為系統(tǒng)提供電源，它通過DC-DC模塊為單片機(jī)提供+5V工作電壓。我們選用的DC-DC芯片在100μA負(fù)載時(shí)僅需15μA的靜電流，非常適合于電池供電系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)平時(shí)處于斷電狀態(tài)，功耗接近于0，當(dāng)識(shí)讀器與iButton^TM接觸時(shí)，iButton^TM將識(shí)讀器數(shù)據(jù)線上的高電平拉為低電平，使系統(tǒng)上電復(fù)位，開始工作。當(dāng)識(shí)讀器已經(jīng)確定和iButton^TM接觸上時(shí)，便按照一線協(xié)議開始對(duì)iButton^TM操作，讀取iButton^TM的識(shí)別碼，并從DS1302中讀取當(dāng)前的時(shí)間，將識(shí)別碼和時(shí)間存儲(chǔ)于SRAM中，之后系統(tǒng)自動(dòng)斷電。在系統(tǒng)工作過程中，若V_CC≤V_PFW(V_PFW的典型值為4.31V)，即當(dāng)電源電壓不夠時(shí)，DS5002會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警中斷，以提醒用戶及時(shí)更換電池。在系統(tǒng)斷電時(shí)，由備用電池保護(hù)存放在SRAM中的程序和數(shù)據(jù)，并為系統(tǒng)時(shí)鐘芯片DS1302提供+3V工作電壓。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

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　　本設(shè)備是使用新型自動(dòng)識(shí)別芯片的考勤系統(tǒng)，因?yàn)樽詣?dòng)識(shí)別芯片iButton^TM具有IC卡所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，所以其市場發(fā)展前景十分廣闊，本例只是它眾多實(shí)例中的一個(gè)。

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參考文獻(xiàn)

1 DALLAS SEMICONDUCTOR.Application Note Book，1997-1998

2 DALL SEMICONDUTOR.Secure Microcontroller Data Book，1997-1998

3 關(guān)德新，馮文全.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)(電源器件分冊(cè)).北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1998.6