21IC: 信息紐扣DS1991在單片機系統中的應用 

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            信息紐扣DS1991在單片機系統中的應用 
            文章作者：趙嘉蔚
            文章類型：設計應用 文章加入時間：2004年8月25日23:58
            文章出處：單片機及嵌入式系統應用 






               
            摘要：Ｄallas公司的iButton產品是一系列１－wire總線新型器件。ＤＳ１９９１是一種加密存儲器型信息紐扣，封裝于直徑為１６mm的不銹鋼外殼中，體積小巧，便于攜帶、保存，防塵、防腐蝕，可以在惡劣的應用環境中實現帶密碼保護的數據傳送。本文介紹ＤＳ１９９１的特點、工作原理及其帶密碼保護存儲器區的讀寫方法。
                關鍵詞：iButton信息紐扣　１－Ｗire總線　單片機
            ＤＳ１９９１是Dallas公司的１－wire總線信息紐扣家庭中的一員，是一種加密存儲器型信息紐扣。它內部集成了１Kbit是非易失性存儲器及加密保護邏輯，封裝于直徑為１６mm、厚約６mm的不銹鋼外殼中，何種小巧、操作便捷，防潮、抗震、防灰塵，可在惡劣的環境中實現帶密碼保護的數據傳送。
            １　ＤＳ１９９１的特點
            ＤＳ１９９１是一種很有特色的加密存儲器型ＴＭ卡，為用戶的保密數據提價節可靠的保護措施。ＤＳ１９９１內部有１１５２位的密碼保護存儲器區，５１２位的非密碼保護存儲器scratchpad。密碼保護存儲器被分為三個可獨立操作的密鑰子存儲器（subkey），每區為３８４位，每個密錢子區都有自己的６４位密碼及６４位的ＩＤ碼，對密鑰子區的讀／寫操作均需進行密碼驗證。三個區的數據可分別操作，互不干擾。非密碼保護存儲器區主要用于加密數據的拷貝，以保證數據的完整性。
            ２　ＤＳ１９９１與單片機硬件接口及軟件設計
            ＤＳ１９９１與單片機的硬件接口電路如圖１。

                ＤＳ１９９１與單片機的接口非常方便，只用１根數據線和１根地址。數據線由單片機的１根Ｉ／Ｏ口線控制，口線外接一個５kΩ的上拉電阻。
            ＤＳ１９９１操作的基礎是１－wire總線的初始化、讀／寫１位時序，如圖２、圖３、圖４和圖５。ＶＰＵＬＬＵＰ為圖１中Ｄ點在口線為輸入狀態時的電位。初始化由主機發出復位脈沖。ＤＳ１９９１回復應答脈沖，使主機了解ＤＳ１９９１存在于總線上并已作好操作準備。命令和數據的各個字節由最低有效位起一位一位傳送。子程序ＲＥＳＥＴ、ＲＤＢＹＴＥ和ＷＲＢＹＴＥ分別是初始化、讀／寫１字節的子程序。

                ＤＩＯ　　ＢＩＴ　　Ｐ１.０ ;引腳定義
            RESET:CLR DIO ;得位子程序
            MOV R7,#205
            DELPP1:NOP
            DJNZ R7,DELPP1
            SETB DIO
            MOV R7,#12
            DJNZ R7,$
            MOV R7,#27
            RESETP1:JNB DIO,RESETP2
            DJNZ R7,RESETP1
            RESRET:SETB DIO
            MOV A,#0EH

                RET
            RESETP2:MOV R7,#75
            DJNZ R7,$
            MOV R7,#54
            RESETP4:JB DIO,RESETP5
            DJNZ R7,RESETP4
            RESETP5:MOV R7,#180
            DJNZ R7,$
            SETB DIO
            MOV A,#0
            RET
            WRBYTE:MOV R6,#8 ；寫１字節子程序
            ＷＲＢ１：ＣＬＲ　ＤＩＯ
            ＭＯＶ　Ｒ７，＃２
            ＤＪＮＺ　Ｒ７，$
            RRC A
            MOV DIO,C
            MOV R7,#30H
            DJNZ R7,$
            SETB DIO
            NOP
            NAP
            NOP

                DJNZ R6,WRB1
            RET
            RDBYTE:MOV R6,#8 ；讀１字節子程序
            RDB1:CLR DUO
            NOP
            NOP
            SETB DIO
            MOV R7,#3
            DJNZ R7,$
            MOV C,DIO
            RRC A
            MOV R7,#32
            DJNZ R7,$
            SETB DIO
            MOV R7,#3
            DJNZ R7,$
            DJNZ R6,RDB1
            RET

            3 DS1991激光ＲＯＭ碼、存儲器結構及操作
            像所有的１－wire總線器件一樣，主機必須先進行初始化和ＲＯＭ操作，而后才能進行讀寫ＤＳ１９９１存儲器的操作。
            ＤＳ１９９１有一個自身唯一的工廠刻入的６４位激光ＲＯＭ系列碼。該碼不會與其它任何一個１－wire總線器件相重。該碼前８位是１－wire總線家族碼，后４８位是器件唯一的系列碼，最后８位為前５６位數據的ＣＲＣ校驗碼。ＲＯＭ操作指令建立被訪問的１－wire器件與主機的連接，ＲＯＭ操作指令如表１。ＤＳ１９９１的存儲器映像如圖１。

            表1 ROM操作指令
                  命   令字  節功     能
                  read ROM33H讀取DS1991的ROM系統列碼
                  Match ROM55H總線接多個器件時用于尋址特定的器件
                  Skip ROMCCH總線上只有一個器件時，跳過ROM系列碼的匹配而直接進行存儲器的訪問
                  Search ROMF0H主機使用該命令讀加器件的ROM系列碼

            ＤＳ１９９１的scratchpad和每個subkey區都有自己的地址。Scratchpad共６４字節，不受密碼保護，主要用于將數據拷貝到密鑰子區。密鑰子區的００～０７Ｈ為８字節的該區ＩＤ碼，０８Ｈ～０ＦＨ為８字節的該區密碼，１０Ｈ～３ＦＨ即為密碼保護的數據存儲區。
            該／寫Scratchpad不需要密碼，但拷貝操作必須提供正確的密碼。密碼子區讀寫均受６４位的密碼保護，保密性大大提高。對存儲器的操作指令如表２。存儲器操作指令的流程如圖２。

            表2 DS1991存儲器操作命令格式
                  命令 第1字節第2字節第3
                  字節功   能
                  bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0
                  寫scratchpad96H 1   1  00H～3FH中的任意值第2字節取反將數據寫入scratchpad
                  讀scratchpad69H從scratchpa讀出數據
                  拷貝scratchpad3CHSubke區號
                  0    0或
                  0    1或
                  1    0  000000將數據塊從scratchpa拷貝到指定的subkey
                  讀subkey66H10H～3FH中的任意值將數據寫入subkey
                  寫subkey99G從subkey中讀取數據
                  寫密碼5AH000000將密碼和ID碼寫入subkey

            ４　ＤＳ１９９１存儲器的讀寫程序
            主機讀寫ＤＳ１９９１的存儲器由３個步驟組成：初始化、ＲＯＭ操作和存儲器讀寫。
            下面的程序采用寫ＳＵＢＹＫＥＹ命令將ＲＡＭ　４０Ｈ～４７Ｈ單元數據寫入subkey 
            0區的１０Ｈ～17Ｈ，并用讀ＳＵＢＫＥＹ命令將該內容讀回，存放ＲＡＭ。５０Ｈ～５７Ｈ，該區的密碼和ＩＤ碼存放在程序的表格中。
            ；將ＲＡＭ４０Ｈ～４７Ｈ單元內容寫入
            ；subkey
            WRSUBKEY:LCALL RETSET
            MOV R2,#99H
            MOV R0,#10H
            LCALL WRCOM
            LCALL IDPASS
            MOV R1,#40H
            MOV R4,#8
            REWRSUB:MOV A,@R1
            LCALL WRBYTE
            INC R1
            DJNZ R4,REWRSUB
            LCALL RESET
            RET
            ;讀subkey存入ＲＡＭ４０Ｈ～４７Ｈ
            ＲＤＳＵＢＫＥＹ：ＬＣＡＬＬ　ＲＥＳＥＴ
            ＭＯＶ　Ｒ２，＃６６Ｈ
            ＭＯＶ　Ｒ０，＃１０Ｈ
            ＬＣＡＬＬ　ＷＲＣＯＭ
            ＬＣＡＬＬ　ＩＤＰＡＳＳ
            ＭＯＶ　Ｒ１，＃４０Ｈ
            ＭＯＶ　Ｒ４，＃８
            ＲＥＲＤＳＵＢ：ＬＣＡＬＬ　ＲＤＹＢＴＥ
            ＭＯＶ　@R1,A
            INC R1
            DJNZ R4,RERDSUB
            LCALL RESET
            RET
            IDPASS:MOV R4,#8
            MOV R1,#50H
            RERD1:LCALL RDBYTE
            MOV @R1,A
            INC R1
            DJNZ R4,RERD1
            MOV R4,#8
            CLR A
            MOV DPTR,#PSTAB
            REWR1:MOVC A,@A+DPTR
            LCALL WRBYTE
            INC A
            DJNZ R4,REWR1
            RET
            IDTAB:DB10H,00H,00H,00H,
            DB 00H,00H,00H,00H
            PSTAB:DB12H,34H,56H,78H,DB12H,34H,56H,78H
            WRCOM:MOV A,#33H
            LCALL WRBYTE
            MOV R4,#8
            RDROM1:LCALL RDBYTE
            DJNZ R4,RDROM1
            MOV A,R2
            LCALL WRBYTE
            MOV A,R0
            LCALL WRBYTE
            MOV A,R0
            CPL A
            LCALL WRBYTE
            RET

            圖7

            結語
            ＤＳ１９９１的密碼保護存儲器區為用戶提供高可靠的數據保護措施。本文提供的ＤＳ１９９１與單片機接口的軟硬件設計，已在信息紐扣卡型公用電表系統中應用。 
               
            摘要：Ｄallas公司的iButton產品是一系列１－wire總線新型器件。ＤＳ１９９１是一種加密存儲器型信息紐扣，封裝于直徑為１６mm的不銹鋼外殼中，體積小巧，便于攜帶、保存，防塵、防腐蝕，可以在惡劣的應用環境中實現帶密碼保護的數據傳送。本文介紹ＤＳ１９９１的特點、工作原理及其帶密碼保護存儲器區的讀寫方法。
                關鍵詞：iButton信息紐扣　１－Ｗire總線　單片機
            ＤＳ１９９１是Dallas公司的１－wire總線信息紐扣家庭中的一員，是一種加密存儲器型信息紐扣。它內部集成了１Kbit是非易失性存儲器及加密保護邏輯，封裝于直徑為１６mm、厚約６mm的不銹鋼外殼中，何種小巧、操作便捷，防潮、抗震、防灰塵，可在惡劣的環境中實現帶密碼保護的數據傳送。
            １　ＤＳ１９９１的特點
            ＤＳ１９９１是一種很有特色的加密存儲器型ＴＭ卡，為用戶的保密數據提價節可靠的保護措施。ＤＳ１９９１內部有１１５２位的密碼保護存儲器區，５１２位的非密碼保護存儲器scratchpad。密碼保護存儲器被分為三個可獨立操作的密鑰子存儲器（subkey），每區為３８４位，每個密錢子區都有自己的６４位密碼及６４位的ＩＤ碼，對密鑰子區的讀／寫操作均需進行密碼驗證。三個區的數據可分別操作，互不干擾。非密碼保護存儲器區主要用于加密數據的拷貝，以保證數據的完整性。
            ２　ＤＳ１９９１與單片機硬件接口及軟件設計
            ＤＳ１９９１與單片機的硬件接口電路如圖１。

                ＤＳ１９９１與單片機的接口非常方便，只用１根數據線和１根地址。數據線由單片機的１根Ｉ／Ｏ口線控制，口線外接一個５kΩ的上拉電阻。
            ＤＳ１９９１操作的基礎是１－wire總線的初始化、讀／寫１位時序，如圖２、圖３、圖４和圖５。ＶＰＵＬＬＵＰ為圖１中Ｄ點在口線為輸入狀態時的電位。初始化由主機發出復位脈沖。ＤＳ１９９１回復應答脈沖，使主機了解ＤＳ１９９１存在于總線上并已作好操作準備。命令和數據的各個字節由最低有效位起一位一位傳送。子程序ＲＥＳＥＴ、ＲＤＢＹＴＥ和ＷＲＢＹＴＥ分別是初始化、讀／寫１字節的子程序。

                ＤＩＯ　　ＢＩＴ　　Ｐ１.０ ;引腳定義
            RESET:CLR DIO ;得位子程序
            MOV R7,#205
            DELPP1:NOP
            DJNZ R7,DELPP1
            SETB DIO
            MOV R7,#12
            DJNZ R7,$
            MOV R7,#27
            RESETP1:JNB DIO,RESETP2
            DJNZ R7,RESETP1
            RESRET:SETB DIO
            MOV A,#0EH

                RET