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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Touch Memory - identificador eletrônico. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador Introdução Nos sistemas de identificação automática de pessoal, produtos técnicos, mercadorias, os mais populares são identificadores tradicionais como código de barras e tarja magnética. No entanto, apesar de sua simplicidade e baixo custo, esses identificadores apresentam uma série de limitações significativas. Suas desvantagens incluem uma capacidade de informação insignificante, a impossibilidade de alterar prontamente os dados registrados, uma maior dependência das condições de operação e a necessidade de usar dispositivos especiais de leitura que convertem sinais ópticos ou magnéticos em um código digital. A introdução generalizada de sistemas de informação na produção, gestão, setor financeiro, comércio e esfera social exigiu a criação de meios mais avançados de identificação automática. Essas ferramentas podem ser corretamente atribuídas a um tipo fundamentalmente novo de identificadores eletrônicos da empresa americana "Dallas Semiconductor". A família DS199X, chamada de Touch Memory, possui vários recursos exclusivos. A Touch Memory é uma memória não volátil alojada em uma caixa de metal com um pino de sinal e um pino de aterramento. O case, que se parece com uma bateria de botão em miniatura, é facilmente fixado ao produto ou a uma transportadora (cartão, chaveiro). As informações são gravadas e lidas na memória do instrumento simplesmente tocando no leitor na caixa da memória de toque. Organização da memória A família Touch Memory inclui 5 dispositivos que são idênticos em design de caixa, mas diferem em funcionalidade, tamanho de memória e método de acesso a ele (Tabela 1).
Existem quatro blocos principais na estrutura da Touch Memory: memória somente leitura, memória do bloco de notas, memória de acesso aleatório, relógio em tempo real (para DS1994) e uma bateria - uma bateria de lítio em miniatura embutida (Fig. 1).
Memória somente leitura Cada instrumento Touch Memory contém uma memória somente leitura (ROM) que armazena um código de 64 bits que consiste em um código de tipo de instrumento de 8 bits, um número de série exclusivo de 48 bits e uma soma de verificação de 8 bits (Figura 2).
Os dados colocados na ROM são uma combinação de código exclusiva que é gravada no dispositivo usando uma instalação de laser durante sua fabricação e não pode ser alterada durante toda a vida útil do dispositivo. Durante o processo de gravação e teste na fábrica, é garantido que não serão produzidas duas unidades com o mesmo número de peça. Como ao ler dados da ROM a qualquer momento, o contato elétrico do leitor com a caixa do dispositivo pode ser perturbado, é necessário controlar a integridade dos dados lidos. Para isso, a Touch Memory usa a verificação de redundância cíclica (CRC). A soma de verificação pré-calculada dos 7 bytes inferiores do conteúdo da ROM é armazenada no byte superior. Ao ler os dados da ROM no leitor (computador pessoal, controlador microprocessado), é calculado um checksum, que é comparado com o código de controle registrado no byte alto. No caso de os códigos corresponderem, o número de série foi lido corretamente. Caso contrário, os dados da ROM são relidos. A tensão de alimentação da ROM é fornecida através da linha de sinal de dados, o que permite, em primeiro lugar, economizar a energia da bateria de lítio integrada e, em segundo lugar, ler sempre a memória, independentemente da energia da bateria. Memória de acesso aleatório O instrumento mais simples da família DS1990 contém apenas memória somente leitura. Todos os outros dispositivos também incluem RAM estática. O número de ciclos de escrita/leitura nesta memória não é limitado. A memória é alimentada por uma bateria de lítio em miniatura com uma vida útil de 10 anos. Toda a RAM é dividida em páginas separadas de 32 bytes. DS1992 tem 4 páginas que podem armazenar 256 bytes, DS1993 e DS1994 têm 16 páginas que podem armazenar 512 bytes. O DS1994 contém uma 17ª página adicional, que possui um volume de 30 bytes e destina-se ao funcionamento do relógio de tempo real (Fig. 3).
Como os dados são gravados na memória no momento do toque no leitor e no corpo do dispositivo, a violação do contato elétrico neste momento pode levar à destruição de informações na memória. Para evitar a destruição de informações, a estrutura do Touch Memory fornece memória buffer adicional, que desempenha a função de uma área de bloco de notas. Esta memória protege o instrumento de escrever acidentalmente novos dados sobre dados existentes ou de escrever no endereço errado. A quantidade de memória de rascunho é igual ao tamanho de uma página de RAM - 32 bytes para DS1992-94. Considere o princípio de funcionamento da memória do bloco de notas. Todos os dados que entram no instrumento são inicialmente gravados na memória do bloco de rascunho. Em seguida, são transferidos dele para o leitor, onde são comparados com os dados que precisavam ser escritos. Após a verificação, é realizada a operação de cópia do conteúdo da memória do bloco de notas para a memória principal. Como a cópia é realizada dentro da Touch Memory, a integridade das informações é garantida mesmo que o contato externo seja interrompido. Acesso à RAM protegida Os dispositivos DS 1992-94 possuem uma RAM idêntica em estrutura, qualquer página da qual está disponível tanto para leitura (diretamente) quanto para escrita (via memória de rascunho). O DS 199.1 tem uma arquitetura de RAM mais complexa. Ele implementa no nível de hardware proteção de memória contra acesso não autorizado. Toda a memória não volátil é dividida em quatro páginas independentes de 64 bytes cada, uma das páginas é a memória do bloco de notas. Cada página da memória principal é composta por 48 bytes para armazenamento de dados e dois campos de serviço de 8 bytes cada para armazenar um identificador e uma senha (Fig. 4).
O mecanismo de acesso à memória é implementado por meio de duas chaves: pública, armazenada no campo identificador, e privada, registrada no campo senha. A chave pública é escrita e lida, a chave privada é apenas definida e não pode ser lida. A chave privada fornece acesso autorizado à memória e é protegida contra alterações acidentais pela chave pública. Durante a formatação inicial, os códigos das chaves pública e privada desta página são escritos nos campos de serviço de cada página. Sempre que a memória é acessada no DS1991, a chave privada dessa página é transmitida primeiro. Caso coincida com a chave previamente escrita no campo de senha, a memória estará disponível tanto para escrita quanto para leitura. Se os códigos não corresponderem, os dados não são gravados na memória e, no modo de leitura, uma sequência de números aleatórios é lida do DS1991. Para gravar um novo valor de chave privada no DS1991, você deve passar o código de chave pública da página selecionada. Caso este código corresponda ao código previamente registrado no campo identificador, novos valores de ambas as chaves são escritos no campo de serviço desta página, e a área de dados é apagada. Se os códigos não corresponderem, o valor da chave privada não será alterado. O mecanismo de acesso à memória implementado no DS1991 fornece proteção confiável da memória contra leitura e gravação não autorizada, o que é extremamente importante em várias aplicações. Relógio de tempo real O DS1994 possui um circuito de relógio em tempo real. O oscilador de cristal miniatura embutido, operando a uma frequência de 32,768 Hz, gera sinais de temporização estáveis - 256 pulsos por segundo. O circuito contém três contadores: um contador de pulsos de 40 bits, um temporizador de intervalo de 40 bits que conta o tempo em que a linha de sinal está ativa e um contador de ciclos de 32 bits que conta o número de ciclos de troca de dados com o dispositivo. Os bytes superiores do contador de pulsos de tempo e o temporizador de intervalo fornecem contagem de tempo com segunda precisão. Além desses contadores, o circuito possui três registradores de finalidade semelhante. Se o valor atual do contador coincidir com os dados previamente registrados no registro, o sinalizador correspondente é definido no registro de status. Se ao mesmo tempo o respectivo bit de habilitação de interrupção for definido no registrador de status, então é gerada uma interrupção que pode ser lida através da linha de sinal. Interface de fio único Uma característica distintiva do Touch Memory é o protocolo de troca com o leitor desenvolvido pela Dallas Semiconductor. Para receber e transmitir informações, uma linha de sinal bidirecional é usada (o segundo fio é um contato de terra). A troca em uma linha é realizada no modo half-duplex (recepção ou transmissão). A interação de dispositivos através de uma interface de um fio é organizada de acordo com o princípio de "mestre-escravo" (mestre-escravo). Neste caso, o leitor é sempre o mestre, e um ou mais dispositivos Touch Memory são os escravos. A interação de vários dispositivos com o leitor em uma linha bidirecional é suportada pelo hardware Touch Memory. O protocolo de troca em uma interface de fio único é de dois níveis. No primeiro nível lógico, os comandos de troca com ROM e RAM são usados para interagir com os dispositivos (Tabela 2).
O grupo de comandos de troca de ROM consiste em quatro comandos: ROM read, skip, compare e search. Os dois últimos comandos fornecem interação em uma linha de várias memórias de toque com o leitor. O comando compare inicia uma troca com o dispositivo cujo número de série é especificado. O comando search permite determinar o número de série de um dos dispositivos conectados a uma linha bidirecional. Os comandos para troca com bloco de notas e memória principal são processados pela Touch Memory somente após a execução de um dos comandos para troca com ROM. Assim, quando vários dispositivos conectados à mesma linha interagem, o leitor envia um comando de comparação pela linha, segundo o qual apenas um dispositivo é selecionado, que posteriormente recebe comandos para troca com memória. Todos os comandos de troca têm um tamanho fixo - um byte, os dados são representados por inteiros de 8 bits. O mestre sempre inicia uma troca enviando comandos ao escravo. O protocolo da camada física é usado para transferir comandos e dados por meio de uma interface de fio único. Comandos e dados são transmitidos em código serial. Para garantir a integridade das informações transmitidas, o protocolo de troca na camada física regula rigorosamente os parâmetros de tempo dos sinais na linha. O protocolo de troca de dados consiste em três ciclos principais: inicialização, escrita e leitura. O ciclo de inicialização é o ciclo inicial de qualquer troca de informações com a Touch Memory. Neste ciclo, o dispositivo mestre sonda a linha, determinando a presença de Touch Memory nela. O ciclo de inicialização é sincronizado por um pulso de reset negativo gerado pelo mestre. Após enviar o sinal, o dispositivo mestre libera a linha e entra no modo de recepção. Caso um dispositivo Touch Memory esteja conectado à linha, ele detecta o sinal do relógio do mestre e, após uma pausa temporária, envia a ele um sinal de identificação (Fig. 5). Este sinal de resposta informa ao host que há contato elétrico com a Touch Memory e que a troca pode começar.
Os dados são transmitidos por uma linha bidirecional de fio único em intervalos de tempo discretos chamados segmentos de tempo (normalmente em torno de 60 µs). Ao transmitir dados, é usado um método de codificação por largura de pulso, reminiscente do código Morse: durante um segmento de tempo, estados longos ou curtos de um zero lógico na linha determinam o valor do bit transmitido. Fornece taxas de transferência de dados de até 16,6 kbps. A sincronização do segmento de tempo durante a gravação é realizada pela borda negativa do sinal que forma o dispositivo mestre. Para transferir uma unidade lógica para a Touch Memory, o dispositivo mestre libera a linha após enviar um sinal de relógio, para escrever um zero lógico, o dispositivo mestre mantém um estado baixo da linha durante todo o segmento de tempo (Fig. 6a). O ciclo de escrita descrito é repetido para cada bit de comando transmitido.
No início do ciclo de leitura, o dispositivo host também envia um sinal de clock de baixo nível para a linha, após o qual libera a linha e entra no modo de recepção. Além disso, durante todo o segmento de tempo, o estado da linha de fio único é determinado pelo dispositivo escravo - Touch Memory. Neste caso, uma unidade lógica é transmitida por um nível alto e um zero lógico é transmitido por um nível baixo de uma linha de fio único durante todo o segmento de tempo. O melhor tempo para o data gating pelo dispositivo mestre é 8 µs após o início do segmento de tempo (Fig. 6b). O ciclo de leitura de um bit é repetido até que todos os dados tenham sido lidos.
Ao final de cada segmento de tempo, o dispositivo mestre fornece uma pausa na troca (momento de recuperação) mantendo a linha alta. É possível suspender uma sessão de comunicação a qualquer momento entre segmentos de tempo, mantendo um estado alto na linha. Em todas as sessões de comunicação, o bit de dados menos significativo é transmitido primeiro. Recursos de design da memória de toque Vários recursos exclusivos do Touch Memory são fornecidos graças ao case incomum do dispositivo. O cristal de memória e a bateria de lítio miniatura estão alojados em uma caixa de aço inoxidável selada com um diâmetro de 16 mm e uma espessura de 5,8 mm (caixa F5) ou 3,2 mm (caixa F3). A caixa de aço é usada para fazer contatos elétricos. O caso do dispositivo é semelhante em design ao caso de uma bateria de botão. Consiste em um aro com fundo e uma tampa eletricamente isolada. Ao contrário dos microcircuitos convencionais, o acesso ao conteúdo da memória do dispositivo é realizado apenas por meio de duas linhas: terra e sinal bidirecional. A borda e o fundo são o contato de terra, e a tampa atua como um contato de sinal (Fig. 7a). A caixa pode suportar mais de 1 milhão de conexões mecânicas sem desgaste perceptível.
Para ler os dados dos dispositivos Touch Memory, é utilizado o dispositivo de contato Touch Probe (sonda), que é um conjunto mecânico constituído por duas peças metálicas estampadas separadas por um dielétrico. A ponta da sonda é moldada para encaixar exatamente no corpo redondo do instrumento. Neste caso, a região central aprofundada funciona como um contato de sinal, e sua borda serve como um contato de terra (Fig. 7b).
O tamanho pequeno do Touch Probe permite que ele seja construído diretamente em um controlador de microprocessador portátil, conectado a qualquer superfície ou usado como um dispositivo portátil autônomo. A interação com o dispositivo é fornecida por um toque momentâneo da sonda e do corpo Touch Memory de tal forma que a parte inferior do dispositivo entra em contato com a área central profunda da sonda e o aro entra em contato com a superfície lateral da sonda. O uso de um design de interface elétrica simples garante a alta resistência mecânica do Touch Memory, pois não possui pinos ou contatos que possam ser danificados. Confiança Uma das principais vantagens do Touch Memory sobre outros tipos de identificadores é sua alta confiabilidade. Os dispositivos Touch Memory suportam um choque mecânico de 500 g, uma queda de uma altura de 1,5 metros em um piso de concreto, uma carga de 11 quilos no corpo, não são afetados por campos magnéticos e estáticos, atmosfera industrial e operam na faixa de temperatura de -40 a +85 'C para DS 1990 e de -20'C a +85'C para todos os outros dispositivos da família. Conclusão O design exclusivo da caixa e a interface elétrica simples do Touch Memory podem expandir significativamente o escopo do identificador eletrônico em comparação com os meios tradicionais e, em alguns sistemas, até substituí-los. A introdução da tecnologia Touch Memory no CIS difere significativamente da introdução de sistemas com identificadores convencionais. Se sistemas com cartões magnéticos, códigos de barras e mais modernos com cartões microprocessados são adquiridos inteiramente no exterior, então todos os equipamentos e softwares para sistemas com Touch Memory são desenvolvidos e produzidos por empresas nacionais. Este caminho é muito mais barato e promissor, pois, por um lado, permite aproveitar o alto potencial de desenvolvedores nacionais e adaptar facilmente os sistemas aos requisitos de aplicações específicas, e por outro, possibilita fazer uma salto, introduzindo a tecnologia mais avançada em um curto espaço de tempo. Os dispositivos Touch Memory são mais amplamente utilizados em sistemas de controle de acesso físico a instalações, edifícios e acesso a recursos de informação, equipamentos, em sistemas de pagamentos eletrônicos não monetários, identificação automática de produtos, objetos. Autor: E. Zlotnik; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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