河南理工大学毕业设计基于IC卡的智能电能表设计(6)

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SLE4442 IC 卡主要包括三个存储器：

1．256x8 位EEPROM 型主存储器。地址0~31 为保护数据区。该区数据读出不受限制，写入受保护存储内部数据状态的限制。当保护存储器中第N 位N=0~31 为1 时，对应主存储器中第N 个字节允许进行擦除和写入操作。地址32~255 后244 字节为应用数据区，数据读出不受限制，擦除和写入受加密存储器数据校验结果的影响。这种加密校验的控制是对整个主存储器实施的(即包括保护数据区和应用数据区)。

2．32 x1 位PROM 型保护存储器.一次性编程以保护主存储器保护数据区,防止一些固定的标识参数被改动.保护存储器同样受加密存储器数据校验结果的影响。

3．4x8 位EEPROM 型加密存储器.第0 字节为密码输入错误计数器(EC).EC的有效位是低三位,芯片初始化时设置成”111”这一字节是可读的(EC).的1,2,3字节为参照字存储区.这3 个字节的内容作为一个整体被称为可编程加密代码(PSC).其读出写入和擦除均受自身比较操作结果的控制。

芯片内部逻辑结构如3-8所示： 传送协议： 1. 复位和复位响应:

复位和复位响应是根据ISO7816-3 标准来进行的。在操作期间的任意时候都可以复位。开始，地址计数器随一个时钟脉冲而被设置为零。当RST 线从高状态H 置到低状态L 时,第一个数据位(LSB)的内容被送到I/O 上。若连续输入32 个时钟脉冲，主存储器中的前四个字节地质单元中的内容被读出。在第33个始终脉冲的下降沿，I/O 线被置成高状态而关闭，如图3-9所示。

2．命令模式：

复位响应以后芯片等待着命令。每条命令都以一个“启动状态”开始。整个命令包括3 个字节。随后经更着一个附加脉冲并用一个“停止状态”来结束操作，如图3-10所示。

启动状态：在CLK 为高状态H 状态期间I/O 显得下降沿为启动状态。 停止状态：在CLK 为高状态H 状态期间I/O 显得上升沿为停止状态。 在接受一个命令之后有两种可能的模式输出数据模式即读数据和处理数据模式。

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主存储器255应用数据区224*8位EEPROM31*132保护数据区3132*8位EEPROM0数据 地址保护存储器31加密存储器4*8位EEPROM3210校验参数数据字校验参数数据字校验参数数据字B7~B3错误计数器数据 地址PSCPROM0数据 地址高压发生器基片电流发生器译码器、比较器行列位抽样检码程序控制复位封锁逻辑指令序列发生器加密逻辑接口VccGNDI/ORSTCLKNCNC

3-8 SLE4442内部逻辑结构图

10Address resetIcset I/O to state Z101DO00DO1DO2DO30DO310123031

图 3-9 复位和复位相应的时序图

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IFD将I/O线设置成低电平CommandCLK123232425I/O1232324发自IFD的“启动状态”’发自IFD的“启动状态”

图3-10 命令模式的时序图：

命令CLK1输出数据3n-1n芯片将I/O线置成高状态2I/O123n-1 n开始输出数据

图3-11 输出数据模式的时序图

3．输出数据模式:

这种模式是将IC 卡芯片中的数据传送个外部设备接口(IFD)的一种操作。 在第一个CLK 脉冲的下降沿之后，I/O 线上的第一位数据变为有效。随后每增加一个时钟脉冲芯片，芯片内部的一位数据被送到I/O 线上，数据的发送从每个字节的最低位（LSB）开始。当所需要的最后一个数据送出以后，需要再附加一个时钟脉冲来把I/O口置成高状态，以便接受新的命令。

在输出数据期间任何“启动状态”和“停止状态”均被屏蔽掉. 输出数据模式的时序关系，如图3-11所示。 4.处理数据模式:

这种模式是对IC 芯片作内部处理.

芯片在第一个始终脉冲的下降沿将I/O 线从高状态拉到低状态并开始处理。此后芯片在内部连续计时计数,直到低n 个始终脉冲之后的附加一个时钟脉冲的下降沿I/O 线再次置高,完成芯片的处理过程。在整个处理过程中I/O 线被锁定成低状态。

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处理模式的时序关系，如图3-12所示。

芯片将I/O线置成高状态命令CLK1处理过程23n-1nI/O处理过程开始处理过程结束

图3-12 处理数据模式

3.2.3 IC卡接口电路

IC卡的接口电路是连接IC卡与读写设备的通路，由它实现对IC卡的供电，并满足带电插拔的要求。IC卡接口电路主要是IC卡槽和单片机相连的部分，具有报警功能，上电指示功能，非IC卡检测功能。

图3-13 IC卡接口电路

如图，LED灯是对是否有卡存在进行检测，灯亮时有卡插入，灯灭时无卡插入或拔卡。其中，电源信号传输线接在了单片上的PD4，时钟控制线5口则接在了PD7，I/O口接了一个上拉电阻，来提高电位。其中E2、E1是用来检测是否有卡插入的，当有卡插入时，E2和E1间就会导通，我将E5口接在了PA4上用来实现插拔卡中断申请。

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3.3 数据存储电路

由于IC卡上有许多用户信息，如用户号、电表号、电表剩余电量、累计用电量、电表状态等，在电表上电和掉电时需要对这些数据进行必要的保护，因此需要选择合适的E2PROM来存放CPU读取到的IC卡上的信息以及保护IC卡电表的工作状态参数。

本系统选用了目前流行的24系列中的AT24CO2，它具有体积小、功耗低、工作电压允许范围宽等特点;而且占用I/O口线少，容量扩展方便灵活，读写操作相对简单。芯片引脚封装见图3-14。

引脚功能如下： A0-A3：地址输入; WP：写保护; SCL：串行时钟输入; SDA：串行数据线;

VCC：工作电源，1.8V～5.5V.

3-14 AT24C02引脚图

AT24C02是通过I2C总线和单片机的I/O进行数据交换，使用两条总线：串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)实现和ATmega16之间的信息传送，实现数据的读/写操作。接口电路如图3-15所示：

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