【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 不破壞 RAM 內(nèi)容。相比之下，一般 8031 對(duì)最低工作時(shí)鐘限制為 ，因?yàn)槠鋬?nèi)部的 RAM 是動(dòng)態(tài)刷新的。AT89C2051 不允許構(gòu)造外部總線(xiàn)來(lái)擴(kuò)充程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所以它也不需要ALEPSEN、RD、WR 一類(lèi)的引腳。引腳功能說(shuō)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(dòng) LED 顯示。當(dāng) P1 口引腳寫(xiě)入“1”時(shí),其可用作輸入端。當(dāng)引腳 ～ 用作輸入并被外部拉低時(shí),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(yàn)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(gè)雙向 I/0 引腳。 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)，并且它作為一通用 I/O 引腳而不可訪問(wèn)。P3 口緩沖器可吸收 20mA 電流。當(dāng) P3 口引腳寫(xiě)入“1”時(shí),它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí),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(shí)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(shí)/計(jì)數(shù)器 0 外部輸入) T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 外部輸入)P3 口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。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(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí),持續(xù)給出 RST 引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需 12 個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)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(duì) AT89C2051 進(jìn)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(duì) PEROM 進(jìn)行編程操作。 000H 地址單元對(duì) 輸入數(shù)據(jù)代碼字節(jié)。 RST 端為+12V，激活編程。 跳變一次來(lái)編程 PEROM 陣列中的一字節(jié)或加密位，寫(xiě)字節(jié)周期是自身定時(shí)的，一般需 。當(dāng)校驗(yàn)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(jì)數(shù)器加1,在 P1 口輸入新的數(shù)據(jù)字節(jié)。 5 至 8，可對(duì)整個(gè) 2K 字節(jié)陣列全部編程,直到目標(biāo)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(hù)和管理部門(mén)之間供購(gòu)電也是通過(guò) IC 卡傳遞信息的方式進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，從而完成對(duì)電表的初始化。用戶(hù)購(gòu)電、管理部門(mén)送電等操作，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)用電的過(guò)程管理。IC 卡還將用于存儲(chǔ)用戶(hù)的用電及購(gòu)電信息、總的用電量、剩余金額等信息。智能卡屬于半導(dǎo)體卡。半導(dǎo)體卡片采用微電子技術(shù)進(jìn)行信息的存儲(chǔ)、處理。按照其組成結(jié)構(gòu)，智能卡可以分為一般存儲(chǔ)卡、加密存儲(chǔ)卡、CPU 卡和超級(jí)智能卡。1. 存儲(chǔ)器其內(nèi)嵌芯片相當(dāng)于普通串行 E2PROM 存儲(chǔ)器，這類(lèi)卡信息存儲(chǔ)方便，使用簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，很多場(chǎng)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(chǎng)所。2. 邏輯加密卡加密存儲(chǔ)器卡內(nèi)嵌芯片在存儲(chǔ)區(qū)外增加了控制邏輯，在訪問(wèn)存儲(chǔ)區(qū)之前需要核對(duì)密碼，只有密碼正確，才能進(jìn)行存取操作，這類(lèi)信息保密性較好，使用與普通存儲(chǔ)器卡相似。3. CPU 卡 CPU 卡內(nèi)嵌芯片相當(dāng)于一個(gè)特殊類(lèi)型的單片機(jī)，內(nèi)部除了帶有控制器、存儲(chǔ)器、時(shí)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(chǔ)容量大、處理能力強(qiáng)、信息存儲(chǔ)安全等特性。廣泛用于信息安全性要求特別高的場(chǎng)合。4. 超級(jí)智能卡在卡上具有 MPU 和存儲(chǔ)器并裝有鍵盤(pán)、液晶顯示器和電源，有的卡上還具有指紋識(shí)別裝置等。按照數(shù)據(jù)讀寫(xiě)方式，智能卡又可分為接觸式 IC 卡和非接觸式 IC 卡兩類(lèi)：1. 接觸式 IC 卡接觸式 IC 卡由讀寫(xiě)設(shè)備的觸點(diǎn)和卡片上的觸點(diǎn)相接觸進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO7816 系列對(duì)此類(lèi) IC 卡進(jìn)行了規(guī)定。2. 非接觸式 IC 卡非接觸式 IC 卡與讀寫(xiě)設(shè)備無(wú)電路接觸，由非接觸式的讀寫(xiě)技術(shù)進(jìn)行讀寫(xiě)（例如光或無(wú)線(xiàn)電技術(shù)） 。其內(nèi)嵌芯片除了存儲(chǔ)單元、控制邏輯外，增加了射頻收發(fā)電路。這類(lèi)卡一般用于在存取頻繁、使用環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)非接觸式 IC 卡技術(shù)作為規(guī)范。鑒于以上幾點(diǎn)，IC 卡的選擇也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)。設(shè)計(jì)中對(duì) IC 卡的選擇主要考慮以下幾個(gè)方面：卡片類(lèi)型、存儲(chǔ)模式、存儲(chǔ)容量、安全要求和價(jià)格因素等。對(duì)卡片類(lèi)型的選擇：電能表一般安裝在室內(nèi)或室外相對(duì)比較安全的地方，周?chē)h(huán)境條件較好，受到的外界干擾因素相對(duì)較少，所以宜選擇接觸式 IC 卡。IC 卡容量的選擇：本設(shè)計(jì)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(shí)間，所以選用的 IC 卡必須帶有非易失性的 E2PROM 存儲(chǔ)器?？ㄖ写鎯?chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的加密形式以及廠家代碼、卡標(biāo)識(shí)等信息，所以結(jié)合卡的價(jià)格因素，選擇存儲(chǔ)容量為 8K 位的 IC 卡。安全性要求的選擇：預(yù)付費(fèi)電能表系統(tǒng)的 IC 卡中的數(shù)據(jù)必須保密，并且在消費(fèi)時(shí)還要進(jìn)行 IC 卡的認(rèn)證，所以選擇帶 CPU 的 IC 卡或邏輯加密性存儲(chǔ)卡。但兩者相比較，CPU 卡的價(jià)格要比邏輯加密卡貴許多，而邏輯加密卡也具有相對(duì)較高的保密性能。綜合考慮以上因素，結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)上流行的 IC 卡的使用，考慮到預(yù)付費(fèi)電能表推廣所受到的價(jià)格方面的影響，本設(shè)計(jì)采用德國(guó)西門(mén)子(SIEMENS)公司設(shè)計(jì)的邏輯加密型存儲(chǔ)卡 SLE4428 卡。SLE4428 型 IC 的介紹SLE4428 是 Siemens 公司設(shè)計(jì)的邏輯加密 IC 卡，容量為 1k 8Bit，設(shè)有兩個(gè)字節(jié)的密碼。只有通過(guò)了密碼驗(yàn)證，才可以對(duì) IC 卡內(nèi)沒(méi)有設(shè)置寫(xiě)/ 擦除保護(hù)的內(nèi)容進(jìn)行寫(xiě)/ 擦除操作。該卡內(nèi)部含有錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器(EC)，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器總是可以被寫(xiě)的。如果連續(xù) 8 次校驗(yàn)密碼不成功，IC 卡將自動(dòng)被鎖死，數(shù)據(jù)只能讀出，不能再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行寫(xiě)/ 擦除操作，也不可以再校驗(yàn)密碼。每個(gè)字節(jié)都可以單獨(dú)的設(shè)置寫(xiě)/ 擦除保護(hù)，一旦設(shè)置了寫(xiě)/ 擦除保護(hù)功能，這個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)就不能再寫(xiě)/ 擦除了，而且寫(xiě)保護(hù)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(shí)候都可以讀出。圖 是 SLE4428 IC 卡芯片的引腳定義，表 是各個(gè)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(hào) 功能C1 VCC 工作電壓C2 RST 復(fù)位信號(hào)C3 CLK 時(shí)鐘信號(hào)C5 GND 地C7 I/O 數(shù)據(jù)線(xiàn)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(duì)正確后可以被讀出。（3）所有數(shù)據(jù)包括密碼本身在核對(duì)正確密碼后可以寫(xiě)入或更改。（4）所有數(shù)據(jù)都可以按字節(jié)進(jìn)行寫(xiě)保護(hù)，寫(xiě)保護(hù)后數(shù)據(jù)固化，任何情況下不可更改。（5）有一個(gè)密碼出錯(cuò)計(jì)數(shù)器。地址是 1021。初始值為 8,密碼核對(duì)出錯(cuò)一次,便減 1。若計(jì)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(xiě)入或更改且無(wú)法繼續(xù)核對(duì)密碼。若不為 0,則只需有一次核對(duì)正確,計(jì)數(shù)器將恢復(fù)為初始值。操作時(shí)序分析 SLE4418/SLE4428 IC 卡通過(guò)三線(xiàn)串行總線(xiàn)性與芯片接口進(jìn)行信息交換。數(shù)據(jù)在程序控制器統(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(yàn)。（1）復(fù)位與復(fù)位應(yīng)答 IC 卡在上電時(shí)，芯片進(jìn)入到上電復(fù)位狀態(tài)（POR） ，POR 由一個(gè)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(shí)結(jié)束。復(fù)位時(shí)，將終止所有當(dāng)前操作命令。 上電復(fù)位（POR）后，地在寫(xiě)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(shí)，地址計(jì)數(shù)器偏移置被設(shè)置為“0” ，第一個(gè)數(shù)據(jù)位出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線(xiàn)（I/O）上中,如圖 所示。圖 復(fù)位與復(fù)位應(yīng)答時(shí)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(xiě)入的數(shù)據(jù) 帶保護(hù)位的寫(xiě)和擦除1 1 0 0 1 1 寫(xiě)入的數(shù)據(jù) 不帶保護(hù)位的寫(xiě)和擦除0 0 0 0 1 1 比較數(shù)據(jù) 帶數(shù)據(jù)比較的寫(xiě)保護(hù)位0 0 1 1 0 0 無(wú)效數(shù)據(jù) 讀數(shù)據(jù)（帶保護(hù)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(wú)效數(shù)據(jù) 讀數(shù)據(jù)（不帶保護(hù)位）0 1 0 0 1 1 1 1 253 屏蔽位 寫(xiě)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器1 0 1 1 0 0 1 1 254 一個(gè)字節(jié)的驗(yàn)證碼 驗(yàn)證 PSC 的第一個(gè)字節(jié)1 0 1 1 0 0 1 1 255 一個(gè)字節(jié)的驗(yàn)證碼 驗(yàn)證 PSC 的第二個(gè)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(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)組成。進(jìn)行寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)字節(jié)即是所要寫(xiě)入數(shù)據(jù)，可見(jiàn) SLE4418/SLE4428 不能進(jìn)行一次性多字節(jié)數(shù)據(jù)，可見(jiàn) SLE4418/SLE4428 不能進(jìn)行一次性多字節(jié)寫(xiě)操作；讀數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)忽略不計(jì)，一次性可讀出多字節(jié)。當(dāng) 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(shí)命令輸入邏輯啟動(dòng)。命令輸入完成后，設(shè)置RST 為“0”狀態(tài)，時(shí)序如圖 所示。19 低功耗智能 IC 卡電表19圖 命令輸入時(shí)序（3）寫(xiě)操作/刪除操作邏輯 對(duì) IC 卡進(jìn)行寫(xiě)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(jìn)行寫(xiě)操作與刪除操作時(shí)，時(shí)鐘（CLK）必須進(jìn)行延續(xù)。一般來(lái)說(shuō)，單獨(dú)寫(xiě)操作或者單獨(dú)刪除操作，數(shù)據(jù)輸入后，時(shí)鐘須延續(xù) 103 個(gè)脈沖，數(shù)據(jù)刪除后立即進(jìn)行寫(xiě)操作則需要延續(xù) 203 個(gè)時(shí)鐘脈沖。SLE4418/SLE4428 IC 卡具有三種擦寫(xiě)操作，即刪除操作后立即寫(xiě)操作、單獨(dú)寫(xiě)操作與單獨(dú)刪除操作三種方式。如圖 所示。寫(xiě)保護(hù)位時(shí)，只須將數(shù)據(jù)重寫(xiě)一次，當(dāng)?shù)诙螌?xiě)入數(shù)據(jù)與前一次寫(xiě)入數(shù)據(jù)相同時(shí)，設(shè)置保護(hù)位。保護(hù)位一旦設(shè)置便不能更改。 圖 寫(xiě)、刪除時(shí)序（4）讀操作邏輯 按表 2 配置好讀命令后，輸入命令即啟動(dòng)讀操作。當(dāng) CLK 為“0”狀態(tài)變?yōu)椤?”狀態(tài)時(shí)，第一位數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 I/O 數(shù)據(jù)線(xiàn)上，此后每個(gè) 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(shí)，第 9 位為保護(hù)位）時(shí)即為 1 個(gè)字節(jié)。每讀完 1 個(gè)字節(jié)，IC 卡地址計(jì)數(shù)器偏移量自動(dòng)加 1。當(dāng) RST 為“0”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤?”狀態(tài)時(shí)，讀操作結(jié)束。讀時(shí)序邏輯如圖 所示。圖 讀時(shí)序邏輯(5)密碼校驗(yàn)邏輯SLE4428IC 卡具有 2 個(gè)字密碼保護(hù)字節(jié)（地址偏移量分別為 1021023）以及 1 個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器（地址偏移量為 1021） 。如果沒(méi)有進(jìn)行密碼校驗(yàn)，則SLE4428IC 卡只能讀出，不能寫(xiě)入，也不能讀取密碼字節(jié)。在沒(méi)有進(jìn)行密碼校驗(yàn)即讀取密碼字節(jié)，將返回“00” 。進(jìn)行密碼校驗(yàn)時(shí)，必須按以下步驟進(jìn)行。*改變一個(gè)沒(méi)有寫(xiě)入位（沒(méi)有寫(xiě)入位，其當(dāng)前狀態(tài)為“1” ，改變一個(gè)沒(méi)有寫(xiě)入位即使期由“1”狀態(tài)改變?yōu)椤?”狀態(tài)） ；*寫(xiě)入第一位密碼；*寫(xiě)入第二位密碼；*刪除錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器；密碼校驗(yàn)時(shí)序邏輯如圖 所示。 （寫(xiě)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器請(qǐng)參看寫(xiě)時(shí)序邏輯） 。 圖 密碼校驗(yàn)時(shí)序邏輯校驗(yàn)通過(guò)后，I/O 狀態(tài)會(huì)由 1 變?yōu)?0。由于錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器不能自動(dòng)擦除，所以在斷電前要擦除錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器，以使其在下次校驗(yàn)時(shí)還有最多 8 次的校驗(yàn)機(jī)會(huì)。校21 低功耗智能 IC 卡電表21驗(yàn)正確后，只要不斷電就可以對(duì) IC 的內(nèi)容進(jìn)行寫(xiě)/ 擦除操作，如果密碼沒(méi)有被設(shè)置寫(xiě)保護(hù)，還可以對(duì)密碼進(jìn)行修改。IC 卡與單片機(jī)的接口電路IC 卡的接口電路是連接 IC 卡與讀寫(xiě)機(jī)具的通道，由它對(duì) IC 卡的供電，并滿(mǎn)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(kāi)觸點(diǎn)的金屬簧片，當(dāng)沒(méi)有卡插入時(shí)，簧片無(wú)接觸，sw1為高電平；當(dāng)有卡插入時(shí)，sw1 為低電平，微處理器通過(guò)判斷 sw1 管腳的狀態(tài)來(lái)判斷有無(wú)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(guò)程處于斷電狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有卡插入時(shí)，系統(tǒng)給 IC 卡供電；當(dāng)IC 卡讀寫(xiě)操作結(jié)束后，IC 卡