ic卡的原理和应用

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1、IC卡的原理和使用石 磊一、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。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种 IC卡。由于其为整体封装，不怕油污和磨损，所

2、以使 用寿命长。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。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、 4442等。二、IC卡芯片1、AT24CXX系列芯

3、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2AT24CXX 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16k 比特。它采用低功耗、高 速度和高密度CM

4、OS 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。时 钟复 位SDASCLRpRpSDA SCLWP A2 A1 A0VDDVss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。2、逻辑加密存储SLE4442 卡图2 IC卡的触点安排SLE4

5、442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各引脚功能三、IIC总线1、IIC总线简介 IIC总线（Inter Integrated Circuit BUS）是Philips公 司推出的串行扩展总线

6、，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SDASCLRpRpSDASCL图4 IIC总线外围扩展示意VccSDA SCLSDA SCLSCL SDASCL SDASCL SDAIIC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

7、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。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

8、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：SLADA3DA2DA1DA0A0A1A2R/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，

9、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 D03、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

10、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。图6 总线的开始与停止图5 输出确认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、应答、发送数据、应 答、发下一个数据、应答直到终止。如图7S SLAW/R AAAAA/!APSUBAdat

11、a1dataN-1dataN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（MACK） 、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（IWRN

12、BYTE）、读取N 个字节（IRDNBYTE）等。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、MTD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，

13、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，#02H LCALL IWRNBYTE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 M

14、OV SLA,#SLAW MOV NUMBYTE,#01H LCALL IWRNBYTE ;读出字节 MOV SLA,#SLAR MOV NUMBYTE,#01H LCALL RDNBYTE MOV 70H,MRD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。 结 束 谢 谢 大 家