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1、嵌入式报考机的设计和实现晋永康1张晓凌t吴强2 陈健中、( 1 北京工业大学计算机学院，北京1 0 0 0 2 2 2 。北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京1 0 0 0 2 2 )摘要：针对自学考试计算机信息管理系统在报考方面的局限性，提出并设计了个嵌入式报考机终端系统，并从软、硬件方面进行了分析与设计。关键字：自学考试嵌入式报考机C A N 总线D e s i g na n dI m p l e m e n to fE m b e d d e dM a c h i n ef o rC h e c k i n gR e g i s t r a t i o n & E x a m i n
2、 a t i o nJ i nY o n g k a n 9 1Z h a n gX i a o l i n 9 1W uq i a n 9 2C h e nj i a n z h o n 9 1( 1 C o l l e g eo f c o m p u t e rs c i e n c eB e i j i n gu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y ，B e i j i n gi 0 0 0 2 2 ；2 C o l l e g eo f E l e c t r o n i cI n f o r m a t i o n &C o n t r
3、 o lE n g i n e e r i n gB e i j i n gu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y ，B e i j i n g1 0 0 0 2 2 )A b s t r a c t ：F o rt h ec u r r e n t l yl i m i t e di nt h ec h e c k i n gr e g i s t r a t i o n & e x a m i n a t i o na b o u tC o m p u t e rI n f o r m a t i o nM a n a g e m e n tS
4、 y s t e mo fs e l f - s t u d ye x a m i n a t i o ns y s t e mf o rH i g h e rE d u c a t i o n ，w eb r o u g h tu pa n dd e s i g n e da I le m b e d d e ds e l f - h e l pm a c h i n ef o rc h e c k i n gr e g i s t r a t i o n & e x a m i n a t i o ns y s t e m 。a n da n a l y z e di nh a r d w
5、 a r ea n ds o t ：【w a r e K e y w o r d s ：S e l f - s t u d ye x a m i n a t i o n ；e m b e d d e d ；m a c h i n ef o rc h e c k i n gr e g i s t r a t i o n & e x a m i n a t i o n ；C A Nb u s 1 引言自学考试信息管理系统具有从考生注册到毕业审定的全部管理功能。在实际应用中，信息的输入环节较多，易出差错，已成为整个系统运行的瓶颈。本文针对这一问题提出和设计了一个能实现自助报考的嵌入式系统的解决方案。
6、2 系统概述嵌入式报考机的主要目的是帮助考生完成课程报考、成绩查询以及收费结算等，逻辑功能上应满足：考生持本人的准考证( I C 卡) 进行课程报考，通过人机交互方式，考生在自助式报考机上看到所注册的各专业当期开考的各门课程，从这些课程中选择个人希望报考的课程，领取报考凭单或考试通知单。嵌入式报考机要求操作简单、可靠性高、具有容错能力。主要由硬件系统、软件系统和通讯协议等部分构成。系统硬件结构按照工业仪器仪表的规则设计。软件系统包括：设计外围硬件设备的驱动2 8 6程序，完成对设备的初始化和各种操作；设计构建一个控制局域网络，使嵌入式报考机可以通过网络访问和共享中央数据库；由于系统功能全，可靠
7、性要求高，为了降低成本，通过总控程序的设计调度各功能模块的运行；研究设计嵌入式报考机同P C机通讯的通讯协议，解决系统现场总线与局域网的数据交换和通信问题。3 硬件设计嵌入式报考机硬件设计以单片机作为控制器，并配置有L C D 液晶显示屏、1 C 读卡器和微型点阵打印机。系统采用8 0 51 系列单片机W I N B O N D7 8 E 5 8作为核心控制器，该C P U 运行速度可达4 0 M H z ， 且内部有3 2 K 字节的F L A S H 存储器。系统通讯接口设计采用C A N 总线控制器和收发器来实现；L C D液晶接口和打印机接口，可以由单片机总线扩展得到。为了提高系统的可
8、靠性和抗干扰能力，设计了“看门狗”电路，当“喂狗”信号出现故障时，系统自动复位，杜绝死机的情况出现。嵌入式报考机的汉字显示系统是硬件电路的设计难点和重点，因为8 0 5 l 单片机仅有1 6 条地址线，仅能够寻址6 4 K宴主塑堕与仪器学报2005熊增刊JIf “ i= 皇基l l l i - I l lI“II 釜釜字节的存储器空间，而仅存放字库的芯片2 7 C 0 2 0就需要1 8 条地址线，因此必须采用P l 口的两条I O引脚作为地址线，同时字库的芯片2 7 C 0 2 0 的片选信号必须与外部的程序存储器和数据存储器的片选地址分开，设计选择P 1 口的P 1 2 作为选择片外数据存
9、储器和汉字字库的选择线，所有的逻辑设计在C P L D 里完成。综上所述，主机板上配置所需的设备接口，包括专用键盘，打印接口，I C 卡读写器，L C D 显示屏，C A N 总线通讯。硬件结构见图l 。c 枨墨I 缝图14 软件设计与实现嵌入式报考机软件系统用来实现报考机的正常运行操作和同服务器进行信息交换。在进行软件设计时必须充分考虑以下几个方面的因素：系统可靠性、安全性和稳定性；系统的实时响应能力；网络维护方便；用户界面友好，软件使用、升级和移植方便。软件设计的主要任务是：研究设计报考机主控程序和各个设备的驱动程序、通讯协议。鉴于系统应用要求，软件设计采用C 5 1 语言。嵌入式报考机软
10、件主要包含以下功能模块：总监控程序、键盘扫描程序、显示驱动程序、读卡程序、打印程序、C A N 通讯程序等模块。4 1 总监控程序总监控程序控制单片机系统按预定操作方式2 8 7运行。完成人机对话和远程控制等功能。监控程序基本工作流程：报考机开机后进行联机请求，检测网络是否处于正常连接状态。联机成功后，进入报考界面，提示考生插入准考证。检测考生准考证是否正常插入，若正常，则调用读卡模块读取准考证上储存的考生基本信息，并在显示器上显示。提示按任意键让考生选择要报考的专业。考生选择专业确认后系统调用C A N 总线模块发送考生基本信息和所报考的专业，从服务器数据库中读取当次考试计划课程表。报考机接
11、收当次考试计划课程表并显示。进入选报课程界面。考生选报课程。确认后发送报考课程请求。考生得到报考成功确认信息后，打印考试通知单，退出报考卡，结束报考。系统控制重新回到初始报考界面。4 2 键盘扫描程序键盘是用户与系统交互的主要设备。系统中采用的是4 * 4 行列式键盘，键盘识别方法采用程序扫描法，键盘信号的获取采用中断法。键盘扫描程序设计主要功能是正确及时读取键盘当前时刻的状态。为了提高系统的稳定性，键盘扫描程序设计特别注意解决的几个主要问题是：键码设计处理、抖动处理、连击处理和复合键处理，如果处理不好就容易引起误操作和操作失控等现象。通过设计一个全局变量v a l u e 来获取键值，主监控
12、程序中无需判断按键是在哪行哪列，只要确定出各个按键的“编码”就可以了。在扫描程序中采用软件延时来避开抖动阶段。延时程序插在键盘中断( 外部中断1 )子程序中。通过采用外部中断并且中断优先的方法很好地解决连击问题。键盘2 键和8 键分别复用为u p 键和d o w n 键来扩充键盘功能。由于两种功能不在同一时间执行，在主监控程序中判断处理，所以扫描程序中不需要特别处理。4 3 显示驱动程序液晶显示屏的功能相当于普通计算机中的“显卡+ 监视器”的功能，C P U 将要显示的内容传送到“显示缓冲区”后，由扫描和驱动部件完成显示任务。液晶显示屏有三种显示模式：文本显示模式、图形显示模式和图文混合显示模
13、式。在文本显示模式下，“文本显示缓冲区”的内容将被显示；在图形显示模式下，“图形显示缓冲区”的内容按点阵对应方式进行显示；在图文混合模式下，两个缓冲区的内容进行混合显示。液晶显示屏中的“显示缓冲区”通常不能被C P U 直接访问，一个字节的操作需要首先传送地址，再传送数据，需要若干条指令才能完成。系统的所有显示都是采用图形显示模式( 包括字符的显示) ，所采用的液晶显示屏在图形模式下可以显示3 2 0 * 2 4 0 个点。横行每8 个点对应与图形显示缓冲区中的一个字节，故每一行的3 2 0 点对应缓冲区中的4 0 个字节，每个字符纵向高度为8 点，故纵向可显示3 0 行字符，全屏显示字符总数
14、为4 0 * 3 0 = 1 2 0 0 个字符。汉字所用点阵为1 6 x 1 6 ，整屏显示汉字数目为2 0 字x 1 5 行。在一个字节的8 位里，每一个“l ”对应一个显示出来的点，每一个“0 ”对应一个未显示的点，且高位对应左边的点，低位对应右边的点。涉及L C D 显示器的程序有两部分，开机初始化和基础显示函数。开机初始化函数：显示屏在工作前需要初始化，设定工作模式、显示缓冲区的地址等。显示器的控制器为S E E D 1 3 3 5 ，按其指定的技术规范发送8 组命令，其中2 组命令带有参数，规定显示器的显示方式，字模传送格式等。这些功能的实现在函数i n i tL C D 中实现。
15、基础显示函数：有4 个基础显示函数，分别是：完成清屏操作的c l e a rL C D 函数、在屏幕指定位置显示一个西文字母数字符号且支持支持正常和反臼显示的E d o c c 函数、在屏幕指定位置显示一个汉字且支持正常和反白显示h d o c c 函数和在屏幕指定位置显示一字符串，从左向右显示，支持正常和反白显示的D i s p l a yl U 函数。o nC4 4 读卡程序C P U 通过串口进行读卡操作。程序设计包括：初始化读卡器函数i n i tc o m R e a d C a r d 、自动弹卡函数a u t o p o pc a r d 、判断是否有卡插入函数n o c a r
16、 dw a i t 、读取考生的准考证信息函数r e a d 。i n i te o m R e a d C a r d 函数设置串口参数并向读卡器发送初始化指令来判断读卡器是否正常；a u t o p o pc a r d 函数在读卡结束，向读卡器发送弹出指 令，自动弹卡；n o c a r dw a i t 函数在主监控程序中需要等待插卡，可以调用此函数来判断是否有卡插入；r e a d 函数用于读取考生的准考证信息。4 5 打印程序打印机选择带有汉字库的针式微型打印机，通 过并行接口同主机相连，并行口与C E N T R O N I C S标准兼容。驱动程序设计包括：函数p r i n t i n i t 完成 打印机初始化、行距设置、汉字点阵选择和制表值设置等，单个字符打印p r i n t 函数和字符串打印p r i n t s 函数。4 6C A N 通讯程序C A N 总线属于现场总线的一种。现场总线是应用在最底层的一种总线性拓扑结构网络。嵌入式报考机系统采用C A N 总线作为通讯方式。节点的设计：8 9 C 5 2 作为节点处理器，
