基于51内核μPSD32xx单片机在税控器中的应用

１ 引言

税控设备是国家税务部门实现税收管理信息化的必然手段之一，税控器作为税控设备之一，是在计算机等电子设备的配合下实现税控功能的电子装置，它可保证经营数据的正确生成、可靠存储和安全传输，能满足税务机关的管理和数据核查等要求。税控器通常与一台普通收款机（主机）相连，共同完成经营和税控的功能，连接关系见图１。

税控器是集软硬件于一体的嵌入式系统，为了更有效地使用单片机并提高开发的通用性，可采用平台思想和模块化设计，划分层次结构，以尽可能实现硬件的灵活性和软件的可移植性。

２ μPSD32xx单片机简介

２．１ 主要特性

μＰＳＤ３２ｘｘ系列是ＳＴ（意法半导体）公司推出的新型单片机，它采用增强型ＭＣＳ－５１内核，是ＭＣＵ＋ＰＳＤ的ＳｏＣ单片机，该器件具有如下特点：

●２片Ｆｌａｓｈ存储器，用于存储程序或数据，易于实现在应用编程(ＩＡＰ)功能。

●可选择备电保护的大容量ＳＲＡＭ。

●２种可编程逻辑电路，分别为地址译码ＤＰＬＤ和组合逻辑ＣＰＬＤ。

●６组通用Ｉ／Ｏ提供多达３７或４６个Ｉ／Ｏ引脚。●主从方式的Ｉ２Ｃ。

●低速模式的ＵＳＢ １．１。

●２路串行通道ＵＡＲＴ。

●在系统编程的ＪＴＡＧ口。

２．２ 开发环境

系统软件可在ＫＥＩＬ公司的ＫＥＩＬ ５１集成开发环境μＶｉｓｉｏｎ２中进行设计、编译和仿真，并运用ＳＴ公司的ＰＳＤｓｏｆｔ Ｅｘｐｒｅｓｓ软件进行编程下载和内部配置。该软件可以对μＰＳＤ３２ｘｘ系列单片机的片内Ｆｌａｓｈ、ＳＲＡＭ和ＰＬＤ进行配置，并将编译生成的程序代码文件（．ＨＥＸ）和配置文件融合生成．ＯＢＪ文件下载到单片机中。下载时还需使用ＦｌａｓｈＬＩＮＫ编程电缆连接ＰＣ机的标准并口和单片机的ＪＴＡＧ口。

３ 硬件设计方案

３．１ 硬件需求

税控器应具备的基本功能如下：具有实时时钟和记录税控数据的大容量存储器；带有符合ＩＳＯ７８１６标准的ＩＣ卡读写器，支持税控卡、用户卡和税务管理卡；可通过ＵＳＢ或串口与主机通讯；具有在掉电后可保存存储器数据和时钟运行的备份电池；允许异常断电而不破坏任何有效数据。

３．２ 硬件系统组成

税控器内部的硬件系统结构见图２。

（１） 主控模块ＭＣＵ

主控模块ＭＣＵ采用ＳＴ公司的μＰＳＤ３２３４Ａ单片机，它内部具有２５６ｋＢ的主Ｆｌａｓｈ、３２ｋＢ的次Ｆｌａｓｈ和８ｋＢ ＳＲＡＭ，工作电压为５Ｖ，选用２４ＭＨｚ晶振。其中ＳＲＡＭ由片外的备用电池供电，可存放一些长期保存的数据，维持电流仅需１μＡ。

主控模块通过ＵＳＢ或ＵＡＲＴ与主机相连，通过Ｉ２Ｃ与ＲＴＣ相连，通过Ｉ／Ｏ与ＩＣＣ及ＭＥＭ相连。

（２） 时钟模块ＲＴＣ

时钟模块ＲＴＣ采用ＳＴ公司的Ｍ４１Ｔ０Ｍ６，该芯片具有实时时钟／日历功能，可计时毫秒、秒、分钟、小时、星期、日、月、年、世纪。在系统掉电以后可由片外的备用电池供电，以保持片内时钟的继续运行。采用３２．７６８ｋＨｚ晶振，工作电压５Ｖ，工作电流１３０～２００μＡ，备用电池电压３Ｖ，维持电流仅需１ｕＡ。Ｉ２Ｃ的最大传输速率为４００ｋＨｚ。

（３）存储器ＭＥＭ

存储器ＭＥＭ采用ＳＴ公司的２ＭＢ串行Ｆｌａｓｈ芯片Ｍ２５Ｐ１６，共有３２个扇区，每个扇区２５６页，每页２５６字节，页编程时间为１．４ｍｓ。Ｍ２５Ｐ１６采用ＳＰＩ总线接口，最大传输速率５０ＭＨｚ，低工作电压３．３Ｖ。为了实现５Ｖ－３．３Ｖ逻辑电平转换，可使用Ｏｎｓｅｍｉ公司的三路非反相施密特触发器ＮＬ３７ＷＺ１７，它兼容５Ｖ和３Ｖ逻辑电平，输出驱动可达２４ｍＡ。Ｆｌａｓｈ存储器主要用来存储发票数据和税控数据。

(４)ＩＣ卡模块ＩＣＣ

ＩＣ卡模块ＩＣＣ采用Ｏｎｓｅｍｉ公司的ＮＣＮ６００４Ａ。ＮＣＮ６００４Ａ具有双路卡接口，符合ＩＳＯ ７８１６－３和ＥＭＶ标准。工作电压５Ｖ，电流１５０ｍＡ，内置ＤＣ／ＤＣ，能为每个卡提供６５ｍＡ／５Ｖ电源，外部晶振１４．２８ＭＨｚ，内置可编程的卡通信总线时钟。

ＭＣＵ通过Ｉ／Ｏ线与ＮＣＮ６００４Ａ进行串行通信。为了节省Ｉ／Ｏ资源，可选择复用连线方式，即两个卡共享一路通道，由选卡信号区分，分别实现税控卡和用户卡的访问功能。

（５）ＵＳＢ接口

ＭＣＵ内部带有ＵＳＢ通讯控制器，为了滤波和ＥＳＤ保护，接口部分采用Ｏｎｓｅｍｉ公司的ＳＴＦ２０２。ＳＴＦ２０２的工作电压为３．３Ｖ，ＤＩＮ２脚内部带１．５ｋΩ上拉电阻。由于ＭＣＵ仅支持低速ＵＳＢ设备，所以它的ＵＳＢ＿Ｄ＿必须要连接ＳＴＦ２０２的ＤＩＮ２