摘  要: 介绍一种基于新型自动识别芯片iButtonTM的单位考勤系统——识读器的硬件结构和设计原理，并给出了系统的工作过程。

　　关键词: 识读器 自动识别芯片iButton^TM  考勤

　　随着邮政事业的飞速发展，邮政网络遍布乡村。因而，对邮政职工工作情况的考勤，则是一件很困难的事情。近年来，世界发达国家相继推出对于这种区域分散广、地域偏僻、操作和监督管理困难的领域实施监督的考勤系统。在国内市场上，单位考勤系统多采用IC卡识别技术，系统通过IC卡记录被考勤人员的工作情况，用单片机进行管理。考虑到邮政管理系统的特殊性，用传统思想研制的考勤系统难以满足需要。一种基于新型自动识别芯片iButtonTM的考勤系统就是因此而设计的。

1 iButton^TM简介

　　iButton^TM是美国DALLAS公司生产的自动识别芯片。它采用不锈钢壳封装，与IC卡、磁卡相比，iButton^TM更适宜于在恶劣环境下工作，而且接口简单，可靠性更高。iButton^TM内部数据接口如图1所示。

　　iButton^TM具有以下主要特征:

　　(1)接口简单。只有一根地线和一根数据线，操作时，从数据线上窃取能量，或从嵌入的锂电池里获取能量。

　　(2)每个iButtonTM都有一个唯一的识别码。该识别码在产品出厂时，由厂家写入。其内部识别码具有8个字节，第一个字节是家族码，后面跟着6个字节的唯一串行码，用以区分同一家族中不同的iButtonTM，最后一个字节是CRC校验码。

　　(3)通过一线协议，采用内部自定时逻辑，在离散的时间片上完成命令和数据的传送。

2 识读器的工作原理

　　基于IC卡的一般考勤系统，在考勤机上留有IC卡槽，工作人员使用IC卡接受考勤时，必须将IC卡插入考勤机的卡槽中，考勤机为其提供+5V工作电压。CPU通过控制IC卡上的CLK时钟输入端和I/O引脚，按照IC卡的读写时序，完成对IC卡的读写操作。这种考勤系统适宜于考勤机固定、IC卡流动的场合。而对于邮政系统中邮政职工的考勤，基于IC卡的考勤系统显得力不从心。因为一个邮政职工要管理多个邮箱，这些邮箱分布区域广。要求考勤机能够记录每个职工每天开取邮箱的时间，沿用老式IC卡考勤系统，显然是不切实际的。

　　美国DALLAS公司生产一种新型自动识别芯片iButton^TM，它的封装形式非常适宜于恶劣环境下的操作，接口又简单，所以我们在开发邮政系统单位考勤系统时，选用了DS1990A为自动识别芯片。

　　在新型考勤系统中，将iButton^TM固定在邮箱中。职工开取邮箱时，手持识读器，用识读器主动碰触iButton^TM。当识读器确定已经和iButton^TM接触上时，便在一线总线上完成命令和数据的传送，识读器将该职工开取该邮箱的时间记入识读器。一定时间以后，再将识读器中记录的考勤结果通过传送接口送往微机，供考核人员考查。

3 硬件结构与原理

　　识读器原理如图2所示。因为识读器采用电池供电，而且要求识读器的体积小，便于携带，所以在设计识读器时，要尽可能选取功耗低、体积小、集成度高的器件。

　　基于上述考虑，在该电路中，CPU采用DALLAS公司生产的DS5002。该单片机指令集与工业标准的8051兼容;在字节宽总线上可获得64K程序区和64K数据区;它具有锂电池后备功能，在无电源的情况下，依靠锂后备电池提供+3V电压来维持SRAM中的数据，保持时间可达十年之久。另外，该单片机还有较强的电源管理功能，能提供掉电复位、电源不足报警中断，可自动完成电源和后备电池的切换工作。同时，还能够在系统编程，使用起来非常方便。

　　存储器芯片选用东芝的M5M51008CVP。该存储器芯片容量为128K，采用CMOS工艺，具有高可靠性、高密度、低功耗等特性。数据保持电压2V，保持电流0.1μA(V_CC=3.0V)，非常适宜于电池后备的应用场合。

　　采用DS1302时钟芯片作为系统时钟。该芯片可提供系统的年、月、日、时、分、秒等时间参数，电压工作范围在+2.5V～+5.5V之间，且具有简单的3线串行接口。电压在2.5V时耗电小于300nA。

　　采用9V电池为系统提供电源，它通过DC-DC模块为单片机提供+5V工作电压。我们选用的DC-DC芯片在100μA负载时仅需15μA的静电流，非常适合于电池供电系统。

　　系统平时处于断电状态，功耗接近于0，当识读器与iButton^TM接触时，iButton^TM将识读器数据线上的高电平拉为低电平，使系统上电复位，开始工作。当识读器已经确定和iButton^TM接触上时，便按照一线协议开始对iButton^TM操作，读取iButton^TM的识别码，并从DS1302中读取当前的时间，将识别码和时间存储于SRAM中，之后系统自动断电。在系统工作过程中，若V_CC≤V_PFW(V_PFW的典型值为4.31V)，即当电源电压不够时，DS5002会自动产生报警中断，以提醒用户及时更换电池。在系统断电时，由备用电池保护存放在SRAM中的程序和数据，并为系统时钟芯片DS1302提供+3V工作电压。

4 系统的软件设计

　　系统软件设计流程如图3所示。

　　本设备是使用新型自动识别芯片的考勤系统，因为自动识别芯片iButton^TM具有IC卡所无法比拟的优点，所以其市场发展前景十分广阔，本例只是它众多实例中的一个。

参考文献

1 DALLAS SEMICONDUCTOR.Application Note Book，1997-1998

2 DALL SEMICONDUTOR.Secure Microcontroller Data Book，1997-1998

3 关德新，冯文全.单片机外围器件实用手册(电源器件分册).北京:北京航空航天大学出版社，1998.6