【文章內(nèi)容簡介】 R 15V C C30pFC230pFC3V C C12晶振12 M H z （論文） 12 圖 32 AT89C51 最小系統(tǒng) AT89C51的最小系統(tǒng) AT89C51內(nèi)部有 4KB閃爍存儲器，芯片本身就是一個最小系統(tǒng)。將單片機(jī)接上時鐘電路和復(fù)位電路即可。該最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的數(shù)字量的測控單元。 IC 卡芯片技術(shù) SLE4418/SLE4428 IC卡的基本特征 SLE4418/SLE4428 卡是西門子公司的產(chǎn)品，價格便宜，使用方便，比較適合于數(shù)量較小的應(yīng)用，是我國使用較為廣泛的一種 IC卡。 SLE4418 IC卡共有 10248 位 EEPROM，可逐字節(jié)地進(jìn)行寫操作與刪除操作，每個字節(jié)都有具有程序?qū)懕Ｗo(hù)位。 SLE4428 IC除了以上功能外，還帶有程序密碼校驗邏輯（ PSC）。由于 SLE4418/SLE4428 IC 卡內(nèi)置了高壓產(chǎn)生器，因而只需即可進(jìn)行操作，簡化了接口電路的設(shè)計，可直接由單片機(jī)驅(qū)動，幾乎不要其它和 外接元件?；咎攸c(diǎn)如下： ① 具有 10248 位的 EEPROM存儲器； ② 以字節(jié)為編址單位； ③ 具有 10241 位保護(hù)存儲器，保護(hù)存儲器設(shè)置后不可撤消； ④ 三線串行總線； ⑤ 可進(jìn)行 10萬次擦寫操作； ⑥ 數(shù)據(jù)保存 10年； ⑦ 卡內(nèi)具有 2個字節(jié)的 PSC程序加密位，數(shù)據(jù)僅在密碼檢驗正確后，方可進(jìn)行寫操作。 操作時序分析 SLE4418/SLE4428 IC卡通過三線串行總線性與芯片接口進(jìn)行信息交換。數(shù)據(jù)在程序控制器的統(tǒng)一協(xié)議下，進(jìn)行 數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)換與安全邏輯校驗。 SLE4418/SLE4428 IC卡的引腳配置及功能說明如下所示。 C1 電源電壓 (VCC) C5 接地 (GND) C2 復(fù)位信號 (RST) C6 未使用 C3 時鐘信號 (CLK) C7 輸入 /輸出 (I/O) C4 未使用 C8 未使用 （ 1）復(fù)位與復(fù)位應(yīng)答 （論文） 13 IC卡在上電時，芯片進(jìn)入到上電復(fù)位狀態(tài)（ POR）， POR由一個復(fù)位操作（ Reset）終止。當(dāng) RST引腳由 “0” 狀態(tài)變換變換為 “1” 狀態(tài)時結(jié)束。復(fù)位時，將終止所有當(dāng)前的操作命令。 上電復(fù)位（ POR）后， 地址 在寫數(shù)據(jù)或刪除數(shù)據(jù)前，必須先進(jìn)行一次讀操作。芯片復(fù)位時，地址計數(shù)器偏移置被設(shè)置為 “0” ，第一個數(shù)據(jù)位出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線（ I/O）上中，如圖 1所示。 圖 33 復(fù)位與復(fù)位應(yīng)答 （ 2）命令輸入邏輯 SLE4418/SLE4428共有 5條控制命令， SLE4428另有 3條密碼操作命令， 表 31 按鍵功能分配表 字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 3 操作內(nèi)容 S0 S1 S2 S3 S4 S5 A8 A9 A0~A7 D0~D7 1 0 0 0 1 1 地 址 高 位 地 址 低 位 輸入數(shù)據(jù) 帶保護(hù)位寫與刪除 1 1 0 0 1 1 輸出數(shù)據(jù) 不帶保護(hù)寫或刪除 0 0 0 0 1 1 比較數(shù)據(jù) 帶信號位寫（校正） 0 0 1 1 1 1 忽略 帶保護(hù)位數(shù)（讀 9 位） 0 1 1 1 0 0 忽略 不帶保護(hù)位讀（讀 8 位） 0 1 0 0 1 1 1 1 253 位掩碼 寫錯誤計數(shù)器 1 0 1 1 0 0 1 1 254 PSC 字節(jié) 1 校驗第一個 PSC 字節(jié) 1 0 1 1 0 0 1 1 255 PSC 字節(jié) 2 校正第二個 PSC 字節(jié) 地址低位由上表 1可看出，每條命令由 6位控制位， 10位地址位和 1 個字節(jié)的數(shù)據(jù)組成。進(jìn)行寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)字節(jié)即是所要寫入的數(shù)據(jù)，可見 SLE4418/SLE4428不能進(jìn)行一次性多字節(jié)的寫操作；讀數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)忽略不計，一次性可讀出多字節(jié)。當(dāng) RST由 “0” 狀態(tài)變?yōu)?“1” 狀態(tài)，CLK由 “0” 狀態(tài)變?yōu)?“1” 狀態(tài)時命令輸入邏輯啟動。命令輸入完成后，設(shè)置 RST為 “0” 狀態(tài)，時序如 圖 所示。 （ 3）寫操作 /刪除操作邏輯 （論文） 14 對 IC 卡進(jìn)行寫操作，意味著數(shù)據(jù)位由 “1” 狀態(tài)變?yōu)?“0” 狀態(tài) ；刪除操作意消味著數(shù)據(jù)位由 “0” 狀態(tài)變?yōu)?“1” 狀態(tài)。 SLE4418/SLE4428 IC卡在進(jìn)行寫操作與刪除操作時，時鐘（ CLK）必須進(jìn)行延續(xù)。一般來說，單獨(dú)的寫操作或者單獨(dú)的刪除操作，數(shù)據(jù)輸入后，時鐘須延續(xù) 103個脈沖，數(shù)據(jù)刪除后立即進(jìn)行寫操作則需要延續(xù) 203 個時鐘脈沖。 SLE4418/SLE4428 IC 卡具有三種擦寫操作，即刪除操作后立即寫操作、單獨(dú)的寫操作與單獨(dú)的刪除操作三種方式。如圖 3所示。寫保護(hù)位時，只須將數(shù)據(jù)重寫一次，當(dāng)?shù)诙螌懭氲臄?shù)據(jù)與前一次寫入的數(shù)據(jù)相同時，設(shè)置保護(hù)位。保護(hù)位一旦設(shè)置便不能 更改。 圖 34 命令輸入時序 圖 35 寫 /刪除時序 （ 4）讀操作邏輯 圖 36 讀時序 按表 1配置好讀命令后，輸入命令即啟動讀操作。當(dāng) CLK為 “0” 狀態(tài)變?yōu)?“1” 狀態(tài)時，第一位數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 I/O數(shù)據(jù)線上，此后每個 CLK脈沖即接收 1位數(shù)據(jù)。接收 8位或 9位數(shù)據(jù)（帶保護(hù)位時，第 9 位為保護(hù)位）時即為 1 個字節(jié)。每讀完 1 個字節(jié)， IC 卡地址計數(shù)器偏移量自動（論文） 15 加 1。當(dāng) RST為 “0” 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?“1” 狀態(tài)時，讀操 作結(jié)束。讀時序邏輯如圖 4所示。 （ 5）密碼校驗邏輯 SLE4428 IC卡具有 2 個字節(jié)的密碼保護(hù)字節(jié)（地址偏移量分別為 102 1023）以及1個錯誤計數(shù)器（地址偏移量為 1021）。如果沒有進(jìn)行密碼校驗，則 SLE4428 IC卡只能讀出，不能寫入，也不能讀取密碼字節(jié)。在沒有通過密碼校驗即讀取密碼字節(jié)，將返回 “00”. 進(jìn)行密碼校驗時，必須按以下步驟進(jìn)行。 * 改變一個沒有寫入的位（沒有寫入的位，其當(dāng)前狀態(tài)為 “1” ，改變一個沒有寫入的位即使期由 “1” 狀態(tài)變?yōu)?“0” 狀態(tài)）； * 寫入第一位密碼； * 寫入第二位密碼； * 刪除錯誤計數(shù)器。密碼校驗的時序邏輯如圖 5所示。（寫錯誤計數(shù)器請參看寫時序邏輯）。 圖 37 密碼校驗時 卡座接口電路即卡上電控制電路 為使與 IC 卡接觸良好，有專用卡座可供選用，如推自彈式卡座、帶滑動觸點(diǎn)的卡座等，后者結(jié)構(gòu)簡單，但壽命較短 (10萬次以下 )；而 前者壽命較長，可達(dá) 50萬次以上，價格較貴。本設(shè)計中采用進(jìn)口降落式自彈式卡座，該型卡座對卡磨損小、觸點(diǎn)彈力足、接觸好 ,使用壽命長，可避免售飯機(jī)在對卡進(jìn)行讀寫操作過程中 ,用戶插拔卡造成對卡的損壞。 如圖 所示，卡座上與 SLE4428卡的復(fù)位 (RST),控制脈沖 (CLK)及串行口數(shù)據(jù) (SD)觸點(diǎn)對應(yīng)的引腳分別與 AT89C51的 、 、 。三極管 T1及電阻 R R2 構(gòu)成上電控制電路。反映卡插入狀態(tài)的常開開關(guān) K 的一端接地 ,另一端與 相連，用來探測 IC卡是否已插入卡頭內(nèi)，當(dāng)卡未插入或卡未 到位時 ,K斷開 ,T1 截止 ,卡座 Vcc 引腳不得電；當(dāng)卡插到位時 ,Ｋ閉合 ,三極管 T1飽和導(dǎo)通 , 由于集電極和發(fā)射極之間的壓降小于 ,主電源 Vcc經(jīng) R1限流后加至卡座Vcc 端用來驅(qū)動 IC 卡；如果卡已拔出，即立即切斷 IC 卡的帶電電路。實踐證明 ,設(shè)置卡上電控制電路，可有效防止插拔過程中卡瞬時短路對卡造成的損壞 [22]。 （論文） 16 V c cV c cR S TC L KS DG N DP 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7V c cT 11 K R 11 K R 2K5 . 1 K * 4R 3 R 6 圖 38 卡座接口電路及卡上電控制電路 RS485 接口電路 RS485RS485接口 電氣特性 ： ① 邏輯 “1” 以兩線間的電壓差為 +（ 2— 6） V表示；邏輯 “0” 以兩線間的電壓差為 （ 2— 6） V表示。接口信號電平比 RS232C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。 ② RS485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10Mbps ③ RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合， 抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。 ④ RS485最大的通信距離約為 1219M，最大傳輸速率為 10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在 100Kb/S的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。 RS485總線一般最大支持 32個節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的 485芯片，可以達(dá)到 128個（論文） 17 或者 256個節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到 400個節(jié)點(diǎn)。 由于 IC就餐卡上存有錢款，不僅僅只有賬號，所以允許售飯機(jī)脫網(wǎng)運(yùn)行。聯(lián)機(jī)運(yùn)行時，售飯機(jī)可向管理機(jī)上傳營業(yè)交易數(shù)據(jù)和接受管理機(jī)下傳的“黑名單”信息和校時命令。通信網(wǎng)絡(luò)采用RS485主 /從總線式結(jié)構(gòu)，管理機(jī)作為主機(jī)，通過通訊接口卡與作為從機(jī)的各售飯機(jī)相連 。 V C CBAGNDR0REDEDIV C CBAGNDR0REDEDI10KR710KR7+ 5V1KR 1310KR 1010KR9+ 5VRX120R 11120R 12 圖 39 RS485 接口電路 由于 IC就餐卡上存有錢款，不僅僅只有賬號，所以允許售飯機(jī)脫網(wǎng)運(yùn)行。聯(lián)機(jī)運(yùn)行時，售飯機(jī)可向管理機(jī)上傳營業(yè)交易數(shù)據(jù)和接受管理機(jī)下傳的“黑名單”信息和校時命令。通信 網(wǎng)絡(luò)采用 RS485主 /從總線式結(jié)構(gòu)，管理機(jī)作為主機(jī)，通過通訊接口卡與作為從機(jī)的各售飯機(jī)相連 。 RS485接口采用差動方式傳輸數(shù)據(jù)，通訊距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。售飯機(jī)上采用 MAX485芯片。 當(dāng)發(fā)送端 DI=O時， DE/RE=1發(fā)送 O電平，接收端 RO=O；當(dāng)發(fā)送端 DI=1時， DE/RE=0，VA=VB=，接收端由于上拉電阻的作用 RO=1。 在此接口電路的 TXo端加入 1kHz的TTL方波對電路進(jìn)行測試。未加入 120Ω 端電阻時，接口芯片的 485A和 485B腳都有約 50μs的電壓變化過程。接收端 Ro波形的上升沿有明顯的延遲約 30～ 40μs( 和數(shù)據(jù)發(fā)送端 DI比較 )，造成很大的傳輸誤差；加入 120Ω 端電阻時，延遲明顯縮小，約 3μs 此電路在發(fā)送高電平時，發(fā)送器處于高阻狀態(tài)，總線上所有接口處于接收狀態(tài)，總線是空閑的，允許其他接口發(fā)送數(shù)據(jù)，因此容易引入總線沖突。特別是連續(xù)發(fā)送 高 電平比特時，發(fā)送器處于高阻狀態(tài)的時間越長，引入總線沖突的幾率就越大。 （論文） 18 掉電保護(hù)電路 通常，在數(shù)字鐘、打鈴儀、某些定時器和日歷鐘等類型的單片機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)主電源 DC5V失去時，我們稱之為掉電。掉電之后，單片機(jī)會停止工作，時鐘會停 止往前走，這種結(jié)果在許多場合往往是不希望的，為了保證單片機(jī)在主電壓失去時仍然能夠保持運(yùn)行，人們就利用干電池對單片機(jī)系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行供電。 應(yīng)該感謝單片機(jī)芯片的工程技術(shù)設(shè)計師，是他們首先提供了單片機(jī)系統(tǒng)能夠順利實施 “ 掉電保護(hù) ” 的內(nèi)部條件，這就是：單片機(jī)允許在電壓低至 2V 甚至更加小一些的電壓供電時。仍然可以保證其最基本的運(yùn)行（對外部輸入輸出功能將會失效或者停止）。 電池在主電源失去時，對單片機(jī)的繼續(xù)運(yùn)行提供能源，此時的電池能源是非常寶貴的，往往都是以 “uA” 級進(jìn)行計算。而且還有一個不能避免的結(jié)果，就是隨著保護(hù)時間的延長，電池的電量也會用完的。所以，保護(hù)電路有一個最保護(hù)時間的參數(shù)，使用中不能超過 。 D2D11KR 163V D31KR 17V C C 圖 310 掉電保護(hù)電路 IC卡食堂售飯機(jī)主電 源正常時，單片機(jī)由 VCC5V電源供電，此時， VCC是 +5V 電源通過 D1 和 R16 ，對保護(hù)用電池進(jìn)行充電，以保證電池電量的充足。適當(dāng)選擇 R16 的大小，可以保證充電電流和充電時間都比較合理。