作者：中国电子科技集团公司第五十二研究所 吴文渊

引言

税控收款机是指具有特定税控功能的电子收款机，它是集软硬件为一体的嵌入式系统，硬件设计考虑高性价比和高可靠性，软件设计考虑系统的稳定性和可靠性。根据这一原则，本文介绍了一种基于ARM控制器LPC2214的税控收款机的设计方案。

税控收款机硬件系统的设计与实现

税控收款机的硬件组成框图如图1所示，其硬件系统由中央处理模块、显示模块、打印模块、电源模块、时钟模块、IC卡接口、外部通讯接口(包括RS232串行接口、网络接口、USB接口等)、蜂鸣器，以及输入键盘、电子锁、条码扫描仪和手写板等几部分组成。

图1  税控收款机硬件框图

中央处理模块

中央处理模块采用飞利浦公司基于32位ARM7TDMI-S内核的低功耗ARM处理器LPC2214。该处理器是飞利浦公司为嵌入式应用提供的高性价比微控制器解决方案，通过在ARM7TDMI-S内容基础上扩展一系列的通用外围器件，使系统费用降至最低，增强了系统对外部设备的支持能力。由于LPC2114集成了丰富的片上资源，所以系统本身的扩展大大减少，这不但减小了产品的体积，而且便于维护。

显示模块

作为人机交互的显示模块包括一个LCD主显示屏和一个9位的VFD用户显示屏，其中LCD采用内置KS0107/KS0108控制器的图形点阵式液晶，显示分辨率为192×64，可显示16×5个11×12点阵的汉字；VFD通过具有SPI接口的芯片HT16512进行驱动。

打印模块

系统选用EPSON公司的MU110II打印机头，供电电压为DC24V。电机驱动采用MTD2003F，针驱动采用MTA001M，由LPC2214的通用I/O口进行控制。

电源管理模块

系统采用开关电源为LPC2214提供5V电源。由于税控收款机对掉电保护有严格要求，所以在电源管理模块中设计了掉电保护电路，可以在掉电时维持系统正常工作一定时间。掉电时该电路会发送给处理器一个中断，使系统进入掉电中断处理程序，进行相应的掉电保护工作。

时钟模块

时钟模块采用I2C总线时钟芯片P8563AP，在后备电池的支持下，能保证系统掉电后片内时钟继续运行。

税控存储器

税控收款机需要记录大量的数据信息，本系统采用了ATMEL公司具有SPI接口的Flash存储器AT45DB321，由于LPC2214微控制器具有SPI的接口，所以能够方便地同它相连接。设计上采用可插拔式模块，将数据存储模块与系统主板分离。此设计的特点是当系统出错时，能够将重要数据及时转移，降低了数据发生错误的几率，提高了数据的完整性和可靠性。在税控卡的配合下，可以将相关的数据信息转移到另一正常工作的机器中继续进行工作，保证数据存储的时效性。另外，也可以在维护和检修时采用替换法，这体现出很强的实用性和可操作性。

IC卡接口

通常的设计中会使用专用IC卡读写芯片为系统提供ISO7816的接口，如CTS56I01、WatchCore、TDA8020等。本系统没有进行硬件扩展，充分利用LPC2214的性能特性，实现了符合ISO7816标准的IC卡接口功能。

智能卡芯片的接口信号包括：电源电压(VCC)、地(GND)、复位(RST)、时钟(CLK)、编程电压(VPP)、输入输出(I/O)。如图2所示，I/O、RST由LPC2214微控制器的通用I/O口(GPIO)来控制，通过软件模拟数据读写操作时序，实现数据的交换，其中I/O上信号的传输是双向的，所以要利用软件根据时序不断转换输入输出的状态。此方法具有成本低、方便灵活等特点。

其它模块

键盘控制芯片采用具有SPI串行接口的ZLG7289B，该芯片可连接多达64键的键盘矩阵，可满足本系统的设计要求。

由于LPC2214未集成USB控制器，因此系统中采用了CYPRESS公司内含USB主/从控制器、可支持全速数据传输的USB控制芯片SL811HS，以支持U盘和移动硬盘读写操作。此外，本系统采用RTL8019以太网控制器扩展31个以太网接口，税控收款机相互之间可以通过网络接口进行数据通信，并且可以和PC机的数据库系统进行数据交换。

税控收款机软件系统的设计与实现

税控收款机软件结构

税控收款机软件采用分层次结构化、模块化设计，依次分为业务处理层、接口层、设备驱动层和硬件平台等4个层次。其中业务处理层完成税控收款机具体的业务处理；接口层作为业务处理层与设备驱动层的桥梁，提供与具体硬件平台无关的应用程序接口(API)，其主要功能是对下层设备驱动程序进行封装，并提供一些公共的函数库；设备驱动层即BSP(Board Support Package，板级支持包)，包含具体硬件平台的各种设备驱动程序。

采用如上架构的系统软件层次结构清晰，直接相邻的上下层之间存在依赖关系，不相邻的上下层之间没有依赖关系。同层各模块之间的调用通过预定义的模块输出接口函数实现，各