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1、用单片机实现通用存贮器IC卡的读写自动化仪表2002 Vol.23 No.6 P.37-41本文对AT24系列存贮器和AT89系列单片机的特征及总线状态作为介绍，并以AT24C01与AT89C2051为例详细描述了通用存贮器IC卡的工作原理及用单片机对其进行读写操作的基本电路连接和软件编程方法。用存贮器IC卡是由通用存贮器芯片封装而成的，由于它的结构和功能简单，生产成本低，使用方便，因此在各领域都得到了广泛的应用。目前用于IC卡的通用存贮器芯片多为E2PROM，其常用的协议主要有两线串行连接协议（I2C）和三线串行链接协议，其中比较常用的是ATMEL公司生产的AT24系列芯片。以该系列中的AT
2、24C01为例，它具有1k的存贮容量，适用于2V5V的低电压/标准电压的操作，具有低功耗和高可靠性等优点。而AT89C2051虽是ATMEL公司89系列单片机的低档型，但它具有2k的FLASH ROM（可重编闪速存贮器）、1288位内部RAM及全静态操作方式，同样也具有低功耗和较强的功能。下面以AT24C2051为例，对通用存贮器IC卡的工作原理及基本电路连线作一介绍，该线路简单，使用灵活，能可靠地对通用存贮器IC卡进行读写。 2 硬件特性 2.1 AT24系列存贮器的特性 AT24系列存贮器芯片采用CMOS工艺制造，内置有高压泵，可在单电压供电条件下工作。其标准封装为8脚DIP封装形式，各引
3、脚的功能说明如下：SCL：串行时钟。在该脚的上升沿时，系统将数据输入到每个EEPROM器件，在下降沿时输出。 SDA：串行数据。该引脚为开漏极驱动，可双向传送数据。 A0、A1、A2：器件/页面寻址。为器件地址输入端。在AT24C01/02中，该引脚被硬连接。 Vcc：一般输入+5V的工作电压。 图1是符合ISO7816-2标准的IC卡的触点图（见IC卡书P186）。对于AT24系列通用存贮器IC卡来说，通常只需使用四个触点。AT24C01的内部组态为128个8位字节，而对随机字寻址则需要一个7位地址。2.2 总线状态及时序 AT24C01的SCL及SDA两总线可通过一个电阻上拉为高电平，SD
4、A上的数据仅在SCL为低电平时才能改变。当SCL为高电平时，SDA的改变表示“开始”和“停止”状态。此时，所有地址和数据字都以8位串行码方式输入输出EEPROM。 开始状态：SCL为高电平时，SDA由高电平转入低电平。该命令必须在其它命令前执行。SCL SDA停止状态：SCL为高电平时，SDA由低电平转入高电平。该命令可终止所有通讯。SCL SDA 确认：相同总线上的设备在收到数据后，以置SDA为低电平的方式对其进行确认。SCLSDA2.3 器件寻址 AT24系列EEPROM在开始状态后需紧接一个8位器件地址，以进行应读写操作。设备寻址码的高4位为1、0、1、0，对于AT24C01/02，寻址
5、码高4位后面的三位是器件寻址码，与它们的硬连线管脚相对应。最低应是读写选择位，置0时可激发读操作。 AT24设备寻址码具体的格式如下： 1 0 1 0 A2 A1 A0 R/W 2.4 AT89C2051芯片 AT89C2051是MCS-51产品的兼容型，它具有2k的FLASH ROM、128字节ROM，15根I/O引线、两个16位定时/计数器、一个五向量两级中断结构、一个全双工串行口、一个精密模拟比较器以及片内振荡电路和时钟电路。它的P1口和P3口是双向I/O口，其中P1.2P1.7、P3.0P3.5和P3.7带有内部上拉电阻。在AT89C2051用作输入端时，将首先向引脚写“1”而使内部M
6、OS管截止以便引脚处于悬浮状态，从而可获得高阻抗输入。 图2为通用存贮器IC卡的基本电路连接图。(略)3 读写操作软件 当系统采用6MHz晶体振荡器时所定义的I/O口线及器件地址如下： SCL BIT P1.7 SDA BIT P1.6 DEVICEAD_W DATA B ；写卡器件地址 DEVICEAD_R DATA B ；读卡器件地址 3.1 开始条件（START_IC） 当SCL为高电平时，SDA由高转为低。程序如下： SCL 0SDA 在SCL、SDA全1前提下进入开始，开始完成后，SCL、SDA全0 0START_IC：CLR SCL ；SCL由高变低，因为SCL低电平时才允许SDA
7、更改 NOP ；加入空指令延时以确保信号可靠 NOP SETB SDA ;SDA先高NOP NOP SETB SCL ;SCL高，起始条件建立时间大于4.7usNOP NOP CLR SDA ；SDA低，起始条件锁定时大于4usNOP NOP CLR SCL ；SCL低, 钳住总线，准备发数据NOP RET 3.2 停止条件（STOP_IC） 当SCL为高电平时，SDA由低转为高。程序如下：SCL SDA ;在SCL、SDA高或低的前提下均可进入停止过程 ; 停止过程完成后，SCL、SDA全1STOP_IC：CLR SCL ;SCL低NOP CLR SDA NOP NOP SETB SCL ;
8、 发送结束条件的时钟信号NOP ;结束总线时间大于4us（取4.7us）NOP SETB SDA ;结束总线NOP ;保证一个终止信号和起始信号的空闲时间大于4.7usNOP ;在SCL、SDA高或低的前提下均可进入停止，停止完成后，SCL、SDA全1RET 3.3 应答确认信号（MACK_IC）与非应答信号MNACK_IC 在接收方，每收到一字节后便将SDA电平拉低，程序如下：SCL 0SDA 1 ；应答完成后，SCL=0，SDA=1应答确认信号（MACK_IC）MACK_IC：CLR SCL NOP CLR SDA ;在第9个SLC脉冲，将SDA置0NOP NOP SEIB SCL NOP
9、 ;保持数据时间，即SCL为高时间大于4.7usNOP CLR SCL NOP SETB SDA ;在SDA高或低的任何前提下，应答完成后，SCL=0，SDA=1NOP RET 发送非应答信号MNACK_ICMNACK_IC: CLR SCL NOP NOP SETB SDA ;将SDA置1 NOP NOP SETB SCL NOP NOP ;保持数据时间，即SCL为高时间大于4.7us NOP NOP NOP CLR SCLNOP SETB SDA NOP RET 24C16程序资源安排是：R0=字节的循环指针，R2=位数的计数器，R3=卡器件地址， R4=字节地址，R5=字节数或页面长度。
10、 R1可以留作其他循环指针，R6、R7可以留作uS级延时。3.4 写一字节数据到IC卡（WR_BYTE） SCLSDA D7 D6 D0 等待IC确认在下列程序中，参数A表示源数据，R2表示字节位数。WR_BYTE： MOV R2，#08 ；一字节8位数据 CLR SCL NOP NOP WR_BYTE1：RLC A ；带进位位左移，A.8-C MOV SDA，C ；SCL低电平时改变SDA上的数据 NOP SETB SCL ；拉高SCL =4.7uS把数据发送出去 NOP NOP CLR SCL NOP NOP DJNZ R2，WR_BYTE1；依次发送A中的8位数据 SETB SDA NO
11、P NOP SETB SCL CLR F0 NOP NOP MOV C,SDA JC WR_BYTE2 SETB F0 ;判断应答位WR_BYTE2:NOP CLR SCL NOP RET 此子程序的主要作用是按照定义的时序，顺序左移A中一字节8位数据，并通过引脚传送出去。当一字节发完后，等待IC卡发回的确认信号。 3.5 从IC卡读一字节（RD_BYTE） 从IC卡中读一字节的源程序如下：SCLSDA D7 D6 D0 发停止状态RD_BYTE：MOV R2，#08 SETB SDA ；设备SDA为读状态 CLR A ；清空A寄存器NOPNOPRD_BTYE1：SETB SCL ;时钟线为高
12、，接收数据位 NOP NOP MOV C,SDA ;读取一位数据到进位位 RLC A ;左移数据到ACC.0 CLR SCL ;将SCL拉低，时间大于4.7us NOP NOP DJNZ R2，RD_BYTE1；依次读出8位数据到A中 RET ；无应答信号利用该程序可将读出的数据存放在A中。需要注意的是：读数据的器件不是通过确认状态来应答的，而是随后产生一个停止状态。 3.6 字节写入模式写单字节数据（WRITE_BYTE） 下列程序入口参数：R3=卡器件地址，R4= 目的字节地址， A= 待写数据 出口参数：F0 作应答位，F0=1有应答占用资源：A、R4、CY、F0发开始信号-写卡器件地址-写入字节地址-写入单字节数据-发停止信号WRITE_BYTE：PUSH ACC ；保存A中的数据LCALL START_IC ；发开始信号 MOV A，R3 ;写入器件地址8位 LCALL WR_BYTE JNB F0,RETWRB ;无应答则跳转MOV A，R4 ； 写入字节地址8位 LCALL WR_BYTE JNB F0,RETWRB ;无应答则跳转POP ACC ；恢复待写的A中数据 LCALL WR_BYTE ；写入单字节数据LCALL STOP_IC ；发停止信号RETRETW
