IC卡的原理和應(yīng)用PPT演示文稿

1、1ic卡的原理和使用 e c o n y 仁科單片機(jī)開(kāi)發(fā)有限公司2一、ic卡簡(jiǎn)介 ic卡是英文“集成電路卡”的縮寫(xiě),是近年來(lái)傳入中國(guó)的一項(xiàng)新技術(shù)。它是把具有存儲(chǔ)、運(yùn)算等功能的集成電路芯片壓制在塑料片上，使其成為能存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)載、傳遞、處理數(shù)據(jù)的載體。 在日常生活中，ic卡的使用越來(lái)越廣泛，而且還有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)。因此有必要掌握這方面知識(shí)。 3ic卡的種類 ic卡從其使用方式上分為兩種： （1） 接觸式ic卡：必須將ic卡插入主機(jī)卡口內(nèi)，通過(guò)有線方式才能傳輸數(shù)據(jù)的一種ic卡。此卡易磨損、怕油污。 （2）非接觸式ic卡（射頻卡）：主機(jī)無(wú)卡口，ic卡無(wú)須和主機(jī)接觸，通過(guò)無(wú)線方式就能傳輸數(shù)據(jù)的一種ic卡

2、。由于其為整體封裝，不怕油污和磨損，所以使用壽命長(zhǎng)。4 ic卡從其功能上分為三種： （1） 存儲(chǔ)器卡。 （2） 帶加密邏輯存儲(chǔ)器卡：內(nèi)有cos（卡操作系統(tǒng)）的一種存儲(chǔ)器卡。 （3） cpu智能卡：內(nèi)有cpu（中央處理單元）的一種存儲(chǔ)器卡。這三種卡又都分為接觸式和非接觸式。 磁卡是一種貼有一條磁帶的卡片。它在受磁場(chǎng)及外力作用下極易損壞，不能直接存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；而ic卡由封裝好的集成電路組成，不受磁場(chǎng)影響，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。5常用ic卡芯片的生產(chǎn)廠家及主要芯片的型號(hào) 一、美國(guó)：愛(ài)特梅爾（atmel）公司生產(chǎn)的at24cxx系列、93c46等； 二、德國(guó)：西門(mén)子公司生產(chǎn)的4414、4424、4442等。6

3、二、ic卡芯片1、at24cxx系列芯片 串行e2 prom 芯片at24c01/ 02/ 04/08/ 16 是美國(guó)愛(ài)特梅爾(atmel) 公司生產(chǎn)的二線式串行ic 卡芯片, 小巧, 可靠性高,具有保護(hù)性能,速度快,安全穩(wěn)定,因此在設(shè)計(jì)ic 卡等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。圖1 at24cxx引腳圖 芯片引腳和外形封裝形式如圖5所示,各管腳功能如表1 所示。wp管腳操作功能見(jiàn)表27 at24cxx 系列芯片主要有at24c01 ,at24c02 , at24c04 , at24c08 , at24c16等型號(hào),其區(qū)別主要是容量不同,分別為1k ,2k ,4k ,8k 和16k 比特。它采用低功耗

4、、高速度和高密度cmos 工藝, 可擦寫(xiě)10 萬(wàn)次以上, 數(shù)據(jù)保存100 年有效, 為雙線串行接口。存儲(chǔ)在芯片中的數(shù)據(jù), 可通過(guò)軟件的方法利用各種加密算法進(jìn)行處理, 從而確保其安全性。8時(shí)鐘復(fù)位sdasclrprp sda scl wp a2 a1 a0vddvss圖3 at24cxx系列外圍擴(kuò)展電路 圖3為at24cxx系列芯片的電路連接方式,其中,vdd接電源,vss、a0、a1、a2、test均接地，sda、scl分別為數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線，接單片機(jī)上的兩個(gè)i/o口。使用sle4442時(shí)的電路也是如此。因此，控制ic卡只需兩個(gè)i/o口即可。92、邏輯加密存儲(chǔ)sle4442 卡圖2 ic卡的觸點(diǎn)

5、安排 sle4442是德國(guó)西門(mén)子simens 公司設(shè)計(jì)的邏輯加密存儲(chǔ)卡，它具有2k位的存儲(chǔ)容量和完全獨(dú)立的可編程代碼存儲(chǔ)器（psc）。較大的存儲(chǔ)容量能夠滿足通常應(yīng)用領(lǐng)域的各種需要，因此是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的一種ic卡芯片，芯片采用多存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)2線連接協(xié)議，nmos工藝技術(shù)每字節(jié)的擦除/寫(xiě)入編程時(shí)間為2.5ms存儲(chǔ)器具有至少10000次的擦寫(xiě)周期數(shù)據(jù)保持時(shí)間至少10年。圖2為sle4442卡的觸點(diǎn)安排情況，表3為各管腳功能。表3 sle4442各引腳功能10三、iic總線 1、iic總線簡(jiǎn)介iic總線（inter integrated circuit bus）是philips公司推出的串行擴(kuò)展總線

6、，為二線制，總線上擴(kuò)展的外圍器件及外設(shè)接口通過(guò)總線尋址。圖4為iic總線外圍擴(kuò)展示意。外圍器件可以是led顯示器、lcd顯示器、i/o口鍵盤(pán)、碼盤(pán)等。 外圍器件3外圍器件2外圍器件1外圍器件4外圍器件5時(shí)鐘復(fù)位sdasclrprpsdascl圖4 iic總線外圍擴(kuò)展示意vccsda sclsda sclscl sdascl sdascl sda11 iic總線由數(shù)據(jù)線sda和時(shí)鐘線scl構(gòu)成。sda/scl總線上掛接單片機(jī)、外圍器件和外設(shè)接口。所有掛接在iic總線上的器件和接口電路都應(yīng)具有iic總線接口，而且所有的sda/scl同名端相連。iic總線接口電路均為漏極開(kāi)路，故總線上必須有上拉電阻

7、rp。所有掛接到總線上的器件及接口都通過(guò)總線尋址，故iic總線具有最簡(jiǎn)單的電路擴(kuò)展方式。iic總線的驅(qū)動(dòng)能力為400pf，通過(guò)驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展可達(dá)4000pf，原規(guī)范中傳輸速率為100kb/s,新規(guī)范的傳輸速率可達(dá)400kb/s。12 2、總線節(jié)點(diǎn)的尋址方法 掛接到總線上的所有外圍器件、外設(shè)接口都是總線上的節(jié)點(diǎn)。在任何時(shí)刻總線上只有一個(gè)主控器件（主節(jié)點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)總線的控制操作，對(duì)總線上的其它節(jié)點(diǎn)尋址，分時(shí)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送。因此，總線上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)固定的節(jié)點(diǎn)地址。iic總線上的單片機(jī)都可以成為主節(jié)點(diǎn)，其器件地址由軟件給定，存放在iic總線的地址寄存器中，稱為主器件的從地址。在iic總線的多主系統(tǒng)中，單

8、片機(jī)作為從節(jié)點(diǎn)時(shí)，其從地址才有意義。iic總線上所有的外圍器件都有規(guī)范的器件地址。器件地址由7位組成，它和1位方向位構(gòu)成了iic總線器件的尋址字節(jié)sla。尋址字節(jié)格式如下：13slada3da2da1da0a0a1a2r/w 器件地址（da3、da2、da1、da0）：是iic總線外圍接口器件固有的地址編碼，器件出廠時(shí)，就已給定。例如：iic總線at24cxx的器件地址為1010，4位led驅(qū)動(dòng)器saa1064的器件地址為0111。 引腳地址（a2、a1、a0）：是由iic總線外圍器件地址端口a2、a1、a0在電路中接電源或接地的不同，形成地址數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)方向（r/w）：數(shù)據(jù)方向位規(guī)定了總線上

9、主節(jié)點(diǎn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送方向，r接收，w發(fā)送。 例如：at24c04在系統(tǒng)中的尋址字節(jié)slaw=a0h，slar=a1h。 d7 d014 3、iic總線時(shí)序iic總線上傳送的每一幀數(shù)據(jù)為一個(gè)字節(jié)，但啟動(dòng)iic總線后，傳送的字節(jié)數(shù)沒(méi)有限制，只要求每傳送一個(gè)字節(jié)后，對(duì)方回應(yīng)一個(gè)應(yīng)答位（圖5）。在發(fā)送時(shí)，首先發(fā)送的是數(shù)據(jù)的最高位。每次傳送開(kāi)始有起始信號(hào)，結(jié)束有停止信號(hào)（圖6）。（1）起始信號(hào)（s）。在時(shí)鐘scl為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線sda出現(xiàn)由高電平向低電平變化，啟動(dòng)iic總線。（2）終止信號(hào)（p）。在時(shí)鐘scl為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線出現(xiàn)由低到高的電平變化，將停止iic總線數(shù)據(jù)傳送。（3）應(yīng)答信號(hào)（a）。

10、iic總線上“確認(rèn)”對(duì)應(yīng)于應(yīng)答位。相應(yīng)數(shù)據(jù)線上低電平時(shí)為“應(yīng)答”信號(hào)（a），高電平時(shí)為“非應(yīng)答”信號(hào)（！a）。（4）數(shù)據(jù)位傳送。在iic總線啟動(dòng)后或應(yīng)答信號(hào)后的第18個(gè)時(shí)鐘脈沖對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)的8位數(shù)據(jù)傳送。脈沖高電平期間，數(shù)據(jù)串行轉(zhuǎn)送，低電平期間為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，允許總線上數(shù)據(jù)電平變換。15圖6 總線的開(kāi)始與停止圖5 輸出確認(rèn)164、數(shù)據(jù)操作格式 iic總線上一次完整的數(shù)據(jù)傳送操作包括起始、發(fā)送尋址字節(jié)、發(fā)送器件子地址字節(jié)、應(yīng)答、發(fā)送數(shù)據(jù)、應(yīng)答、發(fā)下一個(gè)數(shù)據(jù)、應(yīng)答直到終止。如圖7s slaw/r aaaaa/!apsubadata1datan-1datan其中：s：開(kāi)始slaw/r：尋址字節(jié)suba

11、: 器件子地址data1datan：n個(gè)數(shù)據(jù)a：應(yīng)答!a: 非應(yīng)答p：停止圖7 數(shù)據(jù)操作格式175、主方式下的虛擬iic總線軟件包 1、虛擬iic總線軟件包的內(nèi)容 設(shè)計(jì)iic總線軟件包，是為了在使用虛擬iic總線時(shí)，有一個(gè)通用的傻瓜界面，從而使操作簡(jiǎn)單方便，只須使用三條歸一化操作命令。 iic總線軟件包主要包括以下幾個(gè)子程序：?jiǎn)?dòng)（start）、停止（stop）、發(fā)送應(yīng)答位（mack）、發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)（mnack）、檢查應(yīng)答位（cack）、發(fā)送一個(gè)字節(jié)（wrbyte）、讀取一個(gè)字節(jié)（rdbyte）、發(fā)送n個(gè)字節(jié)（iwrnbyte）、讀取n個(gè)字節(jié)（irdnbyte）等。18 2、虛擬iic總線軟

12、件包的應(yīng)用（1）虛擬iic總線軟件包只適用于主方式下iic總線的外圍擴(kuò)展，即單主系統(tǒng)。（2）在使用時(shí)，應(yīng)先將軟件包嵌入到程序內(nèi)，作為iic總線應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的軟件支持平臺(tái)。（3）軟件包內(nèi)有許多符號(hào)，要根據(jù)系統(tǒng)的資源分配，在程序設(shè)計(jì)中通過(guò)賦值語(yǔ)句賦值。這些標(biāo)記符號(hào)有： sla 器件從地址、suba器件子地址、numbyte讀寫(xiě)的字節(jié)數(shù)、位變量ack、sda、scl總線位、mtd發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址、mrd接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址、slaw尋址字節(jié)寫(xiě)、slar尋址字節(jié)寫(xiě) 還要注意此軟件包占用內(nèi)部資源：r0，r1，r2，r3，acc，cy。（4）使用歸一化操作命令：mov sla，#slaw/#slar ;尋

13、址字節(jié)入從地址mov numbyte，#n ;操作字節(jié)數(shù)lcall iwrnbyte/irdnbyte ;調(diào)用軟件包19例如:將數(shù)據(jù)55h寫(xiě)入at24c02中;寫(xiě)入;將子地址和數(shù)據(jù)放入發(fā)送緩沖區(qū)mov r0,#mtdmov r0,#subainc r0mov r0,#55h ;用三個(gè)歸一化指令寫(xiě)入mov sla，#slawmov numbyte，#02hlcall iwrnbyte20將at24c02內(nèi)的數(shù)據(jù)讀到單片機(jī)的70h中程序可寫(xiě)為：;讀出;發(fā)出子地址mov mtd,#subamov sla,#slawmov numbyte,#01hlcall iwrnbyte;讀出字節(jié)mov sla,#slarmov numbyte,#01hlcall rdnbytemov 70h,mrd21小結(jié) 在用iic總線與單片機(jī)連接工作時(shí)，可以將單片