采用pic單片機，我們可以實現(xiàn)諸多應(yīng)用。往期中，小編對pic單片機的諸多基礎(chǔ)知識以及pic單片機的一些應(yīng)用均有所介紹。為幫助大家增進對pic單片機的認識，本文將介紹如何基于pic單片機實現(xiàn)IC卡讀寫器。本文僅為上篇，剩余內(nèi)容請翻閱下篇。

0. 引言

本設(shè)計的主要目的是介紹IC卡的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和IC卡的數(shù)據(jù)通信，因而使用存儲器卡。由于本設(shè)計中既可與IC卡進行串行同步通信，又要與上位機進行中行異步通信，因而需要選擇一種同時具有這兩種通信方式的單片機。因為PIC16F877不僅具有本設(shè)計所需要的兩種通信方式，而且還具有運行速度快、低功耗、價格低等優(yōu)點，所以選擇PIC16F877單片機作為本設(shè)計的單片機。

圖1是本設(shè)計的電路圖，圖中電源變換電路和發(fā)光二極管等指示電路沒有畫出。圖中的二極管電路是單片機與IC卡通信數(shù)據(jù)線的保護電路。當(dāng)數(shù)據(jù)線上的電壓為負電壓時，與地相連的二極管導(dǎo)通;當(dāng)數(shù)據(jù)線上的電壓大于+5V時，與+5V相連的二極管導(dǎo)通，從而保證數(shù)據(jù)線上的電壓在0V～+5V之間，保護單片機和IC卡不受損壞。圖中單片機的15腳和23腳分別與IC卡的輸出引腳3和4相連。由于IC卡的輸出電壓為CMOS電平，而單片機能夠正確的識別IC卡的輸出信號，需要加上拉電阻。

1. SPI工作方式

串行外圍設(shè)備接口SPI(Serial Peripheral Interface)總線技術(shù)是Motrola公司推出的一種同步串行接口。SPI總線是一種三線同步總線，因其硬件能力很強，與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡單，使CPU有更多的時間處理其它事務(wù)，因此得到廣泛應(yīng)用。

SPI模式允許8位數(shù)據(jù)同步發(fā)送和接收，支持SPI的所有四種方式。SPI模式傳輸數(shù)據(jù)需要四根信號線：串行數(shù)據(jù)輸出(SDO)線、串行數(shù)據(jù)輸入(SDI)線、串行時鐘(SCK)和從選擇(SS)。其中，從選擇線只用于從屬模式。

1.1 SPI主模式

由于控制時鐘SCK的輸出，主模式可以在任何時候開始傳輸數(shù)據(jù)。主模式通過軟件協(xié)議控制從模式的數(shù)據(jù)輸出。

在主模式中，一旦SSPUF寄存器寫入，數(shù)據(jù)就會發(fā)送或接收。在接收數(shù)據(jù)時，SSPSR寄存器按照時鐘速率移位，一旦接收到一個字節(jié)，數(shù)據(jù)就傳輸?shù)絊SPBUF，同時中斷標志位和狀態(tài)標志位置位。

時鐘的極性可以通過編程改變。在主模式中，時鐘SCK的頻率可以設(shè)置為：fosc/4(即Tcy)、fosc/16(即4Tcy)、fosc/64(即16Tcy)和定時器2(TImer2)輸出的二分頻等四種。在芯片時鐘為20MHz時，SCK的最大頻率為5.0MHz。

在本設(shè)計中，使用的就是SPI主模式，由單片機控制時鐘SCK的輸出。當(dāng)向IC卡中寫數(shù)據(jù)時，隨時可以發(fā)送數(shù)據(jù);當(dāng)讀IC卡內(nèi)的數(shù)據(jù)時，先要發(fā)送任意一個數(shù)據(jù)(此時IC卡不處于寫入狀態(tài)，不會接收該數(shù)據(jù))，給IC卡提供輸出數(shù)據(jù)的時鐘，然后再接收IC卡發(fā)出的數(shù)據(jù)。其時序如圖2所示。(發(fā)送和接惦的數(shù)據(jù)均為6FH)

如果要連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么每次將數(shù)據(jù)送到SSPBUF寄存器后，都要判斷是否已經(jīng)發(fā)送完該數(shù)據(jù)，即判斷PIR1寄存器的SSPIF位是否為1。如果SSPIF位為1，則表明數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢，可以繼續(xù)發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。但此時還不能立即發(fā)送下一個數(shù)據(jù)，因為SSPIF位必須在程序中由軟件清零，只有將SSPIF位軟件清零后，才能繼續(xù)發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。

1.2 SPI從模式

在SPI從模式，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收領(lǐng)先SCK引腳上輸入的外時鐘脈沖，當(dāng)最后一位被鎖存后，中斷標志位SSPIF(PIR1的D3)位。在休眠模式，從模式仍可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，一旦接收到數(shù)據(jù)，芯片就從休眠中喚醒。如果采用SS控制的從模式，當(dāng)SS引腳接到VDD時，SPI模式復(fù)位;如果 彩CKE=1控制的從模式，必須開放SS引腳控制。

在本設(shè)計中，由于IC卡是存儲器卡，不能提供時鐘信號，因此不能采用從模式，只能采用主模式，由單片機控制時鐘信號。

單片機的SPI方式初始化程序如下：

MOVLW20H ;將20H送到累加器

MOVWF SSPCON ;將累加器中的數(shù)送到SSPCON寄存器

BSF STATUS，RP0 ;將定RAM區(qū)的第1頁

BCF SSPSTAT，SMP ;將SSPSTAT寄存器的SMP位置0

BSF SSPSTAT，CKE ;將SSPSTAT寄存器的CLK位置1

BCF TRISC，3 ;將端口C的第3位設(shè)置為輸出

BCF TRISC，5 ;將端口C的第5位設(shè)置為輸出

其中，上述第1、2行程序是配置控制寄存器，將SPI方式配置為主控模式，時鐘頻率為單片機時鐘頻率的1/4，并將時鐘的高電平設(shè)置為空閑狀態(tài)。第3行程序為換頁指令，將指針轉(zhuǎn)到第1頁。因為PIC16F877單片機的數(shù)據(jù)存儲器是分頁的，而所要操作的寄存器在第1頁，因此要用換頁指令將指針到第1頁。第4、5行程序是配置狀態(tài)寄存器，將SPI方式設(shè)置為數(shù)據(jù)輸出時鐘的中間采樣，時鐘SCK的上升沿觸發(fā)。第6、7行程序則是將RC口的RC3和RC5設(shè)置為輸出。

2. USART方式

通用同步異步接收發(fā)送模塊(USART)是兩個串行通信接口之一，USART又稱為SCI(Serial CommunicaTIon Interface)。USART可以設(shè)置為全雙工異步串行通信系統(tǒng)，這種方式可以與個人計算機PC或串行接口CRT等外圍設(shè)備進行串行通信：也可以設(shè)置為半雙工異步串行通信系統(tǒng)，與串行接口的A/D或D/A集成電路、串行EEPROM等器件連接。USART是二線制串行通信接口，它可以被定義如下三種工作方式：全雙工異步方式、半雙工同步主控方式、半雙工同步從動方式。

為了把RC6和RC7分別設(shè)置成串行通信接口的發(fā)送/時鐘(TX/CK)線和接收/數(shù)據(jù)(TX/DT)線，必須首先把SPEN位(TCSTAT的RD7)和方向寄存器TRISC的D7：D6置1。

USART功能模塊含有兩個8位可讀/寫的狀態(tài)/控制寄存器，它們是發(fā)送狀態(tài)/控制寄存器TXSTA和接收狀態(tài)/控制寄存器TCSTA。

USART帶有一個8位波特率發(fā)生器BRG(Baud Rato Generator)，這個BRG支持USART的同步和異步工作方式。用SPBRG寄存器控制一個獨立的8位定時器的周期。在異步方式下，發(fā)送狀態(tài)/控制寄存器TXSTA的BRGH位(即D2)也被用來控制波特率(在同步方式下忽略BRGH位)。

向波特率寄存器SPBRG寫入一個新的初值時，都會使BRG定時器復(fù)位清零，由此可以保證BRG不需要等到定時器溢出后就可以輸出新的波特率。

對USART方式進行初始化的程序如下：

BSF STATUS，RP0 ;將指針指向數(shù)據(jù)存儲器的第1頁

MOVLW 0x19

MOVWF SPBRG ;設(shè)置波特率為9600

BCF STATUS，RP0 ;將指針指向數(shù)據(jù)存儲器的第0頁

CLRF RCSTA ;將接收控制和狀態(tài)寄存器清零

BSF RCSTA，SPEN ;串口允許

CLRF PIR1 ;清除中斷標志

BSF STATUS，RP0 ;將指針指向數(shù)據(jù)存儲器的第1頁

CLRF TXSTA ;將發(fā)送控制和狀態(tài)寄存器清零

BSF TXSTA，BRGH ;設(shè)置為異步、高速波特率

BSF TXSTA，TXEN ;允許發(fā)送

BCF STATUS，RP0 ;將指針指向數(shù)據(jù)存儲器的第0頁

BSF RCSTA，CREN ;允許接收

初始化完成后，即可發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時，通過查詢發(fā)送/接收中斷標志位即可判斷是否發(fā)送完一個數(shù)據(jù)/接收到一個數(shù)據(jù)。發(fā)送/接收中斷標地不需要也不有用軟件復(fù)位。

在異步串行發(fā)送的過程中，只要TXREG寄存器為空，中斷標志TXIF就置位。因此，TXIF為1并不是發(fā)送完畢的標志，但仍可以用TXIF標志來判斷。因此當(dāng)TXREG為空時，將數(shù)據(jù)送入后，數(shù)據(jù)會保留在TXREG寄存器中，直到前一個數(shù)據(jù)從發(fā)送移位寄存器中移出，即前一個數(shù)據(jù)發(fā)送完。

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