Патрик Гёлль - Магнитные карты и ПК
Большой диаметр (6 мм) отверстий, выполненных в стеклотекстолитовой пластине (С), которая играет роль направляющей для карты, позволяет подогнать ее вертикальное расположение таким образом, чтобы головка точно совмещалась с дорожкой, с которой она должна считывать. Естественно, если пластина (В) вырезана из прозрачного плексигласа, это облегчит подгонку.
Для того чтобы считывать различные дорожки, нужно соответствующим образом выбирать размеры пластины из стеклотекстолита (С). Размеры, указанные на рис. 3.12, соответствуют дорожке ISO 2.
Если все этапы сборки были выполнены надлежащим образом, то механическая часть считывающего устройства должна работать отлично. При продвижении карты должно ощущаться легкое сопротивление.
Можно нанести немного воска или растительного масла на направляющую пластину (С), если сопротивление будет существенным. Если давление головки на карту будет слишком большим, необходимо увеличить высоту втулок.
Общий вид механической части устройства приведен на рис. 3.14.
Рис. 3.14. Общий вид механической части считывающего устройства с магнитной картой
УСИЛИТЕЛЬ СЧИТЫВАНИЯ
Прежде чем взяться за построение F/2F декодеров, необходимо вспомнить об обыкновенном усилителе, позволяющем восстановить TTL-сигналы, которые были использованы для записи.
Для проведения исследований потребуется осциллограф с памятью. Работа с ним будет особенно интересна тем читателям, которые хотели бы построить декодер на микроконтроллере (мы пытались сделать это на базе PIС-контроллеров фирмы Microchip).
Прямое декодирование можно осуществить посредством процессора достаточно быстродействующего IBM PC-совместимого компьютера при программировании его на ассемблере. Но на практике это все осуществить не так просто, как может показаться.
Схема, представленная на рис. 3.15, включает два каскада усиления и выполнена на ИС сдвоенного операционного усилителя типа LM358. Первый каскад обеспечивает усиление несколько большее, чем в 50 раз, при полосе пропускания в 20 кГц, что достаточно для типичной скорости прохождения карты. Второй работает в режиме насыщения почти как компаратор и выдает прямоугольные сигналы, соответствующие уровням TTL, для чего питание схемы осуществляется от источника напряжения +5 В.
Рис. 3.15. Усилитель считывания
Разрешается увеличить напряжение до 12 В, если возникнет необходимость в более высоких уровнях на выходе.
В коммерческих считывающих устройствах для карт довольно часто применяются более сложные схемы, использующие одну или несколько схем автоматической регулировки усиления (АРУ).
В схеме, представленной на рис. 3.16, сочетаются два способа изменения усиления. Первый состоит во включении нелинейного элемента в цепь отрицательной обратной связи усилителя. В данном случае нелинейный элемент образован двумя (возможно даже четырьмя) диодами, соединенными последовательно с резистором. Это позволяет операционному усилителю работать практически без обратной связи, а значит, с максимальным усилением, пока его выходное напряжение не достигнет значения, достаточного для открывания одного или другого диода. Потом усиление будет определяться резистором.
Рис. 3.16. Пример усилительного каскада с АРУ
Второй способ заключается в реализации управляемой мостовой схемы отрицательной обратной связи. Ее параметры меняются посредством транзистора, соединенного с логическими схемами декодирования (вход CDE).
В принципе АРУ значительно улучшает характеристики считывающего устройства. Однако осциллограмма, приведенная на рис. 3.17, показывает, что результаты, достигнутые с помощью нашей упрощенной схемы, уже вполне удовлетворительны.
Рис. 3.17. Результат считывания начальной части цифровой дорожки с плотностью 75 bpi
Полученная на ПК при помощи восьмиразрядного «виртуального осциллографа» (типа ADC10 производства Pico Technology), эта запись относится к началу цифровой дорожки плотностью 75 bpi, считанной на средней скорости прохождения. Хорошо заметны начальные 0, затем флажок start (11010), за которым следует начало блока данных.
Перевод виртуального прибора из режима «осциллограф» в режим «графическое устройство записи» позволил бы получить не 20 бит, а все содержимое дорожки, что дало бы возможность проведения тщательного анализа.
Печатная плата усилителя представлена на рис. 3.18. Ее размеры были подобраны так, чтобы законченный блок мог быть размещен в непосредственной близости от головки считывающего устройства, поскольку важно, чтобы соединительные провода от головки до усилителя были как можно короче (максимум 10 см), даже если они экранированные.
Рис. 3.18. Печатная плата усилителя считывания
Размещение элементов производится в соответствии со схемой, представленной на рис. 3.19.
Рис. 3.19. Схема размещения элементов усилителя считывания
Если первые попытки считывания закончились успешно, можно изменить некоторые величины компонентов, чтобы изучить их влияние на конечные результаты. Например, было бы интересно изучить влияние подсоединения нелинейной цепи из двух диодов, включенных «валетом», и последовательного резистора номиналом 82 кОм, по аналогии со схемой, изображенной на рис. 3.16.
Внешний вид платы усилителя представлен на рис. 3.20, перечень его элементов — в табл. 3.1.
Таблица 3.1. Перечень элементов усилителя считывания
Рис. 3.20. Внешний вид усилителя считывания
ДВА ЧАСТОТНЫХ ДЕКОДЕРА F/2F
Декодирование сигналов
F/2F можно доверить быстродействующему PIC-микроконтроллеру, но такое решение явно будет более дорогостоящим и менее эффективным, чем использование компонентов, разработанных конкретно для этого случая.
Практически все производители магнитных считывающих устройств продают специальные декодирующие интегральные схемы, которые очень удобны для проектирования специальных считывающих устройств для нестандартных карт или билетов.
Такие компоненты, объединяющие аналоговые и цифровые узлы, обычно изготавливаются известными производителями для эксклюзивного использования фирмой-разработчиком считывающих устройств, которая решает, перепродавать их третьему лицу или нет. Установив различные контакты и, естественно, проведя ряд испытаний, которые можно считать удовлетворительными, мы выбрали двух поставщиков, чья продукция имеет сравнимые характеристики.
Так, немецкая компания Hopt+Schuler предлагает ИС U4085B, изготовленную фирмой Telefunken, а американская компания American Magnetics — свою ИС — 508734-002, изготовленную фирмой Motorola.
Эти марки вполне доступны во Франции, поэтому приобретение как одной, так и другой из названных ИС не должно вызвать особых проблем. Если речь идет о частных лицах, надо обратиться к официальным дилерам.
Как бы то ни было, на этих ИС мы разработали две собственные схемы декодеров, между которыми читатели могут выбирать в зависимости от возможностей приобретения той или иной интегральной схемы.
Немецкая версия
Схема на рис. 3.21 помимо ИС U4085B использует очень небольшое число внешних элементов. Большинство из них, кстати, обеспечивают функционирование интегральной схемы в условиях, несколько отличных от тех, для которых она была изначально разработана.
Рис 3.21. Схема декодера на интегральной схеме U4085B
Предназначенная и для автоматического, и ручного считывающего устройства ИС U4085B, как правило, должна активизироваться с помощью оптического датчика в тот момент, когда тот определяет начало дорожки, предназначенной для считывания.
В частном случае считывающего устройства с ручной подачей гораздо практичней управлять выводом 15 ИС посредством транзистора, открывающегося, как только предусилитель начинает реагировать на начальные нулевые биты, записанные на карте.
Обратите внимание, что для данной схемы требуется транзистор с очень большим коэффициентом усиления — это составной транзистор ВС517. На собственном опыте мы убедились, что обыкновенный транзистор n-р-n типа здесь абсолютно непригоден.
