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信息紐扣DS1991在單片機系統中的應用
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。(范文先生網www.baimashangsha.com收集整理)
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 ROM 33H 讀取DS1991的ROM系統列碼 Match ROM 55H 總線接多個器件時用于尋址特定的器件 Skip ROM CCH 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 ROM F0H 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
bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 寫scratchpad 96H 1 1 00H～3FH中的任意值 第2字節取反 將數據寫入scratchpad 讀scratchpad 69H 從scratchpa讀出數據 拷貝scratchpad 3CH Subke區號0 0或
0 1或
1 0 0 0 0 0 0 0 將數據塊從scratchpa拷貝到指定的subkey 讀subkey 66H 10H～3FH中的任意值 將數據寫入subkey 寫subkey 99G 從subkey中讀取數據 寫密碼 5AH 0 0 0 0 0 0 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。(范文先生網www.baimashangsha.com收集整理)
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 ROM 33H 讀取DS1991的ROM系統列碼 Match ROM 55H 總線接多個器件時用于尋址特定的器件 Skip ROM CCH 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 ROM F0H 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
bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 寫scratchpad 96H 1 1 00H～3FH中的任意值 第2字節取反 將數據寫入scratchpad 讀scratchpad 69H 從scratchpa讀出數據 拷貝scratchpad 3CH Subke區號0 0或
0 1或
1 0 0 0 0 0 0 0 將數據塊從scratchpa拷貝到指定的subkey 讀subkey 66H 10H～3FH中的任意值 將數據寫入subkey 寫subkey 99G 從subkey中讀取數據 寫密碼 5AH 0 0 0 0 0 0 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。
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