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1、1,IC卡的原理和使用,e c o n y 仁科单片机开发有限公司,2,一、IC卡简介,IC卡是英文“集成电路卡”的缩写,是近年来传入中国的一项新技术。它是把具有存储、运算等功能的集成电路芯片压制在塑料片上，使其成为能存储、转载、传递、处理数据的载体。 在日常生活中，IC卡的使用越来越广泛，而且还有进一步扩大的趋势。因此有必要掌握这方面知识。,3,IC卡的种类,IC卡从其使用方式上分为两种： （1） 接触式IC卡：必须将IC卡插入主机卡口内，通过有线方式才能传输数据的一种IC卡。此卡易磨损、怕油污。 （2）非接触式IC卡（射频卡）：主机无卡口，IC卡无须和主机接触，通过无线方式就能传输数据的一
2、种IC卡。由于其为整体封装，不怕油污和磨损，所以使用寿命长。,4,IC卡从其功能上分为三种： （1） 存储器卡。 （2） 带加密逻辑存储器卡：内有COS（卡操作系统）的一种存储器卡。 （3） CPU智能卡：内有CPU（中央处理单元）的一种存储器卡。这三种卡又都分为接触式和非接触式。 磁卡是一种贴有一条磁带的卡片。它在受磁场及外力作用下极易损坏，不能直接存储数据；而IC卡由封装好的集成电路组成，不受磁场影响，能够进行数据存储。,5,常用IC卡芯片的生产厂家及主要芯片的型号,一、美国：爱特梅尔（ATMEL）公司生产的AT24CXX系列、93C46等； 二、德国：西门子公司生产的4414、4424、
3、4442等。,6,二、IC卡芯片,1、AT24CXX系列芯片 串行E2 PROM 芯片AT24C01/ 02/ 04/08/ 16 是美国爱特梅尔(ATMEL) 公司生产的二线式串行IC 卡芯片, 小巧, 可靠性高,具有保护性能,速度快,安全稳定,因此在设计IC 卡等领域中得到了广泛的应用。,图1 AT24CXX引脚图,芯片引脚和外形封装形式如图5所示,各管脚功能如表1 所示。 WP管脚操作功能见表2,7,AT24CXX 系列芯片主要有AT24C01 ,AT24C02 , AT24C04 , AT24C08 , AT24C16等型号,其区别主要是容量不同,分别为1k ,2k ,4k ,8k 和
4、16k 比特。它采用低功耗、高速度和高密度CMOS 工艺, 可擦写10 万次以上, 数据保存100 年有效, 为双线串行接口。存储在芯片中的数据, 可通过软件的方法利用各种加密算法进行处理, 从而确保其安全性。,8,时钟,复位,SDA SCL,Rp,Rp,SDA SCL WP A2 A1 A0,VDD,Vss,图3 AT24CXX系列外围扩展电路,图3为AT24CXX系列芯片的电路连接方式,其中,VDD接电源,Vss、A0、A1、A2、TEST均接地，SDA、SCL分别为数据线和时钟线，接单片机上的两个I/O口。使用SLE4442时的电路也是如此。因此，控制IC卡只需两个I/O口即可。,9,2
5、、逻辑加密存储SLE4442 卡,图2 IC卡的触点安排,SLE4442是德国西门子SIMENS 公司设计的逻辑加密存储卡，它具有2K位的存储容量和完全独立的可编程代码存储器（PSC）。较大的存储容量能够满足通常应用领域的各种需要，因此是目前国内应用较多,的一种IC卡芯片，芯片采用多存储器结构2线连接协议，NMOS工艺技术每字节的擦除/写入编程时间为2.5ms存储器具有至少10000次的擦写周期数据保持时间至少10年。,图2为SLE4442卡的触点安排情况，表3为各管脚功能。,表3 SLE4442各引脚功能,10,三、IIC总线,1、IIC总线简介 IIC总线（Inter Integrated
6、 Circuit BUS）是Philips公司推出的串行扩展总线，为二线制，总线上扩展的外围器件及外设接口通过总线寻址。图4为IIC总线外围扩展示意。外围器件可以是LED显示器、LCD显示器、I/O口键盘、码盘等。,外围 器件 3,外围 器件 2,外围 器件 1,外围 器件 4,外围 器件 5,时钟,复位,SDA SCL,Rp,Rp,SDA SCL,图4 IIC总线外围扩展示意,Vcc,SDA SCL,SDA SCL,SCL SDA,SCL SDA,SCL SDA,11,IIC总线由数据线SDA和时钟线SCL构成。SDA/SCL总线上挂接单片机、外围器件和外设接口。所有挂接在IIC总线上的器件
7、和接口电路都应具有IIC总线接口，而且所有的SDA/SCL同名端相连。 IIC总线接口电路均为漏极开路，故总线上必须有上拉电阻Rp。 所有挂接到总线上的器件及接口都通过总线寻址，故IIC总线具有最简单的电路扩展方式。 IIC总线的驱动能力为400pF，通过驱动扩展可达4000pF，原规范中传输速率为100kb/s,新规范的传输速率可达400kb/s。,12,2、总线节点的寻址方法,挂接到总线上的所有外围器件、外设接口都是总线上的节点。在任何时刻总线上只有一个主控器件（主节点）实现总线的控制操作，对总线上的其它节点寻址，分时实现点点的数据传送。因此，总线上每个节点都有一个固定的节点地址。 IIC
8、总线上的单片机都可以成为主节点，其器件地址由软件给定，存放在IIC总线的地址寄存器中，称为主器件的从地址。在IIC总线的多主系统中，单片机作为从节点时，其从地址才有意义。 IIC总线上所有的外围器件都有规范的器件地址。器件地址由7位组成，它和1位方向位构成了IIC总线器件的寻址字节SLA。寻址字节格式如下：,13,SLA,DA3,DA2,DA1,DA0,A0,A1,A2,R/W,器件地址（DA3、DA2、DA1、DA0）：是IIC总线外围接口器件固有的地址编码，器件出厂时，就已给定。例如：IIC总线AT24CXX的器件地址为1010，4位LED驱动器SAA1064的器件地址为0111。 引脚地
9、址（A2、A1、A0）：是由IIC总线外围器件地址端口A2、A1、A0在电路中接电源或接地的不同，形成地址数据。 数据方向（R/W）：数据方向位规定了总线上主节点对从节点的数据传送方向，R接收，W发送。 例如：AT24C04在系统中的寻址字节SLAW=A0H，SLAR=A1H。,D7 D0,14,3、IIC总线时序 IIC总线上传送的每一帧数据为一个字节，但启动IIC总线后，传送的字节数没有限制，只要求每传送一个字节后，对方回应一个应答位（图5）。在发送时，首先发送的是数据的最高位。每次传送开始有起始信号，结束有停止信号（图6）。 （1）起始信号（S）。在时钟SCL为高电平时，数据线SDA出现
10、由高电平向低电平变化，启动IIC总线。 （2）终止信号（P）。在时钟SCL为高电平时，数据线出现由低到高的电平变化，将停止IIC总线数据传送。 （3）应答信号（A）。IIC总线上“确认”对应于应答位。相应数据线上低电平时为“应答”信号（A），高电平时为“非应答”信号（！A）。 （4）数据位传送。在IIC总线启动后或应答信号后的第18个时钟脉冲对应于一个字节的8位数据传送。脉冲高电平期间，数据串行转送，低电平期间为数据准备，允许总线上数据电平变换。,15,图6 总线的开始与停止,图5 输出确认,16,4、数据操作格式,IIC总线上一次完整的数据传送操作包括起始、发送寻址字节、发送器件子地址字节、
11、应答、发送数据、应答、发下一个数据、应答直到终止。如图7,S,SLAW/R,A,A,A,A,A/!A,P,SUBA,data1,dataN-1,dataN,其中：S：开始 SLAW/R：寻址字节 SUBA: 器件子地址 data1dataN：N个数据 A：应答 !A: 非应答 P：停止,图7 数据操作格式,17,5、主方式下的虚拟IIC总线软件包,1、虚拟IIC总线软件包的内容 设计IIC总线软件包，是为了在使用虚拟IIC总线时，有一个通用的傻瓜界面，从而使操作简单方便，只须使用三条归一化操作命令。 IIC总线软件包主要包括以下几个子程序：启动（START）、停止（STOP）、发送应答位（MA
12、CK）、发送非应答信号（MNACK）、检查应答位（CACK）、发送一个字节（WRBYTE）、读取一个字节（RDBYTE）、发送N个字节（IWRNBYTE）、读取N个字节（IRDNBYTE）等。,18,2、虚拟IIC总线软件包的应用 （1）虚拟IIC总线软件包只适用于主方式下IIC总线的外围扩展，即单主系统。 （2）在使用时，应先将软件包嵌入到程序内，作为IIC总线应用程序设计的软件支持平台。 （3）软件包内有许多符号，要根据系统的资源分配，在程序设计中通过赋值语句赋值。这些标记符号有： SLA 器件从地址、SUBA器件子地址、NUMBYTE读写的字节数、位变量ACK、SDA、SCL总线位、MT
13、D发送数据缓冲区首址、MRD接收数据缓冲区首址、SLAW寻址字节写、SLAR寻址字节写 还要注意此软件包占用内部资源：R0，R1，R2，R3，ACC，Cy。 （4）使用归一化操作命令： MOV SLA，#SLAW/#SLAR ;寻址字节入从地址 MOV NUMBYTE，#N ;操作字节数 LCALL IWRNBYTE/IRDNBYTE ;调用软件包,19,例如:将数据55H写入AT24C02中 ;写入 ;将子地址和数据放入发送缓冲区 MOV R0,#MTD MOV R0,#SUBA INC R0 MOV R0,#55H ;用三个归一化指令写入 MOV SLA，#SLAW MOV NUMBYTE
14、，#02H LCALL IWRNBYTE,20,将AT24C02内的数据读到单片机的70H中 程序可写为： ;读出 ;发出子地址 MOV MTD,#SUBA MOV SLA,#SLAW MOV NUMBYTE,#01H LCALL IWRNBYTE ;读出字节 MOV SLA,#SLAR MOV NUMBYTE,#01H LCALL RDNBYTE MOV 70H,MRD,21,小结,在用IIC总线与单片机连接工作时，可以将单片机的任意两个I/O口虚拟为IIC总线的SDA和SCL，不影响其它外围设备，从而可以很方便的与其它外围设备相联系，再通过软件编程，便可以广泛的应用在很多领域。 该总线电路结构简单，在实际运行时具有很高的可靠性，同时具有一定的可扩展性，并可通过单片机的串行口经电平转换后直接与计算机相连，以进行数据通讯。另外，也可根据需要连接到其它引脚或卡座触点，如果适当改进程序，还可以加密，因此安全性等也很好。,22,结 束 谢 谢 大 家,