基于Cortex-M3的IC卡計時計費器設計

李翌翀 北方工業大學

1 系統總體設計

本設計是以基于Cortex-M3內核的STM32作為主要控制模塊的，系統讀取IC卡中的用戶ID是通過IC卡感應模塊來完成的，每一個用戶ID所對應的用戶信息存儲在SD卡中，CPU可以向SD卡讀寫數據。當用戶第一次刷卡時，系統開始計時，第二次刷卡時，系統停止計時，并計算費用，扣除ID中的余額。用戶的所有信息以及當前時間和所產生的費用、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，當按鍵觸發時，蜂鳴器會發出聲響。遙控器可以用來充值。

2 系統硬件設計

2.1 CPU

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

2.2 LCD顯示屏

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

屏幕的控制部分的結構構成是十分復雜的，芯片的核心部分是GRAM(Graphics RAM)，它的每一個負責存儲的模塊都控制著屏幕面板的變化。右側的所有設備同時開始工作時，就可以把存儲模塊中的信息轉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組合起來的。

2.3 SD卡FATFS文件系統

數據在PC 被存儲在硬盤中，成為一個個的文件。這些文件中的數據都是一般以二進制的形式被存儲，或者是以ASCII碼的形式。SD卡存儲數據的過程中，如果直接在STM32中對其進行存儲，SD卡會被毀壞。甚至影響SD卡的應用。比如，在對有效的數據進行記錄的時候，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。在對數據進行解讀的時候，無法區分格式致使無法解讀數據。如果不以文件系統的形式保存數據，將無法實現數據資料的多元化存儲，比如文檔、圖片、視頻、音頻等。

因此，本設計將把FATFS文件系統移植到STM32的工程里，以便于刷卡器的數據的存儲和處理，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的一種兼容性更好的FAT 文件系統。它全部是由 AISI C 語言編寫并且完全獨立于底層的I/O 介質。因此當需要將它移植至其他系統中的時候，我們不需要再進行任何的修改。如8051、PIC、AVR、SH、Z80、H8、ARM等。本設計的主要任務是將FATFS 文件系統代碼移植到STM32之中，從而可以通過使用系統的各種函數，對SD卡進行讀寫。

3 系統軟件設計

MDK前身為KEIL，后來被ARM公司收購改名MDK。MDK可以對代碼進行編輯。同時還可以編譯、下載等多功能集成開發環境（IDE）。此環境可以支持我們常見的ARM7、ARM9以及Cortex內核的ARM。本設計中使用的Cortex-M3內核的STM32將使用此IDE進行高級編程語言的開發、編譯、調試。

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

4 實驗效果

經過實際測試驗證，本設備可以達到使用要求，顯示背景、顏色正常，沒有亂碼、雪花；按下按鍵能夠顯示對應的界面，按鍵靈敏，無抖動現象；按下按鍵時發出一聲響，其他時間不響；能正確讀取IC卡的ID；能正確讀取鍵值，且對應功能都能實現。

5 結論

本文研究了基于Cortex-M3的IC卡計時計費器的設計，可應用于公共交通、停車場、高速公路、商場、網吧等一切移動支付領域，應用范圍非常廣泛，也具有較好的發展潛能。

[1]李寧.基于MDK的SAM3處理器開發應用[M].北京： 北京航空航天大學出版社，2009： 34-35.

[2]ARM Cortex-M3的權威指南[M].宋 巖，譯.北京： 北京航空航天大學出版社，2009： 77-78.

[3]劉火良，楊森.STM32庫開發實戰指南[M].北京： 機械工業出版社,2014： 101-102.

[4]郭穩濤，何怡剛.基于RFID的智能停車場管理系統的研究與設計[J].自動化技術與應用,2010,29(6)：59-63.