密碼訪問器件X76F100在單片機系統(tǒng)中的應用

X76F100是一種密碼訪問安全監(jiān)控器件,內部含有1個112×8位的保密數(shù)據(jù)陣列,對該陣列的訪問由2個64位的讀寫密碼來控制,密碼與數(shù)據(jù)通過I2C總線接口完成輸入輸出。正常情況下,X76F1000提供最少為10萬次的擦寫期限和最少100年的數(shù)據(jù)保存使用。

1 器件的特點

*可編程64位讀寫密碼保護;

*重試計數(shù)寄存器允許8次密碼試驗,然后陣列清零;

*32位對復位的響應(RST輸入);

*8字節(jié)頁寫方式;

*最大1 MHz時鐘速率;

*I2C總線接口;

*寬電壓(3.0～5.5V)低功耗CMOS;

*10萬次擦寫和100年數(shù)據(jù)保存;

*多種(8腳PDIP、SOIC、MSOP、智能卡)外形封裝。

2 封裝與引腳說明

圖1是X76F100的各種封裝形式。

引腳功能如下：

(1)串行時鐘SCL。串行時鐘輸入端用業(yè)控制所有的數(shù)據(jù)輸入和輸出器件。

(2)串行數(shù)據(jù)SDA。SDA是一個漏極開路的串行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。

(3)片選CS。CS為低電平時,X76F100處于工作方式;否則,處于等待方式。

(4)復位RS。RST是器件的復位腳。當RST被觸發(fā)為高電平為CS為低電平時,X76F100將輸出標準的32位“復位同步響應”數(shù)據(jù)。

(5)電源Vcc,地Vss。在器件上應施加3.0～5.5V的工作電壓。

3 器件的讀寫時序

3.1 I2C總線協(xié)議

X76F100支持I2C二線制總線協(xié)議。數(shù)據(jù)發(fā)送以字節(jié)為單位,高位在前,低位在后,且在所有應用中X76F100都被作為從機。總線協(xié)議約定如下：

開始條件-當SCL為高電平時,SDA由高電平到低電平的跳變。

停止條件-當SCL為高電平時,SDA由低電平到高電平的跳變。

數(shù)據(jù)改變-SDA線上數(shù)據(jù)的狀態(tài)只有在SCL為低電平時才能改變。

應 答ACK-用來表示數(shù)據(jù)傳送成功的軟件約定。發(fā)送器件在發(fā)送1個字節(jié)的8位以后,將釋放總線,在額外的第九個時鐘周期,接收器將SDA線接至低電平,以應 答它接收到了8位數(shù)據(jù)。此時SDA的高電平被認為是一個NO-ACK(數(shù)據(jù)無效)。I2C的通信時序等詳細技術規(guī)范可參看有關手冊。

3.2 命令代碼

如表1所列,X76F100一共有5種操作,分別由不同的命令代碼來選擇。器件操作時,命令代碼必須跟隨在起始信號后發(fā)出。

表1 命令代碼

命令代碼功 能

100S3S2S1S00頁寫

100S3S2S1S01頁讀

1111110改變寫密碼

11111110改變讀密碼

010101密碼間詢

對其他的非法命令代碼器件將用NO-ACK作為響應,然后回到等待方式。頁面讀與寫命令中的S3S2S1S0為頁面地址,代表14個8字節(jié)的頁中的一個。對陣列的讀或寫總是從頁的第一個地址開始。讀操作可以不限定地繼續(xù),而寫操作一次必須是全部8個字節(jié)。

3.3 頁寫與頁讀

頁 寫或頁讀時,應讓CS和RST均保持低電平,其工作流程如圖2所示。寫命令或讀命令控制字節(jié)中包括所要寫入的頁地址,隨后緊跟8字節(jié)的寫操作或讀操作密 碼。密碼是否正確應通過一個密碼問詢(起始信號+01010101)來判斷,ACK回答表示密碼正確,NO-ACK回答則表示則輸入的密碼有誤。 X76F100內部包含一個重試計數(shù)器,對任何不正確的密碼重試計數(shù)器都將計數(shù)加1。當計數(shù)到8次溢出時,器件的存儲器區(qū)和兩個密碼會自動清除為0(就像 剛出廠一樣)。如果在重試計數(shù)器溢出以前收到一個正確的密碼,則重試計數(shù)器復位并允許訪問器件。

密碼正確時,寫操作 要求傳送8個字節(jié)的數(shù)據(jù),在最后字節(jié)傳送以后發(fā)出一個停止條件。這個條件啟動非易失性寫周期,數(shù)據(jù)從頁的第一個地址開始寫入。如果傳送少于或多個8個字 節(jié),則寫周期不會被啟動,頁中的數(shù)據(jù)將保持不變。在數(shù)據(jù)寫入時(約10ms),器件對新的命令將不予應答(回答NO-ACK)。

如果是讀操作則必須從頁的第一個地址開始,但一次讀出的字節(jié)數(shù)可任意。讀到最后一頁時,器件將自動轉回到第一頁繼續(xù)。在讀完最后一個字節(jié)后,主機可不作ACK確認而直接發(fā)出結束信號,至此,此次讀操作完成。

4 密碼的修改

器件從工廠中運出時所有的密碼都等于“0”,使用前應對其作必要的修改,另外,用戶也有可能需要更改已知的密碼。它們可通過在正常的頁面寫操作過程中送一個“改變讀密碼”或“改變寫密碼”命令來實現(xiàn)。

圖 3是修改密碼流程圖。送出“改變讀密碼”或“改變寫密碼”命令后,應將現(xiàn)在的密碼(如出廠時的全0)發(fā)出,然后進行密碼問詢。得到一個有效的密碼應答響應 ACK后,再傳送一個全部8字節(jié)的新的密碼即可。用戶可在2 ms內,用一個數(shù)據(jù)應答輪詢命令來判斷新密碼的寫操作是否已經(jīng)啟動,一個ACK表明寫操作未能成功啟動,而NO-ACK應答則表明密碼正在寫入;另外,用 戶也可用一個重復的密碼應答輪詢命令來檢查新的密碼是否已被正確的寫入。一個ACK應答(通常10ms后)表示新的密碼已有效。

X76F100中的密碼可以修改,但無論如何都無法將其讀出。

5 應用編程舉例

只要符合X76F100的數(shù)據(jù)通信規(guī)范,微控制器與其接口就不會有問題。下面給出的是AT89C51對X76F100進行寫操作的例程。讀操作或修改密碼的程序可照此編寫。稍加修改,該程序也可移植到其他微控制器與X76F100的接口通信中。

;將40H單元開始的8個數(shù)據(jù)寫入X76F100的第二頁。寫

;密碼在70H開始的8個單元中

;

;***AT89C51與X76F100接口***

SCL EQU P3.2

SDA EQU P3.3

CS EQU P3.4

;***起始條件與結束條件***

START：SETB SDA ;起始條件

SETB SCL

CLR SDA

CLR SCL

RET

STOP：CLR SCL ;結束條件

CLR SDA

SETB SCL

SETB SDA

RET

;***發(fā)送一個字節(jié)到X76F100中,發(fā)送數(shù)據(jù)在A中,返

;回的應答在進們中***

WBYTE：MOV R7,#8

WBYTE1：RLC A

MOV SDA,C ;發(fā)送一位

SETB SCL

CLR SCL

DJNZ R7,WBYTE1

SETB SCL

MOV C,SDA ;讀應答ACK信號

CLR SCL

RET

;***主程序***

MAIN： CLR CS

MOV R5,#8 ;置密碼重試次數(shù)

MAIN0：LCALL START ;發(fā)起始條件

MOV A,#100001000B ;寫控制字

LCALL WBYTE ;發(fā)送寫控制字

JNC MAIN0 ;NO-ACK,重來

MOV R6,#8

MOV R0,#70H ;8字節(jié)密碼首址

MAIN1：MOV A,@R0

LCALL WBYTE ;發(fā)送8位密碼

JNC MAIN0

INC R0

DJNZ R6,MAIN1

MOV A,#55H

LCALL WTYBE ;密碼問詢

JNC ERROR ;密碼有誤,轉錯誤處理

MOV R6,#8 ;密碼正確

MOV R0,#40H ;發(fā)送8字節(jié)數(shù)據(jù)

MAIN2：MOV A,@R0

LCALL WBYTE

JNC MAIN0

INC R0

DJNZ R6,MAIN2

LCALL STOP ;發(fā)停止條件,啟動寫操作

SETB CS

MAIN3：SJMP MAIN3 ;其他程序省略

ERROR：DJNZ R5,MAIN0

ERROR1：SJMP EPPOR1 ;出錯處理程序省略

結束語

X76F100 主要應用在電子貨幣、身份識別、考勤管理等方面。在IC卡的應用過程中,電路及編程設計都要考慮因插卡而造成的電路短路、接觸抖動等干擾因素。上述編程實 例沒有考慮X76F100因故障造成NO-ACK,程序進入死循環(huán)的問題。實際應用編程時,應注意解決。