基于Cortex-M3的IC卡計時計費(fèi)器設(shè)計

李翌翀 北方工業(yè)大學(xué)

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本設(shè)計是以基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32作為主要控制模塊的，系統(tǒng)讀取IC卡中的用戶ID是通過IC卡感應(yīng)模塊來完成的，每一個用戶ID所對應(yīng)的用戶信息存儲在SD卡中，CPU可以向SD卡讀寫數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶第一次刷卡時，系統(tǒng)開始計時，第二次刷卡時，系統(tǒng)停止計時，并計算費(fèi)用，扣除ID中的余額。用戶的所有信息以及當(dāng)前時間和所產(chǎn)生的費(fèi)用、余額等都可以在LCD屏上顯示，切換顯示界面的操作是用按鍵完成的，當(dāng)按鍵觸發(fā)時，蜂鳴器會發(fā)出聲響。遙控器可以用來充值。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 CPU

本裝置的中央處理器是STM32的微型控制設(shè)備，其內(nèi)部核心空間為Cortex-M3，通過接口總線的形式掛載了儲存器、外設(shè)、中斷等組成一個MCU。內(nèi)核與外補(bǔ)設(shè)備，類似PC中的CPU與其它被其控制設(shè)備的關(guān)系。

2.2 LCD顯示屏

由于本設(shè)計需要直觀顯示充值過程，單STM32不具備此項(xiàng)功能，所以我們需要給它外接一個電路和一個屏幕來實(shí)現(xiàn)信息的輸出。整體的控制是由核心驅(qū)動芯片來完成。本設(shè)計使用ILI9341芯片控制液晶屏。

屏幕的控制部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)成是十分復(fù)雜的，芯片的核心部分是GRAM(Graphics RAM)，它的每一個負(fù)責(zé)存儲的模塊都控制著屏幕面板的變化。右側(cè)的所有設(shè)備同時開始工作時，就可以把存儲模塊中的信息轉(zhuǎn)化成控制屏幕的信號，改變像素的顏色。而一幅完整的圖像就是由各個像素點(diǎn)組合起來的。

2.3 SD卡FATFS文件系統(tǒng)

數(shù)據(jù)在PC 被存儲在硬盤中，成為一個個的文件。這些文件中的數(shù)據(jù)都是一般以二進(jìn)制的形式被存儲，或者是以ASCII碼的形式。SD卡存儲數(shù)據(jù)的過程中，如果直接在STM32中對其進(jìn)行存儲，SD卡會被毀壞。甚至影響SD卡的應(yīng)用。比如，在對有效的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄的時候，不能記錄其位置。不能確定存儲模塊中還存在多少剩余的空間。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀的時候，無法區(qū)分格式致使無法解讀數(shù)據(jù)。如果不以文件系統(tǒng)的形式保存數(shù)據(jù)，將無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資料的多元化存儲，比如文檔、圖片、視頻、音頻等。

因此，本設(shè)計將把FATFS文件系統(tǒng)移植到STM32的工程里，以便于刷卡器的數(shù)據(jù)的存儲和處理，也給將來的升級迭代帶來便利。FATFS 是對于非大型嵌入式系統(tǒng)的一種兼容性更好的FAT 文件系統(tǒng)。它全部是由 AISI C 語言編寫并且完全獨(dú)立于底層的I/O 介質(zhì)。因此當(dāng)需要將它移植至其他系統(tǒng)中的時候，我們不需要再進(jìn)行任何的修改。如8051、PIC、AVR、SH、Z80、H8、ARM等。本設(shè)計的主要任務(wù)是將FATFS 文件系統(tǒng)代碼移植到STM32之中，從而可以通過使用系統(tǒng)的各種函數(shù)，對SD卡進(jìn)行讀寫。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

MDK前身為KEIL，后來被ARM公司收購改名MDK。MDK可以對代碼進(jìn)行編輯。同時還可以編譯、下載等多功能集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。此環(huán)境可以支持我們常見的ARM7、ARM9以及Cortex內(nèi)核的ARM。本設(shè)計中使用的Cortex-M3內(nèi)核的STM32將使用此IDE進(jìn)行高級編程語言的開發(fā)、編譯、調(diào)試。

主程序是最接近用戶的代碼層級，其功能邏輯最直觀。本設(shè)計在編寫主程序時按照IC卡計時器的功能需要進(jìn)行設(shè)計。

4 實(shí)驗(yàn)效果

經(jīng)過實(shí)際測試驗(yàn)證，本設(shè)備可以達(dá)到使用要求，顯示背景、顏色正常，沒有亂碼、雪花；按下按鍵能夠顯示對應(yīng)的界面，按鍵靈敏，無抖動現(xiàn)象；按下按鍵時發(fā)出一聲響，其他時間不響；能正確讀取IC卡的ID；能正確讀取鍵值，且對應(yīng)功能都能實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)論

本文研究了基于Cortex-M3的IC卡計時計費(fèi)器的設(shè)計，可應(yīng)用于公共交通、停車場、高速公路、商場、網(wǎng)吧等一切移動支付領(lǐng)域，應(yīng)用范圍非常廣泛，也具有較好的發(fā)展?jié)撃堋?/p>

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[4]郭穩(wěn)濤，何怡剛.基于RFID的智能停車場管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,2010,29(6)：59-63.