电气工程专业毕业论文--基于单片机的低功耗智能ic卡电表设计

电气工程专业毕业论文--基于单片机的低功耗智能ic卡电表设计内容摘要：

不能读取密码字节。 在没有进行密码校验即读取密码字节，将返回“ 00”。 进行密码校验时，必须按以下步骤进行。 *改变一个没有写入位（没有写入位，其当前状态为“ 1”，改变一个没有写入位即使期由“ 1”状态改变为“ 0”状态）； *写入第一位密码； *写入第二位密码； *删除错误计数器； 密码校验时序逻辑如图所示。 （写错误计数器请参看写时序逻辑）。 图 密码校验时序逻辑 校验通过后， I/O 状态会由 1 变为 0。 由于错误计数器不能自动擦除，所以在断电前要擦除错误计数 器，以使其在下次校验时还有最多 8 次的校验机会。 校验正确后，只要不断电就可以对 IC 的内容进行写 / 擦除操作，如果密码没有被设置写保护，还可以对密码进行修改。 IC 卡与单片机的接口电路 IC 卡的接口电路是连接 IC 卡与读写机具的通道，由它对 IC 卡的供电，并满足不带电插拔的要求。 IC 卡接口电路如图 所示。 sw1, sw2 是一组常开触点的金属簧片，当没有卡插入时，簧片无接触， sw1为高电平；当有卡插入时， sw1 为低电平，微处理器通过判断 sw1 管脚的状态来判断有无卡插入。 要保证 IC 卡的任意插拔，而不 致引起 IC 卡损坏，必须保证IC 卡的插拔过程处于断电状态。 当系统检测到有卡插入时，系统给 IC 卡供电；当 IC 卡读写操作结束后， IC 卡下电，这时可以安全拔出 IC 卡。 这样大大提高了 IC 卡操作的可靠性。 在 IC 卡插拔过程中，由于机械触点开关的动作不可避免的会存在着抖动问题，如何避免由于抖动引起中断重入进而造成系统死机成为最终症结所在。 常有的去抖方法有硬件去抖和软件去抖两种。 采用硬件去抖不仅增加了成本，而且实践发现也不是十分可靠。 采用软件延时去抖，只要延时常数合适，就可以有效的解决抖动问题。 另外，所有的 IC 卡接口部分都 加入了上拉电阻，这些上拉电阻可以使各引脚上的电压格限定在 Vd― VCC+Vd 之间。 这样，可以抑制由于线路干扰和逻辑电平变化的边沿产生抖动所带来的瞬间过压，为 IC 卡提供了进一步的保护措施。 图 IC 的接口电路 EEPROM 电路 由于 IC 卡上有许多用户信息，如用户号、电表号、电表剩余金额、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 EEPROM 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。 目前流行的 EEPROM 主要有 24 系列， 25 系列， 93C 系列及 X5045等。 鉴于 X5045 的诸多功能，本设计采用 X5045 作为存储设备。 X5045 是一种集看门狗、电压监控和串行 EEPROM 三种功能于一身的可编程电路。 这种组合设计减少了电路对电路板空间的需求。 X5045 中的看门狗对系统提供了保护功能。 当系统发生故障而超过设置时间时，电路中的看门狗将通过 RESET 信号向 CPU 作出反应。 X5045 提供了三个时间值供用户选择使用。 它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值为 止。 X5045 的存储器与 CPU 可通过串行通信方式接口，共有 4096 个位，可以按 512 x 8 个字节来放置数据。 引脚介绍 X5045 的管脚排列如图 所示，它共有 8 个引脚，各引脚的功能如下： CS ：电路选择端，低电平有效； SO ：串行数据输出端； SI ：串行数据输入端； SCK：串行时钟输入端； WP ：写保护输入端，低电平有效； 图 X5045 的管脚排列图 RESET ：复位输出端； VCC ：电源端； VSS ：接地端。 工作原理 X5045 的状态寄存器描述器件的当前状态，各位意义如表所列。 X5045 的状态寄存器意义其中， WD WD0 是看门狗定时时间设置位； BL BL0 是存储单元写保护区设置位； WEL 是只读标志， 1 表明写使能开关打开； WIP 也是只读标志，1 代表芯片内部正处于写周期。 电复位时，各位都被清零。 X5045 芯片功能包括以下 4 种： （ 1）上电复位控制。 在对 X5045 通电时， RSET 引脚输出有效的复位信号，并保持至少 200ms，使 CPU 有效复位。 （ 2）电源电压监控。 当检测到电源电压低于内部门槛电压 VTRIP 时， RESET输出复位信号，直至电源电压高于 VTRIP 并保持至少 200ms，复位信号才被撤消。 VTRIP 的出厂值根据芯片型号不同共有 5 个级别的电压范围。 对于需要电源电压精确监控的应用，用户可以搭建编程电路，对芯片内 VTRIP 电压进行微调。 （ 3）看门狗定时器。 芯片内部状态寄存器的 WD WD0 是看门狗定时设置位，通过状态寄存器写指令 WRSR 修改这 2 个标志位，就能在 3 种定时间隔中进行选 择或关闭定时器。 对看门狗的复位由 CS 输入电平的下降沿完成。 表是 WD WD0 组合的含义。 串行 E2PROM。 芯片内含 512 字节存储单元， 10 万次可靠写，数据保持时间 100 年。 XICOR 设计了 3 种保护方式防止误写。 包括： WP 写保护引脚，当引脚被拉低时，内部存储单元状态寄存器都禁止写入；存储区域写保护模式，通过对状态寄存器的 BL BL0 位的设置，可以选择对不同的存储区域进行写保护；在进行任何写操作前都必须打开写使能开关，而且在上电初始化写操作完成时，写使能开关自动关闭。 显然，在几方面的保护之下，产生误 写的可能性极小，表是BL BL0 组合的含义。 表 WD WD0 组合的含义 WD1 WD0 看门狗定时值 0 0 0 1 600ms 1 0 200ms 1 1 禁止看门狗工作 表 BL BL0 组合的含义 BL1 BL0 写保护的单元地址 0 0 没有保护 0 1 180H～ 1FFH 1 0 100H～ 1FFH 1 1 000H～ 1FFH 对 X5045 的操作是通过 4 根口线 CS、 SCK、 SI 和 SO 进行同步串行通信来完成的。 SCK 是外部输入的同步时钟信号。 在对芯片定改指令或数据时，时钟 前沿将 SI 引脚信号输入；在读数据时，时钟后沿将数据位输出到 SO引脚上数据的输入 /输出都是高位在先。 芯片内部共有 6 条指令，如表所列表命令名称 命令格式 内 ? 容 WREN 0000 0110 打开写使能开关 WRDI 0000 0100 关闭写使能开关 RDSR 0000 0101 读状态寄存器 WRSR 0000 0001 写状态寄存器 READ 0000 A8011 读存储单元 WRITE 0000 A8010 写存储单元 （ 1） WREN 和 WRDI 是写使能开关的开 /关指令。 它们都是单字节指 令。 （ 2） RDSR 和 WRSR 是状态寄存器的读 /写指令。 在从 SI 输入指令后， RDSR的执行结果，即状态寄存器内容须从 SO 读出；而 WRSR 需要紧接着输入修改数据。 软件原理 X25045 的通信接口软件： CS BIT SCK BIT SI BIT SO BIT （ 1） X25045 数据写入程序 功能：将缓冲区数据写入指定地址开始的单元。 入口： F0、 R3 是 E2PROM 单元地址最高位低八位； R0 是缓冲区首地址； R2是缓冲区长度。 WRITEX： LCALL STAX ；指令启 动 MOV A， 06H ；输出 WREN LCALL BYTE_OUT LCALL STAX ；下一指令启动 MOV A， 02H ；输出 WRITE MOV C， F0 ；插入单元地址最高位 MOV ， C LCALL BYTE_OUT MOV A， R3 ；输出单元地址低八位 LCALL BYTE_OUT BYWR： MOV A， @R0 ；从缓冲区取数输出 LCALL BYTE_OUT INC R0 ；指针加 1 DJNZ R2， BYWR ；缓冲区未空则继续输出 LCALL ENDX ；指令结束 LCALL WIP_CHK ；等待 WIP 0 RET （ 2） X25045 数据读出程序 功能：把指定地址开始的单元数据读出并放入缓冲区 入口：与写入程序相同。 READX： LCALL STAX MOV A， 03H ；输出 READ MOV C， F0 MOV ， C LCALL BYTE_OUT MOV A， R3 ；输出低八位地址 LCALL BYTE_OUT BYRD： LCALL BYTE_IN ；输入数据送入缓冲区 MOV @R0， A INC R0 ；指针加 1 DJNZ R2， BYRD ；缓冲区未满则继续输 入 LCALL ENDX RET （ 3） X25045 状态寄存器写入程序 功能：对状态寄存器进行设置。 入口： ACC 是修改值。 WRSR： LCALL STAX PUSH ACC MOV A， 06H ；输出 WREN LCALL BYTE_OUT LCALL STAX MOV A， 01H ；输出 WRSR LCALL BYTE_OUT POP ACC ；输出设置值 LCALL BYTE_OUT LCALL ENDX LCALL WIP_CHK ；等待 WIP 0 RET （ 4） X25045 状态寄存器读出程序 功能 ：读出状态寄存器当前值。 出口： ACC 是当前值。 RDSR： LCALL STAX MOV A， 05H LCALL BYTE_OUT LCALL BYTE_IN LCAL ENDX RET LCD 显示电路 1 特点及功能 LCM103为 10位多功能通用型 8段式（ ...8）液晶显示模块，内含看门狗（ WDT）时钟发生器， 2 种频率的蜂鸣驱动电路，内置显示 RAM，可显示任意字段笔画，34 线串行接口，可与任何单片机、接口 IC 接口，低功耗特性；显示状态 50μ A（典型值），省电模式 1μ A，工作电压 ～ ， 视角对比度可调，显示清晰，稳定可靠，使用编程简单，是仪器仪表、手持便携仪器、电话系列、家用电器、运动器材、医疗保健仪器、智能充电器等的最佳通用型显示模块。 2 参数 如表 所示。 注：以下参数条件为： T 25℃ ,VDD 3V5V 下， WDT、定时器、蜂鸣器不工 表 LCM103 性能参数 工作电压 工作电流晶体 工作电流 RC 关显示电流 静态电流 IO 高电平 IO 低电平 蜂鸣频率 WDT 定时器 数据读写频率 极限电压 2752V 100 50 UA/ 400 200 UA 200 120 UA/ 400 200 UA 60 35uA /120 60 5 / 10 .3 uA V/5V 2KHz 4KHz 1/324 8 档 1128Hz 8 档 300KHz 500KHz 模块尺寸如图 所示。 图 LCM103 模块尺寸 3 引脚说明 如表 所示。 表 引脚。