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　　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。考慮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。

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　　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。現在改為單片機模擬SMC1990A1子設備(現稱為“從機”)。

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　　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。

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　　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。

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　　圖4 主機寫0時序

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　　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。

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　　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。

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　　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。

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　　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。