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基于MDB/ICP協(xié)議的自動(dòng)售賣(mài)系統(tǒng)的主控制器實(shí)現(xiàn)
摘要：介紹一種以DALLAS DS5002FP單片機(jī)為主控制器的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)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
隨著國(guó)你經(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記賬卡），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)議非常必要。
本文介紹了歐洲售機(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)外掛外設(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）(范文先生網(wǎng)www.panasonaic.com收集整理)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(zhuān)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1994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(chēng)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）或得發(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。
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)獲得用戶的支持情況。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)連接公司總線的服務(wù)器，將銷(xiāo)售數(shù)據(jù)傳送回公司。
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)）：
// 一點(diǎn)常量定義
#define uchar unsigned char
#define T_RESPONSE 0xee //*5.0毫秒*/
#define MAX_BLOCK_SIZF 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 I=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)定波行率：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)接愛(ài)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)中堆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)用乾，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<count,i++){ //發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)
TransmitByte(dat[i],0);
check +=dat[i];
}
TransmitByte(check,0); //發(fā)送CHK
for (i=0,check=0,mode=0;
!mode && i<MAX_BLOCK_SIZE && !err;
i++)
{//反復(fù)接收字節(jié)直到方式位為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。
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