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基于STM32的税控器方案

作者:  时间:2008-12-10 21:46  来源:

随着金税工程的推广,税控市场将得到迅猛发展,税控器作为四大税控产品之一,其市场份额不容小觑,税控厂家需要为产品的性能、成本做多方面考量。之前各个厂家的税控器
方案,可能因为成本的考虑选择了8 位单片机,也有因为性能扩展的需要选择16 位、32 位MCU 作为税控器主控芯片。今天,ST (意法半导体公司)延续了其之前基于STR7 的税控器
体系架构,并借鉴在STR9 银税一体机方案中的经验,推出了一款采用STM32 这一高性能、低成本芯片的税控器方案。


方案介绍
与以往方案( 图1) 对比,STM32 方案( 图2) 结构简单,模块功能化,减少了外部数据总线的数量,有效减小制板面积,很好地保证了系统的可靠性及安全性。ST 还提供详细的设计报告,无论是软件还是硬件的开发都大大缩短了厂家的开发时间。在正式生产时,ST 可以提供方案中大部分芯片,避免了采购时可能出现供应商多、采购渠道混乱的情况,保障其产品快速推向市场。

● 开发工具开发工具推荐两家:IAR 和KEIL( 国内部分工程师可能习惯ADS ,但ARM 公司已不再对ADS 软件进行维护更新,故无法支持新的IC ,如STM32) 。AR 的ISO/ANSI C/C++ 编译器能产生精简、快速的代码,并能支持扩展的嵌入式C++ 特性,包括模板和标准模板库(STL) 。KEIL 是用过51 单片机的工程师都很熟悉的工具,被ARM 公司收购之后,在IDE 中可以直接使用ARM 的工具链,具有强大的软件仿真功能,对于习惯用ADS 的工程师来说,KEIL 是个不错的选择,因为代码基本不需要修改,只需要在KEIL 中重建工程即可实现平台的转换移植。

● 主控制芯片
ST 的STM32 系列32 位闪存微控制器基于ARM Cortex-M3 内核,这是一款专为嵌入式应用而开发的内核。STM32 在Cortex-M3 架构上进行了多项改进,包括提升性能的同时又提高了代码密度的Thumb-2 指令集、大幅度提高的中断响应,而且所有新功能都同时具有优异的功耗水平,结构见图3 。相较于8 位、16 位单片机,ARM 核的好处是低功耗、高性能,相同的软件在不同的核之间可以兼容。相较于A R M 系列其他芯片,STM32 运行速度更快,性能也得到很大提高,在核上设计了单周期乘法制定的硬件触发。在代码的密度上,比普通3 2 位单片机省30% ~45% ;与16 位单片机相比,代码空间可以节省50% ;如果拿8 位单片机作比较,代码空间可以节省70% 左右。功耗方面,STM32工作在1MHz 频率下为0.15mW ,只有ARM7 的一半,所以在相同的工作模式下面,STM32 可以减少30% 的功耗,内核电压是1.8V ,芯片电压是3.3V ,可以选择睡眠模式、待机模式,保证低功耗应用的要求。系统的外围控制非常丰富: 最大2 5 6 k B F L A S H ( 相当于A R M 7 的450kB 空间)、最大20kB RAM 、2 个I2C 接口、2 个SPI 接口、3 个智能IC卡接口(与UART 复用) 符合ISO7816协议、USB 2.0 接口、80 个快速I/O口、16 通道的12位A/D 转换器、7 个定时器( 包含一个RTC) 、支持通过UART 实现IAP 功能、IC卡读写器。STM32 的3个UART 口可以通过内部寄存器配置成智能卡模式,符合ISO7816-3 标准所定义的异步协议。另外,方案中设计了硬件保护电路,随时监测电路状况,为系统提供完善的IC 卡短路保护。虚拟串口驱动stmcdc.inf ,之后联机时选择USB 虚拟的串口号即可,并且可以与另一标准串口“同时”连接,不会造成通讯异常。

● 日历时钟
M41T83 是一款提供出厂前校准的串行实时时钟(RTC) 芯片(图4) ,包括一个400kHz 的I2C 接口、模拟校准、一个可编程的自动重载计数器/ 计时器和两个闹铃。它采用内建晶体的封装,提前校准精度大约为5ppm ,利用一个一次性可编程(OTP) 寄存器,可以在工厂测试期间微调片上3 2 .768kHz 振荡器的内部负载电容,确保这些产品每月计时精确度在1 2 s内。另外,当电源电压VCC 断开时,芯片会自动转接备用电源,备用电流低至450nA( 典型值),还有一个内置电池监控器负责检查备用电源电压,当需要更换电池时发出提示信号。在电源恢复后产生200ms 的复位信号,这个上电复位/ 低压检测功能可以为设
计工程师节省一个独立的板上复位IC 。ST 还应不同客户应用的需要,提供M41T82 的低价解决方案:去掉看门狗、方波信号发生器和闹铃提醒功能,但是保留了400kHz I 2C 总线口、模拟用户校准、电源切换高精度电压参考管、电池监控器、12 字节的N V R A M 和复位输出,并采用占位很小的8 引脚SOIC 低价封装。
● 电源管理
整个系统可以通过USB 连接PC供电或通过板上的插座外接电源供电。另外设计了专用的电压检测电路对外部供电进行监控,并采用一个2.7V 、3.3F 的电容作为外部供电停止后的备用电源,保证当前税控流程的完整,防止操作中数据丢失,其保护时间可达15s 。

● 数据存储
FLASH M25P64 通过SPI 串行接口与MCU 连接,大大简化了系统设计,减少了封装的引脚数量及总线干扰。FLASH 采用优质的CMOS 制造工艺,数据保存期限至少20 年,每扇区擦写次数保证10 万次,其中包括整体擦除和扇区擦除指令。它的数据传输时钟频率可达50MHz ,数据读取吞吐量最高50Mbps 并设计有深节能模式(power-down) ,仅消耗1mA 电流,从而大幅度降低了系统功耗。在设计中,为了迎合不同用户的需求,从2MB~16MB 容量型号的芯片软硬件完全兼容,其中软件被分为两层:底层API 是以页面和扇区为对象的读写和擦除操作;高层API 是以整个统一存储空间为对象的读写透明操作,完全无需顾及因为硬件的特殊性而产生的各种限制(如跨页编程、跨扇区编程、在已经有内容的区域更新内容、跨页更新内容、跨扇区更新内容等等)。FLASH 的
● USB 通信
STM32 的USB 接口符合USB2.0全速设备的技术规范,软件设计遵循C D C ( C o m m u n i c a t i o n D e v i c eClass) 规范,虚拟成一个模拟串口与上位机通讯。使用时,无需改变上位机程序,只需要在第一次使用时安装写操作流程见图5。

● U 盘读写
C H 3 7 5 是一个带U A R T 接口的USB 总线通用接口芯片,内部集成了PLL 倍频器、主从USB 接口SIE 、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行口、命令解释器、控制传输的协议处理器和通用的固件程序等;串行接口速度可达460800bps ,利用其动态链接库实现USB-HOST 主机方式读写U盘。支持常用的F A T 1 2 、F A T 1 6 和FAT32 文件系统,支持U 盘最大容量100GB 。在读写操作中,不需要考虑文件系统,只需要了解文件名、文件长度等基本资料。
● 软件流程
STM32 税控器适用于PC 开具税控发票的场所,通过税控IC 卡的相互认证,可连接外部税控打印机打印税控防伪发票,存储相关税控数据,并完成申报完税及核查的所有税控应用。其软硬件设计均通过国家电子计算机质量监督检验中心的税控检测,完全符合国家税控标准。

结束语
本方案与其他厂家税控器方案比
较,在生产和研发成本大大降低的条
件下,安全性、功耗和性能方面还有
很大的提升。

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