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用PIC单片机实现的IC卡读写器

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:详细介绍PIC单片机使用SPI方式与IC卡进行数据传输的原理和电路设计,以及使用USART方式与PC机进行串行异步通信的工作原理;介绍PIC单片机听SPI方式和USART方式的设置方法。
  关键词:PIC单片机IC卡读写器SPI方式USART方式
  
  引言
  
  本设计的主要目的是介绍IC卡的数据存储技术和IC卡的数据通信,因而使用存储器卡。由于本设计中既可与IC卡进行串行同步通信,又要与上位机进行中行异步通信,因而需要选择一种同时具有这两种通信方式的单片机。因为PIC16F877不仅具有本设计所需要的两种通信方式,而且还具有运行速度快、低功耗、价格低等优点,所以选择PIC16F877单片机作为本设计的单片机。
  
  图1是本设计的电路图,图中电源变换电路和发光二极管等指示电路没有画出。图中的二极管电路是单片机与IC卡通信数据线的保护电路。当数据线上的电压为负电压时,与地相连的二极管导通;当数据线上的电压大于+5V时,与+5V相连的二极管导通,从而保证数据线上的电压在0V~+5V之间,保护单片机和IC卡不受损坏。图中单片机的15脚和23脚分别与IC卡的输出引脚3和4相连。由于IC卡的输出电压为CMOS电平,而单片机能够正确的识别IC卡的输出信号,需要加上拉电阻。
  
  1SPI工作方式
  
  串行外围设备接口SPI(SerialPeripheralInterface)总线技术是Motrola公司推出的一种同步串行接口。SPI总线是一种三线同步总线,因其硬件能力很强,与SPI有关的软件就相当简单,使CPU有更多的时间处理其它事务,因此得到广泛应用。
  
  SPI模式允许8位数据同步发送和接收,支持SPI的所有四种方式。SPI模式传输数据需要四根信号线:串行数据输出(SDO)线、串行数据输入(SDI)线、串行时钟(SCK)和从选择(SS)。其中,从选择线只用于从属模式。
  
  1.1SPI主模式
  
  由于控制时钟SCK的输出,主模式可以在任何时候开始传输数据。主模式通过软件协议控制从模式的数据输出。
  
  在主模式中,一旦SSPUF寄存器写入,数据就会发送或接收。在接收数据时,SSPSR寄存器按照时钟速率移位,一旦接收到一个字节,数据就传输到SSPBUF,同时中断标志位和状态标志位置位。
  
  时钟的极性可以通过编程改变。在主模式中,时钟SCK的频率可以设置为:fosc/4(即Tcy)、fosc/16(即4Tcy)、fosc/64(即16Tcy)和定时器2(Timer2)输出的二分频等四种。在芯片时钟为20MHz时,SCK的最大频率为5.0MHz。
  
  在本设计中,使用的就是SPI主模式,由单片机控制时钟SCK的输出。当向IC卡中写数据时,随时可以发送数据;当读IC卡内的数据时,先要发送任意一个数据(此时IC卡不处于写入状态,不会接收该数据),给IC卡提供输出数据的时钟,然后再接收IC卡发出的数据。其时序如图2所示。(发送和接惦的数据均为6FH)
  
  如果要连续发送数据,那么每次将数据送到SSPBUF寄存器后,都要判断是否已经发送完该数据,即判断PIR1寄存器的SSPIF位是否为1。如果SSPIF位为1,则表明数据已经发送完毕,可以继续发送下一个数据。但此时还不能立即发送下一个数据,因为SSPIF位必须在程序中由软件清零,只有将SSPIF位软件清零后,才能继续发送下一个数据。
  
  1.2SPI从模式
  
  在SPI从模式,数据的发送和接收领先SCK引脚上输入的外时钟脉冲,当最后一位被锁存后,中断标志位SSPIF(PIR1的D3)位。在休眠模式,从模式仍可发送和接收数据,一旦接收到数据,芯片就从休眠中唤醒。如果采用SS控制的从模式,当SS引脚接到VDD时,SPI模式复位;如果彩CKE=1控制的从模式,必须开放SS引脚控制。
  
  在本设计中,由于IC卡是存储器卡,不能提供时钟信号,因此不能采用从模式,只能采用主模式,由单片机控制时钟信号。
  
  单片机的SPI方式初始化程序如下:
  
  MOVLW20H;将20H送到累加器
  
  MOVWFSSPCON;将累加器中的数送到SSPCON寄存器
  
  BSFSTATUS,RP0
  
  

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