【文章內(nèi)容簡介】 不破壞 RAM 內(nèi)容。相比之下，一般 8031 對最低工作時鐘限制為 ，因為其內(nèi)部的 RAM 是動態(tài)刷新的。AT89C2051 不允許構(gòu)造外部總線來擴充程序/數(shù)據(jù)存儲器，所以它也不需要ALEPSEN、RD、WR 一類的引腳。引腳功能說明:VCC：電源電壓GND：接地P1 口：P1 口是一 8 位雙向 I/O 口。口引腳 ～ 提供內(nèi)部上拉電阻。 和 要求外部上拉電阻。 和 還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入 (AIN0)和反相輸入（AIN1)。P1 口 圖 89C2051 引腳圖輸出緩沖器可吸收 20mA 電流并能直接驅(qū)動 LED 顯示。當 P1 口引腳寫入“1”時,其可用作輸入端。當引腳 ～ 用作輸入并被外部拉低時,它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流(IIL)。P1 口還在閃速編程和程序校驗期間接收代碼數(shù)據(jù)。P3 口：P3 口的 ～、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個雙向 I/0 引腳。 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號，并且它作為一通用 I/O 引腳而不可訪問。P3 口緩沖器可吸收 20mA 電流。當 P3 口引腳寫入“1”時,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時,被外部拉低的 P3 口引腳將用上拉電阻而流出電流(In)。 P3 口還用于實現(xiàn) AT89C2051 的特殊功能,如表 所示。 P3口引腳的功能介紹引腳 功能特性 RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) Error!(外中斷 0) Error!(外中斷 1) T0(定時/計數(shù)器 0 外部輸入) T1(定時/計數(shù)器 1 外部輸入)P3 口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復(fù)位輸入。RST 一旦變成高電平,所有的 I/O 引腳就復(fù)位到“1” 。當振蕩器正在運行時,持續(xù)給出 RST 引腳兩個機器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個機器周期需 12 個振蕩器或時鐘周期。XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出編程方法：要對 AT89C2051 進行編程，推薦使用以下方法。：在 VCC 和 GND 引腳之間加上電源。設(shè)置 RST 和 XTAL1 為 GND 電平。其它引腳置空，等待至少 10ms 以上。置 RST 引腳為高電平，置 引腳為高電平。 、 、 、 正確組合加上邏輯高“H”或“L”電平即可對 PEROM 進行編程操作。 000H 地址單元對 輸入數(shù)據(jù)代碼字節(jié)。 RST 端為+12V，激活編程。 跳變一次來編程 PEROM 陣列中的一字節(jié)或加密位，寫字節(jié)周期是自身定時的，一般需 。當校驗已編程的數(shù)據(jù),使 RST 從+12V 降到邏輯電平“H”,置 引腳到正確的電平即可從 P1 口讀取數(shù)據(jù)。,使 XTAL1 引腳正脈沖跳變一次,使地址計數(shù)器加1,在 P1 口輸入新的數(shù)據(jù)字節(jié)。 5 至 8，可對整個 2K 字節(jié)陣列全部編程,直到目標文件結(jié)束。:置 XTAL1 為低“L”電平置 RST 為“L”電平置空所有其它 I/O 引腳關(guān)閉 VCC 電源15 低功耗智能 IC 卡電表15 IC 卡的選擇IC 卡是電能表和售電管理系統(tǒng)之間聯(lián)系的媒介，用戶和管理部門之間供購電也是通過 IC 卡傳遞信息的方式進行聯(lián)絡(luò)，從而完成對電表的初始化。用戶購電、管理部門送電等操作，實現(xiàn)用戶用電的過程管理。IC 卡還將用于存儲用戶的用電及購電信息、總的用電量、剩余金額等信息。智能卡屬于半導體卡。半導體卡片采用微電子技術(shù)進行信息的存儲、處理。按照其組成結(jié)構(gòu)，智能卡可以分為一般存儲卡、加密存儲卡、CPU 卡和超級智能卡。1. 存儲器其內(nèi)嵌芯片相當于普通串行 E2PROM 存儲器，這類卡信息存儲方便，使用簡單，價格便宜，很多場合可替代磁卡，但由于其本身不具備信息保密功能，因此，只能用于保密性要求不高的應(yīng)用場所。2. 邏輯加密卡加密存儲器卡內(nèi)嵌芯片在存儲區(qū)外增加了控制邏輯，在訪問存儲區(qū)之前需要核對密碼，只有密碼正確，才能進行存取操作，這類信息保密性較好，使用與普通存儲器卡相似。3. CPU 卡 CPU 卡內(nèi)嵌芯片相當于一個特殊類型的單片機，內(nèi)部除了帶有控制器、存儲器、時序控制邏輯等外，還帶有算法單元和操作系統(tǒng)。由于 CPU 卡有存儲容量大、處理能力強、信息存儲安全等特性。廣泛用于信息安全性要求特別高的場合。4. 超級智能卡在卡上具有 MPU 和存儲器并裝有鍵盤、液晶顯示器和電源，有的卡上還具有指紋識別裝置等。按照數(shù)據(jù)讀寫方式，智能卡又可分為接觸式 IC 卡和非接觸式 IC 卡兩類：1. 接觸式 IC 卡接觸式 IC 卡由讀寫設(shè)備的觸點和卡片上的觸點相接觸進行數(shù)據(jù)讀寫，國際標準 ISO7816 系列對此類 IC 卡進行了規(guī)定。2. 非接觸式 IC 卡非接觸式 IC 卡與讀寫設(shè)備無電路接觸，由非接觸式的讀寫技術(shù)進行讀寫（例如光或無線電技術(shù)） 。其內(nèi)嵌芯片除了存儲單元、控制邏輯外，增加了射頻收發(fā)電路。這類卡一般用于在存取頻繁、使用環(huán)境惡劣的場合。國際標準也對非接觸式 IC 卡技術(shù)作為規(guī)范。鑒于以上幾點，IC 卡的選擇也是系統(tǒng)設(shè)計中重要的一環(huán)。設(shè)計中對 IC 卡的選擇主要考慮以下幾個方面：卡片類型、存儲模式、存儲容量、安全要求和價格因素等。對卡片類型的選擇：電能表一般安裝在室內(nèi)或室外相對比較安全的地方，周圍環(huán)境條件較好，受到的外界干擾因素相對較少，所以宜選擇接觸式 IC 卡。IC 卡容量的選擇：本設(shè)計所需的 IC 卡是數(shù)據(jù)傳遞的媒介，并且數(shù)據(jù)要在 IC卡保留一段時間，所以選用的 IC 卡必須帶有非易失性的 E2PROM 存儲器?？ㄖ写鎯﹃P(guān)鍵數(shù)據(jù)的加密形式以及廠家代碼、卡標識等信息，所以結(jié)合卡的價格因素，選擇存儲容量為 8K 位的 IC 卡。安全性要求的選擇：預(yù)付費電能表系統(tǒng)的 IC 卡中的數(shù)據(jù)必須保密，并且在消費時還要進行 IC 卡的認證，所以選擇帶 CPU 的 IC 卡或邏輯加密性存儲卡。但兩者相比較，CPU 卡的價格要比邏輯加密卡貴許多，而邏輯加密卡也具有相對較高的保密性能。綜合考慮以上因素，結(jié)合當前市場上流行的 IC 卡的使用，考慮到預(yù)付費電能表推廣所受到的價格方面的影響，本設(shè)計采用德國西門子(SIEMENS)公司設(shè)計的邏輯加密型存儲卡 SLE4428 卡。SLE4428 型 IC 的介紹SLE4428 是 Siemens 公司設(shè)計的邏輯加密 IC 卡，容量為 1k 8Bit，設(shè)有兩個字節(jié)的密碼。只有通過了密碼驗證，才可以對 IC 卡內(nèi)沒有設(shè)置寫/ 擦除保護的內(nèi)容進行寫/ 擦除操作。該卡內(nèi)部含有錯誤計數(shù)器(EC)，錯誤計數(shù)器總是可以被寫的。如果連續(xù) 8 次校驗密碼不成功，IC 卡將自動被鎖死，數(shù)據(jù)只能讀出，不能再對數(shù)據(jù)進行寫/ 擦除操作，也不可以再校驗密碼。每個字節(jié)都可以單獨的設(shè)置寫/ 擦除保護，一旦設(shè)置了寫/ 擦除保護功能，這個字節(jié)的數(shù)據(jù)就不能再寫/ 擦除了，而且寫保護功能只能設(shè)置一次。除了密碼區(qū)，其它所有字節(jié)在任何時候都可以讀出。圖 是 SLE4428 IC 卡芯片的引腳定義，表 是各個引腳功能解釋。 17 低功耗智能 IC 卡電表17圖 SLE4428 引腳定義表 SLE4428 IC 卡引腳功能引腳 符號 功能C1 VCC 工作電壓C2 RST 復(fù)位信號C3 CLK 時鐘信號C5 GND 地C7 I/O 數(shù)據(jù)線CCC8 NC 空余SLE4428 IC 卡的功能描述（1）SLE4428 容量為 1Kbytes, 地址空間由 0～1023。（2）所有數(shù)據(jù)除密碼外, 在任意情況下均可被讀出, 密碼在核對正確后可以被讀出。（3）所有數(shù)據(jù)包括密碼本身在核對正確密碼后可以寫入或更改。（4）所有數(shù)據(jù)都可以按字節(jié)進行寫保護，寫保護后數(shù)據(jù)固化，任何情況下不可更改。（5）有一個密碼出錯計數(shù)器。地址是 1021。初始值為 8,密碼核對出錯一次,便減 1。若計數(shù)器值為 0,則整張卡的數(shù)據(jù)被鎖死,只可讀出,不可寫入或更改且無法繼續(xù)核對密碼。若不為 0,則只需有一次核對正確,計數(shù)器將恢復(fù)為初始值。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行信息交換。數(shù)據(jù)在程序控制器統(tǒng)一協(xié)議下，進行數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)換與安全邏輯校驗。（1）復(fù)位與復(fù)位應(yīng)答 IC 卡在上電時，芯片進入到上電復(fù)位狀態(tài)（POR） ，POR 由一個復(fù)位操作（Reset）終止。當 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，將終止所有當前操作命令。 上電復(fù)位（POR）后，地在寫數(shù)據(jù)或刪除數(shù)據(jù)前，必須先進行一次讀操作。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 所示。圖 復(fù)位與復(fù)位應(yīng)答時序（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，如表 所列。表 SLE4428 IC 卡操作命令字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 3S0 S1 S2 S3 S4 S5 A8 A9 A0A7 D0D7操作1 0 0 0 1 1 寫入的數(shù)據(jù) 帶保護位的寫和擦除1 1 0 0 1 1 寫入的數(shù)據(jù) 不帶保護位的寫和擦除0 0 0 0 1 1 比較數(shù)據(jù) 帶數(shù)據(jù)比較的寫保護位0 0 1 1 0 0 無效數(shù)據(jù) 讀數(shù)據(jù)（帶保護位）0 1 1 1 0 0地址位第8 位和第9 位地址位的低八位無效數(shù)據(jù) 讀數(shù)據(jù)（不帶保護位）0 1 0 0 1 1 1 1 253 屏蔽位 寫錯誤計數(shù)器1 0 1 1 0 0 1 1 254 一個字節(jié)的驗證碼 驗證 PSC 的第一個字節(jié)1 0 1 1 0 0 1 1 255 一個字節(jié)的驗證碼 驗證 PSC 的第二個字節(jié)由表 可看出，每條命令由 6 位控制位，10 位地址位和 1 個字節(jié)數(shù)據(jù)組成。進行寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)字節(jié)即是所要寫入數(shù)據(jù)，可見 SLE4418/SLE4428 不能進行一次性多字節(jié)數(shù)據(jù)，可見 SLE4418/SLE4428 不能進行一次性多字節(jié)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 RST 由“0”狀態(tài)變?yōu)椤?”狀態(tài)，CLK 由“0”狀態(tài)變?yōu)椤?”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。19 低功耗智能 IC 卡電表19圖 命令輸入時序（3）寫操作/刪除操作邏輯 對 IC 卡進行寫操作，意味著數(shù)據(jù)位由“1”狀態(tài)變?yōu)椤?”狀態(tài)；刪除操作意消味著數(shù)據(jù)位由“0”狀態(tài)變?yōu)椤?”狀態(tài)。SLE4418/SLE4428 IC 卡在進行寫操作與刪除操作時，時鐘（CLK）必須進行延續(xù)。一般來說，單獨寫操作或者單獨刪除操作，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、單獨寫操作與單獨刪除操作三種方式。如圖 所示。寫保護位時，只須將數(shù)據(jù)重寫一次，當?shù)诙螌懭霐?shù)據(jù)與前一次寫入數(shù)據(jù)相同時，設(shè)置保護位。保護位一旦設(shè)置便不能更改。 圖 寫、刪除時序（4）讀操作邏輯 按表 2 配置好讀命令后，輸入命令即啟動讀操作。當 CLK 為“0”狀態(tài)變?yōu)椤?”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)（帶保護位時，第 9 位為保護位）時即為 1 個字節(jié)。每讀完 1 個字節(jié)，IC 卡地址計數(shù)器偏移量自動加 1。當 RST 為“0”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤?”狀態(tài)時，讀操作結(jié)束。讀時序邏輯如圖 所示。圖 讀時序邏輯(5)密碼校驗邏輯SLE4428IC 卡具有 2 個字密碼保護字節(jié)（地址偏移量分別為 1021023）以及 1 個錯誤計數(shù)器（地址偏移量為 1021） 。如果沒有進行密碼校驗，則SLE4428IC 卡只能讀出，不能寫入，也不能讀取密碼字節(jié)。在沒有進行密碼校驗即讀取密碼字節(jié)，將返回“00” 。進行密碼校驗時，必須按以下步驟進行。*改變一個沒有寫入位（沒有寫入位，其當前狀態(tài)為“1” ，改變一個沒有寫入位即使期由“1”狀態(tài)改變?yōu)椤?”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；密碼校驗時序邏輯如圖 所示。 （寫錯誤計數(shù)器請參看寫時序邏輯） 。 圖 密碼校驗時序邏輯校驗通過后，I/O 狀態(tài)會由 1 變?yōu)?0。由于錯誤計數(shù)器不能自動擦除，所以在斷電前要擦除錯誤計數(shù)器，以使其在下次校驗時還有最多 8 次的校驗機會。校21 低功耗智能 IC 卡電表21驗正確后，只要不斷電就可以對 IC 的內(nèi)容進行寫/ 擦除操作，如果密碼沒有被設(shè)置寫保護，還可以對密碼進行修改。IC 卡與單片機的接口電路IC 卡的接口電路是連接 IC 卡與讀寫機具的通道，由它對 IC 卡的供電，并滿足不帶電插拔的要求。IC 卡接口電路如圖 所示。 sw1, sw2 是一組常開觸點的金屬簧片，當沒有卡插入時，簧片無接觸，sw1為高電平；當有卡插入時，sw1 為低電平，微處理器通過判斷 sw1 管腳的狀態(tài)來判斷有無卡插入。要保證 IC 卡的任意插拔，而不致引起 IC 卡損壞，必須保證 IC卡的插拔過程處于斷電狀態(tài)。當系統(tǒng)檢測到有卡插入時，系統(tǒng)給 IC 卡供電；當IC 卡讀寫操作結(jié)束后，IC 卡