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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Touch Memory - identificador electrónico. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado introducción En los sistemas para la identificación automática de personal, productos técnicos, bienes, los más populares son identificadores tradicionales como un código de barras y una banda magnética. Sin embargo, a pesar de su simplicidad y bajo costo, estos identificadores tienen una serie de limitaciones importantes. Sus desventajas incluyen una capacidad de información insignificante, la imposibilidad de cambiar rápidamente los datos registrados, una mayor dependencia de las condiciones de operación y la necesidad de utilizar dispositivos de lectura especiales que conviertan las señales ópticas o magnéticas en un código digital. La implantación generalizada de los sistemas de información en la producción, la gestión, el sector financiero, el comercio y el ámbito social requirió la creación de medios de identificación automática más avanzados. Estas herramientas se pueden atribuir correctamente a un tipo fundamentalmente nuevo de identificadores electrónicos de la empresa estadounidense "Dallas Semiconductor". La familia DS199X, llamada Touch Memory, tiene una serie de características únicas. Touch Memory es una memoria no volátil alojada en una caja de metal con un pin de señal y un pin de tierra. El estuche, que parece una pila de botón en miniatura, se conecta fácilmente al producto o a un soporte (tarjeta, llavero). La información se escribe y se lee en la memoria del instrumento simplemente tocando el lector en la carcasa de la memoria táctil. organización de la memoria La familia Touch Memory incluye 5 dispositivos que son idénticos en diseño de carcasa, pero difieren en funcionalidad, tamaño de memoria y método de acceso a ella (Tabla 1).
Hay cuatro bloques principales en la estructura de Touch Memory: memoria de solo lectura, memoria de bloc de notas, memoria de acceso aleatorio, reloj en tiempo real (para DS1994), así como una batería: una batería de litio en miniatura incorporada (Fig. 1 ).
Almacenamiento de solo lectura Cada instrumento Touch Memory contiene una memoria de solo lectura (ROM) que almacena un código de 64 bits que consiste en un código de tipo de instrumento de 8 bits, un número de serie único de 48 bits y una suma de verificación de 8 bits (Figura 2).
Los datos colocados en la ROM son una combinación de código única que se escribe en el dispositivo mediante una instalación láser durante su fabricación y no se puede cambiar durante toda la vida útil del dispositivo. Durante el proceso de grabación y prueba en la fábrica, se garantiza que no se producirán dos unidades con el mismo número de pieza. Dado que al leer datos de la ROM en cualquier momento, el contacto eléctrico del lector con la carcasa del dispositivo puede verse afectado, es necesario controlar la integridad de los datos que se leen. Para este propósito, Touch Memory utiliza verificación de redundancia cíclica (CRC). La suma de comprobación precalculada de los 7 bytes inferiores del contenido de la ROM se almacena en el byte alto. Al leer datos de la ROM en el lector (computadora personal, controlador de microprocesador), se calcula una suma de verificación, que se compara con el código de control registrado en el byte alto. En el caso de que los códigos coincidieran, se leyó correctamente el número de serie. De lo contrario, los datos se vuelven a leer de la ROM. La tensión de alimentación de la ROM se suministra a través de la línea de señal de datos, lo que permite, en primer lugar, ahorrar la energía de la batería de litio incorporada y, en segundo lugar, leer siempre la memoria independientemente de la energía de la batería. Memoria de acceso aleatorio El instrumento más simple de la familia DS1990 contiene solo memoria de solo lectura. Todos los demás dispositivos también incluyen RAM estática. El número de ciclos de escritura-lectura en esta memoria no está limitado. La memoria está alimentada por una batería de litio en miniatura con una vida útil de 10 años. Toda la RAM se divide en páginas separadas de 32 bytes. DS1992 tiene 4 páginas que pueden almacenar 256 bytes, DS1993 y DS1994 tienen 16 páginas que pueden almacenar 512 bytes. DS1994 contiene una página 17 adicional, que tiene un volumen de 30 bytes y está destinada a la operación del reloj de tiempo real (Fig. 3).
Dado que los datos se escriben en la memoria en el momento de tocar el lector y el cuerpo del dispositivo, la violación del contacto eléctrico en este momento puede provocar la destrucción de la información en la memoria. Para evitar la destrucción de información, la estructura de Touch Memory proporciona una memoria intermedia adicional, que realiza la función de un área de bloc de notas. Esta memoria protege al instrumento de escribir accidentalmente nuevos datos sobre datos existentes o de escribir en una dirección incorrecta. La cantidad de memoria del bloc de notas es igual al tamaño de una página de RAM: 32 bytes para DS1992-94. Considere el principio de funcionamiento de la memoria del bloc de notas. Todos los datos que ingresan al instrumento se escriben inicialmente en la memoria del bloc de notas. Luego se transfieren de este al lector, donde se comparan con los datos que necesitaban ser escritos. Después de la verificación, se realiza la operación de copiar el contenido de la memoria del bloc de notas a la memoria principal. Dado que la copia se realiza dentro de la Touch Memory, la integridad de la información está garantizada incluso si se rompe el contacto externo. Acceso a RAM protegida Los dispositivos DS 1992-94 tienen una RAM de estructura idéntica, cualquier página de la cual está disponible tanto para leer (directamente) como para escribir (a través de la memoria scratchpad). El DS 199.1 tiene una arquitectura RAM más compleja. Implementa a nivel de hardware protección de memoria contra accesos no autorizados. Toda la memoria no volátil se divide en cuatro páginas independientes de 64 bytes cada una, una de las páginas es la memoria del bloc de notas. Cada página de la memoria principal consta de 48 bytes para almacenar datos y dos campos de servicio de 8 bytes cada uno para almacenar un identificador y una contraseña (Fig. 4).
El mecanismo de acceso a la memoria se implementa mediante dos claves: pública, almacenada en el campo del identificador, y privada, registrada en el campo de la contraseña. La clave pública se escribe y se lee, la clave privada solo se configura y no se puede leer. La clave privada proporciona acceso autorizado a la memoria y está protegida contra cambios accidentales por la clave pública. Durante el formateo inicial, los códigos de las claves pública y privada de esta página se escriben en los campos de servicio de cada página. Cada vez que se accede a la memoria en el DS1991, primero se transmite la clave privada de esa página. En el caso de que coincida con la clave previamente escrita en el campo de contraseña, la memoria estará disponible tanto para escritura como para lectura. Si los códigos no coinciden, los datos no se escriben en la memoria y, en el modo de lectura, se lee una secuencia de números aleatorios del DS1991. Para escribir un nuevo valor de clave privada en DS1991, debe pasar el código de clave pública de la página seleccionada. Si este código coincide con el código previamente registrado en el campo identificador, los nuevos valores de ambas claves se escriben en el campo de servicio de esta página y el área de datos se borra. Si los códigos no coinciden, el valor de la clave privada no cambia. El mecanismo de acceso a la memoria implementado en DS1991 brinda una protección confiable de la memoria contra lecturas y escrituras no autorizadas, lo cual es extremadamente importante en varias aplicaciones. Reloj en tiempo real El DS1994 tiene un circuito de reloj de tiempo real. El oscilador de cristal en miniatura incorporado, que opera a una frecuencia de 32,768 Hz, genera señales de tiempo estables: 256 pulsos por segundo. El circuito contiene tres contadores: un contador de pulsos de tiempo de 40 bits, un temporizador de intervalos de 40 bits que cuenta el tiempo que la línea de señal está activa y un contador de ciclos de 32 bits que cuenta el número de ciclos de intercambio de datos con el dispositivo. Los bytes superiores del contador de pulsos de tiempo y el temporizador de intervalos proporcionan un conteo de tiempo con precisión de segundos. Además de estos contadores, el circuito tiene tres registros de propósito similar. Si el valor actual del contador coincide con los datos registrados previamente en el registro, se establece la bandera correspondiente en el registro de estado. Si al mismo tiempo se activa el bit de activación de interrupción correspondiente en el registro de estado, se genera una interrupción que se puede leer en la línea de señal. Interfaz de un solo cable Una característica distintiva de Touch Memory es el protocolo de intercambio con el lector desarrollado por Dallas Semiconductor. Para recibir y transmitir información, se usa una línea de señal bidireccional (el segundo cable es un contacto de tierra). El intercambio en una línea se realiza en modo semidúplex (ya sea recepción o transmisión). La interacción de los dispositivos a través de una interfaz de un solo cable se organiza según el principio de "maestro-esclavo" (maestro-esclavo). En este caso, el lector es siempre el maestro y uno o más dispositivos de memoria táctil son los esclavos. La interacción de varios dispositivos con el lector en una línea bidireccional es compatible con el hardware Touch Memory. El protocolo de intercambio a través de una interfaz de un solo cable es de dos niveles. En el primer nivel lógico, se utilizan comandos de intercambio con ROM y RAM para interactuar con los dispositivos (Tabla 2).
El grupo de comandos de intercambio de ROM consta de cuatro comandos: lectura de ROM, omisión, comparación y búsqueda. Los dos últimos comandos permiten la interacción en una línea de varios Touch Memory con el lector. El comando de comparación inicia un intercambio con el dispositivo cuyo número de serie se especifica. El comando de búsqueda le permite determinar el número de serie de uno de los dispositivos conectados a la línea bidireccional. Los comandos para intercambiar con el bloc de notas y la memoria principal son procesados por Touch Memory solo después de la ejecución de uno de los comandos para intercambiar con ROM. Así, cuando interactúan varios dispositivos conectados a una misma línea, el lector envía un comando de comparación a través de la línea, según el cual se selecciona un solo dispositivo, que posteriormente recibe comandos para intercambiar con la memoria. Todos los comandos de intercambio tienen un tamaño fijo: un byte, los datos se representan mediante números enteros de 8 bits. El maestro siempre inicia un intercambio enviando comandos al esclavo. El protocolo de capa física se utiliza para transferir comandos y datos a través de una interfaz de un solo cable. Los comandos y los datos se transmiten en código serial. Para asegurar la integridad de la información transmitida, el protocolo de intercambio en la capa física regula estrictamente los parámetros de tiempo de las señales en la línea. El protocolo de intercambio de datos consta de tres ciclos principales: inicialización, escritura y lectura. El ciclo de inicialización es el ciclo inicial de cualquier intercambio de información con la Memoria Táctil. En este ciclo, el maestro sondea la línea, determinando la presencia de Touch Memory en ella. El ciclo de inicialización se sincroniza mediante un pulso de reinicio negativo generado por el maestro. Después de enviar la señal, el maestro libera la línea y entra en el modo de recepción. En el caso de que un dispositivo Touch Memory esté conectado a la línea, detecta la señal del reloj del maestro y, después de una pausa temporal, le envía una señal de identificación (Fig. 5). Esta señal de respuesta informa al host que hay contacto eléctrico con la memoria táctil y que puede comenzar el intercambio.
Los datos se transmiten a través de una línea bidireccional de un solo cable en intervalos de tiempo discretos llamados segmentos de tiempo (normalmente alrededor de 60 µs). Al transmitir datos, se utiliza un método de codificación de ancho de pulso, que recuerda al código Morse: durante un segmento de tiempo, los estados largos o cortos de un cero lógico en la línea determinan el valor del bit transmitido. Proporciona velocidades de transferencia de datos de hasta 16,6 kbps. La sincronización del segmento de tiempo durante la grabación se lleva a cabo por el borde negativo de la señal que forma el dispositivo maestro. Para transferir una unidad lógica a la Touch Memory, el dispositivo maestro libera la línea después de enviar una señal de reloj, para escribir un cero lógico, el dispositivo maestro mantiene un estado bajo de la línea durante todo el segmento de tiempo (Fig. 6a). El ciclo de escritura descrito se repite para cada bit de comando transmitido.
Al comienzo del ciclo de lectura, el dispositivo host también envía una señal de reloj de bajo nivel a la línea, luego de lo cual libera la línea y entra en el modo de recepción. Además, durante todo el segmento de tiempo, el estado de la línea de un solo cable está determinado por el dispositivo esclavo: la memoria táctil. En este caso, una unidad lógica se transmite por un nivel alto y un cero lógico se transmite por un nivel bajo de una línea de un solo hilo durante todo el segmento de tiempo. El mejor momento para la transmisión de datos por parte del dispositivo maestro es 8 µs después del inicio del segmento de tiempo (Fig. 6b). El ciclo de lectura de un bit se repite hasta que se hayan leído todos los datos.
Al final de cada segmento de tiempo, el dispositivo maestro proporciona una pausa en el intercambio (momento de recuperación) manteniendo la línea alta. Es posible suspender una sesión de comunicación por cualquier tiempo entre segmentos de tiempo, manteniendo un estado alto en la línea. En todas las sesiones de comunicación, el bit de datos menos significativo se transmite primero. Características de diseño de Touch Memory Se proporcionan una serie de características únicas de Touch Memory gracias a la carcasa inusual del dispositivo. El cristal de memoria y la batería de litio en miniatura están alojados en una caja sellada de acero inoxidable con un diámetro de 16 mm y un grosor de 5,8 mm (caja F5) o 3,2 mm (caja F3). La caja de acero se utiliza para hacer contactos eléctricos. La carcasa del dispositivo tiene un diseño similar al de una pila de botón. Consta de una llanta con fondo y una tapa aislada eléctricamente. A diferencia de los microcircuitos convencionales, el acceso al contenido de la memoria del dispositivo se realiza únicamente a través de dos líneas: tierra y señal bidireccional. El borde y la parte inferior son el contacto con el suelo y la tapa actúa como un contacto de señal (Fig. 7a). El estuche puede soportar más de 1 millón de conexiones mecánicas sin desgaste perceptible.
Para leer los datos de los dispositivos Touch Memory, se utiliza el dispositivo de contacto (sonda) Touch Probe, que es un conjunto mecánico que consta de dos piezas metálicas estampadas separadas por un dieléctrico. La punta de la sonda está diseñada para encajar exactamente en el cuerpo redondo del instrumento. En este caso, la región central profundizada funciona como contacto de señal y su borde sirve como contacto de tierra (Fig. 7b).
El tamaño pequeño de la sonda táctil permite que se integre directamente en un controlador de microprocesador portátil, se conecte a cualquier superficie o se use como un dispositivo portátil independiente. La interacción con el dispositivo es proporcionada por un toque momentáneo de la sonda y el cuerpo de la memoria táctil de tal manera que la parte inferior del dispositivo entra en contacto con el área central profunda de la sonda y el borde entra en contacto con la superficie lateral de la sonda. El uso de un diseño de interfaz eléctrica simple garantiza la alta resistencia mecánica de Touch Memory, ya que no tiene pines ni contactos que puedan dañarse. Confiabilidad Una de las principales ventajas de Touch Memory frente a otro tipo de identificadores es su alta fiabilidad. Los dispositivos Touch Memory resisten un impacto mecánico de 500 g, una caída desde una altura de 1,5 metros sobre un piso de concreto, una carga de 11 kilogramos en el cuerpo, no se ven afectados por campos magnéticos y estáticos, atmósfera industrial y funcionan en el rango de temperatura de -40 a +85 'C para DS 1990 y de -20'C a +85'C para todos los demás dispositivos de la familia. Conclusión El diseño único de la carcasa y la interfaz eléctrica simple de Touch Memory pueden ampliar significativamente el alcance del identificador electrónico en comparación con los medios tradicionales y, en algunos sistemas, incluso reemplazarlos. La introducción de la tecnología Touch Memory en el CIS difiere significativamente de la introducción de sistemas con identificadores convencionales. Si los sistemas con tarjetas magnéticas, códigos de barras y los más modernos con tarjetas de microprocesador se compran completamente en el extranjero, entonces todo el equipo y el software para los sistemas con Touch Memory son desarrollados y producidos por empresas nacionales. Este camino es mucho más económico y prometedor, ya que, por un lado, permite utilizar el alto potencial de los desarrolladores nacionales y adaptar fácilmente los sistemas a los requisitos de aplicaciones específicas, y por otro lado, permite hacer un cambio tecnológico. salto, introduciendo la tecnología más avanzada en poco tiempo. Los dispositivos Touch Memory son los más utilizados en sistemas de control para el acceso físico a locales, edificios y acceso a recursos de información, equipos, en sistemas de pagos electrónicos no monetarios, identificación automática de productos, objetos. Autor: E. Zlotnik; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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