摘要：μpsd32xx是一款集51内核与psd（可编程系统器件）与一身的soc单片机，具有许多功能部件，性价比高，广泛应用于税控收款机、税控器和微型打印机等税控设备中。文中介绍了μpsd32xx单片机的主要特性和开发环境，给出了应用该芯片实现税控器的软硬件设计方案。

１ 引言

税控设备是国家税务部门实现税收管理信息化的必然手段之一，税控器作为税控设备之一，是在计算机等电子设备的配合下实现税控功能的电子装置，它可保证经营数据的正确生成、可靠存储和安全传输，能满足税务机关的管理和数据核查等要求。税控器通常与一台普通收款机（主机）相连，共同完成经营和税控的功能，连接关系见图１。

税控器是集软硬件于一体的嵌入式系统，为了更有效地使用单片机并提高开发的通用性，可采用平台思想和模块化设计，划分层次结构，以尽可能实现硬件的灵活性和软件的可移植性。２ μpsd32xx单片机简介

２．１ 主要特性

μｐｓｄ３２ｘｘ系列是ｓｔ（意法半导体）公司推出的新型单片机，它采用增强型ｍｃｓ－５１内核，是ｍｃｕ＋ｐｓｄ的ｓｏｃ单片机，该器件具有如下特点：

●２片ｆｌａｓｈ存储器，用于存储程序或数据，易于实现在应用编程(ｉａｐ)功能。

●可选择备电保护的大容量ｓｒａｍ。

●２种可编程逻辑电路，分别为地址译码ｄｐｌｄ和组合逻辑ｃｐｌｄ。

●６组通用ｉ／ｏ提供多达３７或４６个ｉ／ｏ引脚。●主从方式的ｉ２ｃ。

●低速模式的ｕｓｂ １．１。

●２路串行通道ｕａｒｔ。

●在系统编程的ｊｔａｇ口。 ２．２ 开发环境

系统软件可在ｋｅｉｌ公司的ｋｅｉｌ ５１集成开发环境μｖｉｓｉｏｎ２中进行设计、编译和仿真，并运用ｓｔ公司的ｐｓｄｓｏｆｔ ｅｘｐｒｅｓｓ软件进行编程下载和内部配置。该软件可以对μｐｓｄ３２ｘｘ系列单片机的片内ｆｌａｓｈ、ｓｒａｍ和ｐｌｄ进行配置，并将编译生成的程序代码文件（．ｈｅｘ）和配置文件融合生成．ｏｂｊ文件下载到单片机中。下载时还需使用ｆｌａｓｈｌｉｎｋ编程电缆连接ｐｃ机的标准并口和单片机的ｊｔａｇ口。３ 硬件设计方案

３．１ 硬件需求

税控器应具备的基本功能如下：具有实时时钟和记录税控数据的大容量存储器；带有符合ｉｓｏ７８１６标准的ｉｃ卡读写器，支持税控卡、用户卡和税务管理卡；可通过ｕｓｂ或串口与主机通讯；具有在掉电后可保存存储器数据和时钟运行的备份电池；允许异常断电而不破坏任何有效数据。

３．２ 硬件系统组成

税控器内部的硬件系统结构见图２。

（１） 主控模块ｍｃｕ

主控模块ｍｃｕ采用ｓｔ公司的μｐｓｄ３２３４ａ单片机，它内部具有２５６ｋｂ的主ｆｌａｓｈ、３２ｋｂ的次ｆｌａｓｈ和８ｋｂ ｓｒａｍ，工作电压为５ｖ，选用２４ｍｈｚ晶振。其中ｓｒａｍ由片外的备用电池供电，可存放一些长期保存的数据，维持电流仅需１μａ。

主控模块通过ｕｓｂ或ｕａｒｔ与主机相连，通过ｉ２ｃ与ｒｔｃ相连，通过ｉ／ｏ与ｉｃｃ及ｍｅｍ相连。

（２） 时钟模块ｒｔｃ

时钟模块ｒｔｃ采用ｓｔ公司的ｍ４１ｔ０ｍ６，该芯片具有实时时钟／日历功能，可计时毫秒、秒、分钟、小时、星期、日、月、年、世纪。在系统掉电以后可由片外的备用电池供电，以保持片内时钟的继续运行。采用３２．７６８ｋｈｚ晶振，工作电压５ｖ，工作电流１３０～２００μａ，备用电池电压３ｖ，维持电流仅需１ｕａ。ｉ２ｃ的最大传输速率为４００ｋｈｚ。

（３）存储器ｍｅｍ

存储器ｍｅｍ采用ｓｔ公司的２ｍｂ串行ｆｌａｓｈ芯片ｍ２５ｐ１６，共有３２个扇区，每个扇区２５６页，每页２５６字节，页编程时间为１．４ｍｓ。ｍ２５ｐ１６采用ｓｐｉ总线接口，最大传输速率５０ｍｈｚ，低工作电压３．３ｖ。为了实现５ｖ－３．３ｖ逻辑电平转换，可使用ｏｎｓｅｍｉ公司的三路非反相施密特触发器ｎｌ３７ｗｚ１７，它兼容５ｖ和３ｖ逻辑电平，输出驱动可达２４ｍａ。ｆｌａｓｈ存储器主要用来存储发票数据和税控数据。

(４)ｉｃ卡模块ｉｃｃ

ｉｃ卡模块ｉｃｃ采用ｏｎｓｅｍｉ公司的ｎｃｎ６００４ａ。ｎｃｎ６００４ａ具有双路卡接口，符合ｉｓｏ ７８１６－３和ｅｍｖ标准。工作电压５ｖ，电流１５０ｍａ，内置ｄｃ／ｄｃ，能为每个卡提供６５ｍａ／５ｖ电源，外部晶振１４．２８ｍｈｚ，内置可编程的卡通信总线时钟。

ｍｃｕ通过ｉ／ｏ线与ｎｃｎ６００４ａ进行串行通信。为了节省ｉ／ｏ资源，可选择复用连线方式，即两个卡共享一路通道，由选卡信号区分，分别实现税控卡和用户卡的访问功能。

（５）ｕｓｂ接口

ｍｃｕ内部带有ｕｓｂ通讯控制器，为了滤波和ｅｓｄ保护，接口部分采用ｏｎｓｅｍｉ公司的ｓｔｆ２０２。ｓｔｆ２０２的工作电压为３．３ｖ，ｄｉｎ２脚内部带１．５ｋω上拉电阻。由于ｍｃｕ仅支持低速ｕｓｂ设备，所以它的ｕｓｂ＿ｄ＿必须要连接ｓｔｆ２０２的ｄｉｎ２，通讯速率１．５ｍｂ／ｓ。

（６） ｕａｒｔ接口

ｕａｒｔ转换芯片采用ｉｎｔｅｒｓｉｌ公司的ｈｉｎ２０２，ｍｃｕ内部具有２路ｕａｒｔ，均可选用ｒｓ２３２通讯。ｈｉｎ２０２的工作电压为５ｖ，具有２路收发驱动。

（７）电源模块ｐｗｒ

系统的外部供电电源分为两路，一路用ａｃ／ｄｃ适配器直接提供＋５ｖ；另一路由主机通过ｕｓｂ接口线输入（５ｖ／５００ｍａ）。用户可任选一路直接提供给５ｖ器件工作。

为了实现电保护功能，采用ｏｎｓｅｍｉ公司的升压芯片ｎｃｐ１４０２ｓｎ５０ｔ１，其最低输入启动电压为０．８ｖ，输出电压５ｖ，输出电流２００ｍａ。当系统正常工作时，ｎｃｐ１４０２ｓｎ５０ｔ１可为大电容充电，一旦断电，大电容仍可维持该芯片工作一段时间，此时可完成一些重要的任务，以避免异常断电产生错误。大电容采用了两个串联的３．３ｆ／２．５ｖ卷绕型电容，当充满时可维持供电３０秒以上。

５ｖ至３．３ｖ电压转换器采用ｏｎｓｅｍｉ公司的ｎｃｐ５００ｓｎ３３ｔ１，该芯片输出电流为１５０ｍａ，可为３．３ｖ器件提供工作电压。

备用电池采用的是两节３ｖ／２１０ｍａｈ锂电池，供电至少可维持１０年以上。

（８）监控模块ｍｏｎ

监控模块采用ｏｎｓｅｍｉ公司的ｍａｘ７０８，ｍａｘ７０８可实现上电复位和手动复位，还具有电压监控功能，设计时在其ｐｆｉ端连接适当的分压电阻，这样当主电源掉电时，ｍａｘ７０８就可产生掉电中断信号，用以完成重要的任务或备份重要的数据。

ｍａｘ７０８工作电压５ｖ，复位的门限值４．３８ｖ，复位时间２００ｍｓ，低压监控输入门限值１．２５ｖ。 （９） 状态指示ｓｉｃ

状态指示采用发光二级管，分别用于指示电源接通、卡插入、ｊａｔｇ程序下载等状态。在ｍｃｕ的ｉ／ｏ上还可连接出错、运行、自检测等状态指示。

４ 实际应用电路

税控器中ｍｃｕ与其它核心硬件的连接电路图如图３所示。图中给出了时钟、ｆｌａｓｈ存储器和ｉｃ卡模块与ｍｃｕ的连接方式。５ 软件设计方案

税控器软件总体上包含两大部分：主机端软件和设备端软件。主机端与设备端之间采用“命令—应答”方式进行数据通讯。由主机端发送命令，设备端应答。

主机端软件可分为四层：应用层、税控函数层、通讯管理层和设备驱动层；设备端软件也可分为四层：主控层、税控函数层、设备管理层、硬件驱动层。以下主要介绍设备端软件架构。

５．１ 主控层

主控函数负责系统和设备的初始化、与主机间的通讯监控、协议管理、税控命令包的解释和任务的调度等事务。

５．２ 税控函数层

税控函数按照国标对税控器的要求设计，负责机器初始化和注册、分发发票、开发票、退票、废票、上传发票、日交易和卷汇总数据、申报、核查等事务。

５．３ 设备管理层

设备管理层是针对复杂设备设计的管理程序，主要包括ｉｃ卡管理、存储器管理、ｕｓｂ通讯管理。

ｉｃ卡管理程序是按照ｇｂ１８２４０．２－２００３对税控ｉｃ卡的要求设计的操作命令程序，可分为基本命令和扩展命令。基本命令有文件操作、读写记录、产生随机数、内外部认证、取响应、应用锁定等；税控卡专用命令有卡注册、开票，日交易签名等功能；用户卡专用命令有注册签名、分发发票、报税数据汇总等功能。

存储器管理程序用来对ｆｌａｓｈ存储空间进行地址分配管理。该程序按循环记录的方式设计，主要完成发票明细、日交易和卷汇总记录的格式化、读写、查找等事务。同时还负责存储在ｓｒａｍ中地址分配表的管理，指针等数据的记录。

ｕｓｂ通讯管理程序是按照低速ｕｓｂ１．１规范以及人机接口设备（ｈｉｄ）类别的要求设计的，用来完成总线枚举和数据通信的事务。该程序主要采用ｅｎｄｐｏｉｎｔ ０（ｉｎ／ｏｕｔ）控制传输方式，并使用输入输出报表（ｒｅｐｏｒｔ）格式来与主机交换数据。

５．４ 硬件驱动层

硬件驱动层是使各个硬件设备实现底层操作的驱动程序，包括时钟、ｉｃ卡、ｆｌａｓｈ ｍｅｍ、ｕａｒｔ和ｕｓｂ等ａｐｉ库函数。其中时钟函数实现设置、读、写时钟和日历等功能。ｉｃ卡函数实现ｉｃ卡的插卡检测、卡上下电、卡复位和卡命令等功能。ｆｌａｓｈ ｍｅｍ函数实现外部ｆｌａｓｈ存储器的擦除、读、写等功能。ｕａｒｔ和ｕｓｂ函数实现设置、接收和发送数据等功能。图3６ 结束语

文中介绍了税控器的设计原理，本设计方案已通过应用功能调试，能够满足产品的基本需求。需要说明的是，在实际产品中，可考虑采用模块化设计思想，也就是说硬件采用模块＋底板架构，主处理及核心硬件都集中于模块上，电源与接插件等放置在底板上；软件底层对上层可封装成ａｐｉ函数的形式。这样便于满足不同层次的需求，细分税控产业的市场，有利于开发商和供应商的定位选择。通过多种开发与合作的途径，来达到降低成本，提高效率和节省时间的目的。