嵌入式系统设计.doc

2011-2012第二学期大作业 嵌入式系统的设计题目: 税控收款机的设计 班级: 姓名: 学号: 日期: 评分: 阅卷老师: 税控收款机的设计1.税控收款机的需求分析 税控收款机作为税控系统中直接应用部分，所起到的作用为：商品销售管理， 同时真实安全记录纳税人经营数据，保证数据的正确生成，可靠存储，安全传输， 为税务部门对纳税人的经营情况进行有效监控，提供有效的稽查手段。接下来分 别从用户分类、产品功能和应用环境三个方面对税控收款机的客户需求进行分析。 1.1用户分类 税控收款机的用户呵划分为：使用者(商家)，直接使用者(收款员)以及税务 局局方。其具体用途特性如下: 商家：在税控收款机使用者上，即有共性，也有行业个性，因此，税控收款机在设计上要体现功能的共性，同时能够升级为具有行业特殊个性的功能。 收款员：收款员普遍文化程度在高中以下，而且工作时间较长，因此税控收款机在设计上尽量考虑使用方便，具有良好的用户界面，具有完善的出错报警提示。 税务局局方：他们所关心的是税控收款机的税控功能，这其中包括税务数据 的正确生成，可靠存储，安全传输，税务的管理和稽查等功能。因此，税控收款 机在设计上应能够很好的体现税控功能。1.2 应用环境 税控收款机的推广主要是在商业零售业、饮食业、娱乐业、服务业、交通运 输业等行业。而税控收款枫的实际应用环境主要是：商场、旅馆、餐馆、酒吧等 室内营业环境，工作条件和环境较好。2 税控收款机的具体功能 根据税控收款机的主要应用即商品销售和税务管理，可以把税控收款机细分 为如下功能：电子报税功能、税务稽查功能、报表打印功能、发票管理功能等。2.1 电子报税功能： 主要实现到报税时进行报税操作和完税操作，需要注意的是整个报税过程 必须在锁机状态下完成。另外考虑到税务安全性，到报税日期不报税，将进行锁机，不能再继续。 2.2 税务稽查功能 其主要是实现税务稽奁功能，能通过稽查报表进行报税情况查询。 2.3 报表打印功能 对各种报表的打印，是税控机的一种主要功能2.4 发票管理功能 发票是税控工作的主要对象和载体，对于它而言，主要有以下三种操作： (1)废票处理：对未打印但损坏或未打印完全的发票，进行废除该票的处理。(2)购入发票：具体实现将用户在税务局购买的发票信息从用户长中读出，并写入在税控机上。(3)发票起止号设置：设置与当前使用的发票卷起止号相符的发票号码。3 税控收款机的硬件结构设计系统结构图如下：31主板模块的设计 3.1.1 MCU的选择采用P89C52+FLASH(SST39SF01)的方案，使程序存储器可以达到128KB。 P89C52是基于80C51内核采用PHILlPS高密度CMOS技术 设计制造，包含中央处理单元、8k字节非异失性Flash只读程序存储器EPROM、 256字节内部数据存储器RAM、32个双向输入输出0o)口、3个16位定时计数 器和6个中断源，4层优先级中断嵌套结构，可用于多机通信的串行i0门，IO 扩展或全双工UART，片内时钟振荡电路。芯片框图如下:312晶振的选择 晶振选用110592MHz，在PCB设计中：将连接X1、X2和IC引脚的距离应 该尽调节到最短；而连线也避免靠大电流线路太近：调整电容接地端应接VSS, 这样保障其可靠性和稳定性。313存储器的扩展 税控机系统是有一个复杂的存储系统，分别用于存储：系统程序、运算数据、税控数据、商品数据和字库。在设计中，将存储器分为五类： 扩展外部存储器；扩展FLASH ；扩展NVRAM ；扩展RAM； 扩展字库。 314复位电路 选用MAX813L来完成，该芯片同时完成WATCHDOG和掉电检测功能。而掉电检测主要是用于在电池电压低和外部电压低到定程度时，对某些关键数据进行保护，有看门狗功能和掉电检查功能。315实时时钟 采用12C总线的PCF8563芯片，它的“年”可以达到99。该时钟的CLOCK脚 可以输出方波，接到MCU的INTl脚，作为一个定时中断。 316串口通讯接口 系统设计了2个RS232接口，以实现串口通信f连接PC和Scan)。采用MAX202E来作为TTlURS一232电平转换，串口通讯以及MODEM的 区别则由软件实现。MCU的RXD和TXD端，通过隔离数字量输入模块(ADAM。4052)与MAX202E 的ROUT和TIN端口相连接。系统MCU具有完善的串行通信接口，利用RXD和TXD两个引脚作为通讯线的二线制串行通信接口，实现全双工异步通信。设计中，采用MAX202E芯片将1TrL电平转换为RS232电平转换，可以实现远距离传输 与上位机通信。317 lC卡接口S棚卡接口 lC卡接口采用lS07816控制。另外由于需要控制IC卡电源快速下电，所以增 加了一个放电回路，在IC卡下电时，该三极管导通，把并联在IC卡电源上的电 容的电快速放完，从而使lC卡电源快速下电。 318译码电路 由于MCU本身的Io口数量限制，而系统本身还需要实现：LCM驱动、VFD 驱动、按键扫描、打印机接口、IC卡接口、SAM卡接口等,存储器的译码：由于希望对IO口操作和对扩展RAM操作时，不进行频繁的 页面切换，以及避免由于程序疏忽或干扰造成页面切换不正确，所以对存储译码电路要进行了一些优化设计。 32打印模块的设计 税控收款机的一个重要功能就是打印发票，打印功能的实现是整个系统中相 当重要的一步。打印机驱动板主要完成对打印机芯的控制，从而能在主机的控制下打印发票。其组成主要包括：协理MCU、打印字库、打印机控制电路、以及打印机。 33电源模块的设计 电源模块是整个系统的工作的保障，由于本系统是采用市电供电，因此，电源模块的安全性直接影响到整机的可靠性和安全性。本系统采用开关电源。 34显示模块的设计 显示模块分为两个部分，一个是 为操作者提供了一个交互界面，完成商品的商业销售、商业管理，以及各类统计报表的打印，一个为消费者提供了一个显示界面，主要销售消费金额等。 35键盘模块的设计 键盘采用了54键键盘，10个数字键，10个功能键。键盘分为3类：税收项目类、数值类和销售管理类。4 硬件设备驱动设计 在本款税控收款机中，硬件设备驱动主要包括PWM驱动、 液晶显示驱动、串行口模块驱动、打印机驱动、键盘驱动、蜂鸣器驱动、看门狗驱动、通信模块驱动、IC卡驱动、A/D转换模块驱动等。下面以PWM驱动、蜂鸣器驱动、LED模块驱动、键盘驱动、打印机驱动为例编写简单代码。4.1 PWM驱动程序的设计 1.相关寄存器的设置：I/O端口控制寄存器；定时器控制寄存器；定时器减法缓冲寄存器；定时器比较缓冲寄存器等，对这些进行一些参数设定。 2、工作过程：将驱动程序编译到内核中，免去了下载、插入等过程。在应用程序中通过open()函数打开驱动设备文件，就可以进行读写等操作了。3、程序部分代码(1)在init_hardware()函数中：Staic void init_hardware（）完成对I/O端口控制寄存器的设置；(2)在pwm_setfirst Value()函数中：Void pwm_setfirst Value（Void）完成对占空比寄存器的初始值设置及对PWM定时器1的启动(3)在函数pwm_write()函数中：Ssize_t pwm_write(struct file*file,const char* buf,size_t_count,loff_t*offset)将用户设置的值传递到内核空间调用函数：Static void pwm_set_value(int val)设置占空比4.2 蜂鸣器驱动程序设计在buzzer_set_value()函数中：If（val=1）*unit-GPB_DAT=*unit- GPB_DAT&(0x1)Else*unit-GPB_DAT=*unit- GPB_DAT&|0x14.3 LED模块驱动程序设计在set_value()函数中：U32 temp；Tmp &=0xF;Temp=*unit- GPF_DAT;Temp&=(0xFn); n为LED灯的个数Temp|=(tmp&0x0F) GPF_DAT=temp;4.4 键盘驱动程序设计键盘连接电路如下:(1) 写数据函数Void iic_write_cur(UINT32T unSlaveAddr,UINT32T unAddr,UINT8T ucData) 完成数据的传送过程其中会用到ack_reset_protect函数，作用是把应答位请零，进行下一次响应。(2) 读取数据函数int iic_read_keybd(UINT32T unSlaveAddr,UINT32T unAddr)完成对数据的接收与读取(3) 键盘的测试用key_set(）函数可以将读到的键值来转换成键盘上的字符，来完成功能的实现。Char key_set(char ucChar)switch(ucChar) Return ucChar;Int main(int argc,char * * argv) 4.5 打印机驱动打印机状态图如下：write操作：static int prt_write(struct file*flip，const char*bursize_t Count，loff_t*f_pos)5 实现嵌入式5.1 linux操作系统 选择嵌入式linux操作系统，能运行于各种类型的微处理器上，兼容性好、内核精小、效率高、具 有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能。Linux把设备分为字符设备，块设备。 要进行嵌入式开发主要有以下三个步骤： 1、在主机上建立安装开发环境(包括编译器，各种源代码及其他工具等)： 2、在主机平台上裁剪编译Linux内核驱动程序； 3、在目标板上安装Linux内核驱动程序。编译过程应使用arm-1inux-gcc: 编译命令：arm-1inux-gcc-D- KERNEL-IkernelincludeDKBUILD_BASENAME=hicense-DMODULEc-o linuxIO linuxlc 其中： armlinuxgec表示使用armgec进行跨平台的交叉编泽。 一DKERNEL-一表示把内核信息编译到连接文件中。 一D-MODULE一表示编译过程采用内核模块的规则进行编译。 一Ikernelinclude表示当前的头文件引用路径，由于模块编译可能调用很多系统函数，所以通过一I将头文件所在的路径引用进来。 c前面有介绍，只编译，不连接成为可执彳亍文件，编译器只是由输入的c 等源代码文件生成o为后缀的目标文件。加载的时候通过insmodo加载到内存空间。5.2 软件总流程系统模块与层次化结合的结构图,如下:税控收款机的软件系统总流程图： 图为整个税控打印机系统的总流程，按照这个流程完成税控收款机的系统自检、税控机初始化、权限设置和分支流程(即管理流程、销售流程等)。下面 再分别对管理流程和销售流程进行介绍。5.3 系统程序的编译、烧写 税控收款机软件程序按照如上的框架和结构进行c语言编写，然后再经过合 并、编译、链接和定址后形成6个烧写程序块： 1)主板CPU程序(AT89S52烧写程序)： 2)主板主程序(SST39SF010烧写程序)； 3)主板字库(AT27C020烧写程序)； 4)打印板主程序(AT89S52烧写程序)： 5)打印板字库(AT27C020烧写程序)； 6)打印板CPLD程序(ISPM4A512864烧写程序)。 然后进行程序烧写，实现程序。其中主板CPU、主板主程序、主板字库、打印板主程序和打印板字库，由于其芯片都是采用PLCC封装，在SMT的时候该芯片都 直接将对应的芯片槽焊接在板子上，而不是将芯片焊接在板上。所以它们都可以将芯片取出直接在烧写器(型号：SUPERPROIII)上进行程序烧写，然后在将烧写完毕的芯片植入芯片槽罩面进行使用，这样便于程序的调试和升级。而打印板CPLD程序，其芯片是直接贴装在板子上的，所以其烧写需要使用，芯片的配套软件ispVM System，通过Pc和配套下载电缆进行板上下载。 程序下载完毕后，就完成了整个税控收款机的软件安装。之后通过各种软件测试和整机测试，完成对税控收款机的系统测试。于是完成了整个税控收款机的设计和实现。 参考文献:【1】 钟东江税控收款机VS普通收款机，http：poscalebokeecom2472814html，20058【2】 魏忠，蔡勇，雷红卫嵌入式开发详解，电子INk出版殴，20031【3】 ArnoldBerger，吕骏译嵌入式系统设计，电子1：业出版秆，2002【4】 鲍尔，苏建平嵌入式微处理器系统设计实例，电子l：业出版社，20041【5】 宋延昭嵌入式操作系统介绍及选型原则工业控制计算机，2005，7：41-43【6】 吕为工，杨书华一种基于文件的通用嵌入式设备驱动程序开发模型2004 【7】 年全国第五届嵌入式系统学术交流会