M68HC912D60在税务监控系统设计中的应用

　　1 引言

　　税控系统即“POS电子税收控制系统”, 是由POS机、金税卡/IC卡、读卡器、计算机及打印机等设备构成的电子信息网络。POS税款机的推广是执行“金税工程”的一个重点项目，推广应用POS税款机能够让税务部门节约大量的人力财力，杜绝商家经营中的偷税漏税情形。由于目前市面上使用的POS机五花八门，全部更换是一个很大的经济负担，因此，一个可行的方法是对现有的普通收款机进行改造，安上税控装置。以MCU为核心的嵌入式税控系统以其高效、可靠、低价的优点，成为最佳的税控系统解决方案之一。

　　2 税务监控系统介绍

　　税务监控系统通过截获POS机的打印数据，从中提取出交易的日期、时间、金额等税控信息，并在打印数据中插入加密的防伪信息，再送到打印机打印出票据。同时，系统能够响应税务管理中心的命令，向中心提供营业额等税务信息。其拓扑结构如图1所示。

　　税控POS机是在普通POS机的基础上增加了具有数据保护功能的“黑匣子”。它的主要作用是自动记录用户的经营结果，掌握用户的真实营业数据，才能有效堵塞税收漏洞，从而保证征税工作的合理性与合法性。

　　3 M68HC912D60芯片介绍

　　3.1 基本结构

　　M68HC912D60 单片机是Motorola公司的16位单片机，由控制单元和执行单元两个主要部分组成。控制单元包含时序发生器、控制存储器和随机控制逻辑，为执行单元生成所有的控制；执行单元(EU)包含所有的寄存器、ALU和总线接口。

　　3.2 功能特点

　　M68HC912D60系列采用模块化设计，各种不同型号单片机可由不同的模块组成。M68HC912D60是其中的代表产品，它速度快、功能强、内部资源丰富。M68HC912D60具有如下特点：

• 　　16 bit CPU12 与M68HC11 指令组兼容
• 　　60K片内EEPROM
• 　　60K片内ROM
• 　　2kB片内RAM
• 　　8MHz内部总线频率
• 　　20bit ALU
• 　　2个增强型串行口通讯口SCI
• 　　1个串行外围接口SPI
• 　　4通道可编程的 PWM
• 　　2× 8channels, 10bit A/D 转换器
• 　　112Pin TQFP /80pin QFP 封装

　　3.3 M68HC912D60的结构与存储器组织

　　M68HC08系列可以寻址64Kbytes的存储空间。M68HC912D60的存储器组织包括：

• 　　60K 片内FLASH EEPROM
• 　　60K片内ROM
• 　　1K 片内EEPROM
• 　　2kB片内RAM

　　4 基于Motorola M68HC912D60单片机的税务控制系统设计

　　Motorola M68HC912系列单片机具有速度快、功能强、功耗低、价格低等特点，采用先进的亚微米工艺，具有较高的性价比。以下讨论一个基于M68HC912D60嵌入式税务监控系统的实现。

　　4.1 系统描述

　　税务监控系统是通过在普通POS机中加装一个税控黑匣子，从而准确地获取经营者的营业额，并能将数据传送至税务管理中心，提供税收依据。

　　4.2 硬件系统设计

　　税务监控系统的硬件设计主要包括MCU、外围接口单元、控制单元、外扩数据存储器SRAM、嵌入式MODEM单元、8250串行接口、8255并行接口及时钟电路几大模块。系统结构框图如图2所示。外围接口单元由RS-232接口、RS-485接口、指示电路接口和电话线接口构成；控制单元由复位电路、掉电保护电路和看门狗电路构成。

　　MCU模块完成整个系统的控制和相应处理；外围接口单元模块主要完成本系统与PC机、远程管理中心之间以及下层的各个PoS分机之间的通信接口；外扩存储器RAM完成对各个PoS分机上传输数据的暂时保存，等接收到规定数量的数据后，统一由MODEM传到税控管理中心。

　　控制单元模块主要完成用户对整个系统的控制，即对数据提供可靠的掉电保护，防止掉电后丢失数据，对系统提供彻底、统一的复位，以防系统死机，实现对程序的监视功能，解决了程序“跑飞”失控及死循环问题；8250串行接口模块完成 MCU与嵌入式MODEM芯片的接口。

　　嵌入式MODEM单元模块完成数据的调制解调，并通过电话线接口与远程的标准MODEM进行通信；8255接口模块完成数据线的扩充，提供足够的数据线来驱动系统的指示电路；时钟电路模块主要是为系统提供一个准确、稳定和可靠的时钟，以便定时和为监视器(Watchdog)电路提供方波输入等。其中，8255接口模块、8250接口模块及外扩存储器RAM之间，是通过M68HC912D60的C口的高三位经过译码后的片选信号控制各模块的片选来进行切换的。

　　4.3 系统软件设计

　　软件部分包括PoS税控盒部分和税务部门的主机上运行的服务器部分。前者是以MCU为核心的嵌入式系统，全部以汇编语言编写；后者运行于 Windows平台，采用VB语言。图3给出了主程序的工作流程。

　　系统中的通信协议包括税控分机与POSMaster 之间的通信协议、PoSMaster与税务部门主机间的通信协议、税控分机与PC机直接通信的协议(用于PoSMaster的通信线路故障时)。本系统参考电信部门IC卡公用付费电话系统的通信协议和相关的国家标准，制定了自己的通信协议。考虑到设计的方便性，在上述的三种通信中采用基本相同的链路层和应用层协议。下面是对所用协议的简单描述。

　　4.3.1 帧结构

　　链路层有两种帧结构：命令帧和数据帧。

　　(a)命令帧

　　用于传输建链请求、应答、请求数据等命令以进行链路控制，命令帧结构如下：

　　命令帧符号定义：

　　SOH 标题开始

　　TYPE 指示帧的类型

　　Length 指示帧长度

　　Command 传输的命令，例如：

　　命令字符：

• 　　AUDIT 请求数据
• 　　ACK 肯定应答
• 　　NAK 否定应答
• 　　EOT 传输结束

　　(b)数据帧

　　用于传输实际的数据即税控信息数据，数据帧结构如下：

　　数据帧符号定义： SOH 标题开始

　　TYPE 指示帧的类型

　　Length 指示帧长度

　　DATA 传输的正文(数据)

　　ETB 指示一帧数据结束

　　ETX 指示所有数据结束

　　BCC 校验码

　　4.3.2 通信的流程

　　在物理层建立连接后，先发送一长串同步码，然后再发送第一帧数据，数据上传的一方发送肯定应答后开始数据传输过程。数据收集方每接收到一帧数据，根据校验的结果发肯定或否定应答。

　　4.3.3 差错控制

　　本协议采用BCC规则的偶校验。接收端收到一帧数据后，若BCC校验有错，则发送NAK要求对方重发上一帧数据。对同一帧信息文电如果重发次数超出阈值，则本次通信失败，双方退出通信过程。

　　4.3.4 超时控制

　　通信双方在收到对方的命令或数据后必须在6s以内回应；若某一方在6s内没有收到对方的回应则重发上一次的命令或数据。允许的最大重发次数为3次。