信息纽扣DS1991在单片机系统中的应用.docx
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信息纽扣DS1991在单片机系统中的应用
信息纽扣DS1991在单片机系统中的应用
摘要：
Ｄallas公司的iButton产品是一系列１－wire总线新型器件。
ＤＳ１９９１是一种加密存储器型信息纽扣，封装于直径为１６mm的不锈钢外壳中，体积小巧，便于携带、保存，防尘、防腐蚀，可以在恶劣的应用环境中实现带密码保护的数据传送。
本文介绍ＤＳ１９９１的特点、工作原理及其带密码保护存储器区的读写方法。
关键词：
iButton信息纽扣 １－Ｗire总线 单片机
ＤＳ１９９１是Dallas公司的１－wire总线信息纽扣家庭中的一员，是一种加密存储器型信息纽扣。
它内部集成了１Kbit是非易失性存储器及加密保护逻辑，封装于直径为１６mm、厚约６mm的不锈钢外壳中，何种小巧、操作便捷，防潮、抗震、防灰尘，可在恶劣的环境中实现带密码保护的数据传送。
１ ＤＳ１９９１的特点
ＤＳ１９９１是一种很有特色的加密存储器型ＴＭ卡，为用户的保密数据提价节可靠的保护措施。
ＤＳ１９９１内部有１１５２位的密码保护存储器区，５１２位的非密码保护存储器scratchpad。
密码保护存储器被分为三个可独立操作的密钥子存储器（subkey），每区为３８４位，每个密钱子区都有自己的６４位密码及６４位的ＩＤ码，对密钥子区的读／写操作均需进行密码验证。
三个区的数据可分别操作，互不干扰。
非密码保护存储器区主要用于加密数据的拷贝，以保证数据的完整性。
２ ＤＳ１９９１与单片机硬件接口及软件设计
ＤＳ１９９１与单片机的硬件接口电路如图１。
ＤＳ１９９１与单片机的接口非常方便，只用１根数据线和１根地址。
数据线由单片机的１根Ｉ／Ｏ口线控制，口线外接一个５kΩ的上拉电阻。
ＤＳ１９９１操作的基础是１－wire总线的初始化、读／写１位时序，如图２、图３、图４和图５。
ＶＰＵＬＬＵＰ为图１中Ｄ点在口线为输入状态时的电位。
初始化由主机发出复位脉冲。
ＤＳ１９９１回复应答脉冲，使主机了解ＤＳ１９９１存在于总线上并已作好操作准备。
命令和数据的各个字节由最低有效位起一位一位传送。
子程序ＲＥＳＥＴ、ＲＤＢＹＴＥ和ＷＲＢＹＴＥ分别是初始化、读／写１字节的子程序。
ＤＩＯ ＢＩＴ Ｐ１.０;引脚定义
RESET:
CLRDIO;得位子程序
MOVR7,#205
DELPP1:
NOP
DJNZR7,DELPP1
SETBDIO
MOVR7,#12
DJNZR7,$
MOVR7,#27
RESETP1:
JNBDIO,RESETP2
DJNZR7,RESETP1
RESRET:
SETBDIO
MOVA,#0EH
RET
RESETP2:
MOVR7,#75
DJNZR7,$
MOVR7,#54
RESETP4:
JBDIO,RESETP5
DJNZR7,RESETP4
RESETP5:
MOVR7,#180
DJNZR7,$
SETBDIO
MOVA,#0
RET
WRBYTE:
MOVR6,#8；写１字节子程序
ＷＲＢ１：
ＣＬＲ ＤＩＯ
ＭＯＶ Ｒ７，＃２
ＤＪＮＺ Ｒ７，$
RRCA
MOVDIO,C
MOVR7,#30H
DJNZR7,$
SETBDIO
NOP
NAP
NOP
DJNZR6,WRB1
RET
RDBYTE:
MOVR6,#8；读１字节子程序
RDB1:
CLRDUO
NOP
NOP
SETBDIO
MOVR7,#3
DJNZR7,$
MOVC,DIO
RRCA
MOVR7,#32
DJNZR7,$
SETBDIO
MOVR7,#3
DJNZR7,$
DJNZR6,RDB1
RET
3DS1991激光ＲＯＭ码、存储器结构及操作
像所有的１－wire总线器件一样，主机必须先进行初始化和ＲＯＭ操作，而后才能进行读写ＤＳ１９９１存储器的操作。
ＤＳ１９９１有一个自身唯一的工厂刻入的６４位激光ＲＯＭ系列码。
该码不会与其它任何一个１－wire总线器件相重。
该码前８位是１－wire总线家族码，后４８位是器件唯一的系列码，最后８位为前５６位数据的ＣＲＣ校验码。
ＲＯＭ操作指令建立被访问的１－wire器件与主机的连接，ＲＯＭ操作指令如表１。
ＤＳ１９９１的存储器映像如图１。
表1ROM操作指令
命 令
字 节
功 能
readROM
33H
读取DS1991的ROM系统列码
MatchROM
55H
总线接多个器件时用于寻址特定的器件
SkipROM
CCH
总线上只有一个器件时，跳过ROM系列码的匹配而直接进行存储器的访问
SearchROM
F0H
主机使用该命令读加器件的ROM系列码
ＤＳ１９９１的scratchpad和每个subkey区都有自己的地址。
Scratchpad共６４字节，不受密码保护，主要用于将数据拷贝到密钥子区。
密钥子区的００～０７Ｈ为８字节的该区ＩＤ码，０８Ｈ～０ＦＨ为８字节的该区密码，１０Ｈ～３ＦＨ即为密码保护的数据存储区。
该／写Scratchpad不需要密码，但拷贝操作必须提供正确的密码。
密码子区读写均受６４位的密码保护，保密性大大提高。
对存储器的操作指令如表２。
存储器操作指令的流程如图２。
表2DS1991存储器操作命令格式
命令
第1字节
第2字节
第3
字节
功 能
bit7
bit6
bit5
bit4
bit3
bit2
bit1
bit0
写scratchpad
96H
1 1
00H～3FH中的任意值
第2字节取反
将数据写入scratchpad
读scratchpad
69H
从scratchpa读出数据
拷贝scratchpad
3CH
Subke区号
0 0或
0 1或
1 0
0
0
0
0
0
0
将数据块从scratchpa拷贝到指定的subkey
读subkey
66H
10H～3FH中的任意值
将数据写入subkey
写subkey
99G
从subkey中读取数据
写密码
5AH
0
0
0
0
0
0
将密码和ID码写入subkey
４ ＤＳ１９９１存储器的读写程序
主机读写ＤＳ１９９１的存储器由３个步骤组成：
初始化、ＲＯＭ操作和存储器读写。
下面的程序采用写ＳＵＢＹＫＥＹ命令将ＲＡＭ ４０Ｈ～４７Ｈ单元数据写入subkey0区的１０Ｈ～17Ｈ，并用读ＳＵＢＫＥＹ命令将该内容读回，存放ＲＡＭ。
５０Ｈ～５７Ｈ，该区的密码和ＩＤ码存放在程序的表格中。
；将ＲＡＭ４０Ｈ～４７Ｈ单元内容写入
；subkey
WRSUBKEY:
LCALLRETSET
MOVR2,#99H
MOVR0,#10H
LCALLWRCOM
LCALLIDPASS
MOVR1,#40H
MOVR4,#8
REWRSUB:
MOVA,@R1
LCALLWRBYTE
INCR1
DJNZR4,REWRSUB
LCALLRESET
RET
;读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
INCR1
DJNZR4,RERDSUB
LCALLRESET
RET
IDPASS:
MOVR4,#8
MOVR1,#50H
RERD1:
LCALLRDBYTE
MOV@R1,A
INCR1
DJNZR4,RERD1
MOVR4,#8
CLRA
MOVDPTR,#PSTAB
REWR1:
MOVCA,@A+DPTR
LCALLWRBYTE
INCA
DJNZR4,REWR1
RET
IDTAB:
DB10H,00H,00H,00H,
DB00H,00H,00H,00H
PSTAB:
DB12H,34H,56H,78H,DB12H,34H,56H,78H
WRCOM:
MOVA,#33H
LCALLWRBYTE
MOVR4,#8
RDROM1:
LCALLRDBYTE
DJNZR4,RDROM1
MOVA,R2
LCALLWRBYTE
MOVA,R0
LCALLWRBYTE
MOVA,R0
CPLA
LCALLWRBYTE
RET
图7
结语
ＤＳ１９９１的密码保护存储器区为用户提供高可靠的数据保护措施。
本文提供的ＤＳ１９９１与单片机接口的软硬件设计，已在信息纽扣卡型公用电表系统中应用。
摘要：
Ｄallas公司的iButton产品是一系列１－wire总线新型器件。
ＤＳ１９９１是一种加密存储器型信息纽扣，封装于直径为１６mm的不锈钢外壳中，体积小巧，便于携带、保存，防尘、防腐蚀，可以在恶劣的应用环境中实现带密码保护的数据传送。
本文介绍ＤＳ１９９１的特点、工作原理及其带密码保护存储器区的读写方法。
关键词：
iButton信息纽扣 １－Ｗire总线 单片机
ＤＳ１９９１是Dallas公司的１－wire总线信息纽扣家庭中的一员，是一种加密存储器型信息纽扣。
它内部集成了１Kbit是非易失性存储器及加密保护逻辑，封装于直径为１６mm、厚约６mm的不锈钢外壳中，何种小巧、操作便捷，防潮、抗震、防灰尘，可在恶劣的环境中实现带密码保护的数据传送。
１ ＤＳ１９９１的特点
ＤＳ１９９１是一种很有特色的加密存储器型ＴＭ卡，为用户的保密数据提价节可靠的保护措施。
ＤＳ１９９１内部有１１５２位的密码保护存储器区，５１２位的非密码保护存储器scratchpad。
密码保护存储器被分为三个可独立操作的密钥子存储器（subkey），每区为３８４位，每个密钱子区都有自己的６４位密码及６４位的ＩＤ码，对密钥子区的读／写操作均需进行密码验证。
三个区的数据可分别操作，互不干扰。
非密码保护存储器区主要用于加密数据的拷贝，以保证数据的完整性。
２ ＤＳ１９９１与单片机硬件接口及软件设计
ＤＳ１９９１与单片机的硬件接口电路如图１。
ＤＳ１９９１与单片机的接口非常方便，只用１根数据线和１根地址。
数据线由单片机的１根Ｉ／Ｏ口线控制，口线外接一个５kΩ的上拉电阻。
ＤＳ１９９１操作的基础是１－wire总线的初始化、读／写１位时序，如图２、图３、图４和图５。
ＶＰＵＬＬＵＰ为图１中Ｄ点在口线为输入状态时的电位。
初始化由主机发出复位脉冲。
ＤＳ１９９１回复应答脉冲，使主机了解ＤＳ１９９１存在于总线上并已作好操作准备。
命令和数据的各个字节由最低有效位起一位一位传送。
子程序ＲＥＳＥＴ、ＲＤＢＹＴＥ和ＷＲＢＹＴＥ分别是初始化、读／写１字节的子程序。
ＤＩＯ ＢＩＴ Ｐ１.０;引脚定义
RESET:
CLRDIO;得位子程序
MOVR7,#205
DELPP1:
NOP
DJNZR7,DELPP1
SETBDIO
MOVR7,#12
DJNZR7,$
MOVR7,#27
RESETP1:
JNBDIO,RESETP2
DJNZR7,RESETP1
RESRET:
SETBDIO
MOVA,#0EH
RET
RESETP2:
MOVR7,#75
DJNZR7,$
MOVR7,#54
RESETP4:
JBDIO,RESETP5
DJNZR7,RESETP4
RESETP5:
MOVR7,#180
DJNZR7,$
SETBDIO
MOVA,#0
RET
WRBYTE:
MOVR6,#8；写１字节子程序
ＷＲＢ１：
ＣＬＲ ＤＩＯ
ＭＯＶ Ｒ７，＃２
ＤＪＮＺ Ｒ７，$
RRCA
MOVDIO,C
MOVR7,#30H
DJNZR7,$
SETBDIO
NOP
NAP
NOP
DJNZR6,WRB1
RET
RDBYTE:
MOVR6,#8；读１字节子程序
RDB1:
CLRDUO
NOP
NOP
SETBDIO
MOVR7,#3
DJNZR7,$
MOVC,DIO
RRCA
MOVR7,#32
DJNZR7,$
SETBDIO
MOVR7,#3
DJNZR7,$
DJNZR6,RDB1
RET
3DS1991激光ＲＯＭ码、存储器结构及操作
像所有的１－wire总线器件一样，主机必须先进行初始化和ＲＯＭ操作，而后才能进行读写ＤＳ１９９１存储器的操作。
ＤＳ１９９１有一个自身唯一的工厂刻入的６４位激光ＲＯＭ系列码。
该码不会与其它任何一个１－wire总线器件相重。
该码前８位是１－wire总线家族码，后４８位是器件唯一的系列码，最后８位为前５６位数据的ＣＲＣ校验码。
ＲＯＭ操作指令建立被访问的１－wire器件与主机的连接，ＲＯＭ操作指令如表１。
ＤＳ１９９１的存储器映像如图１。
表1ROM操作指令
命 令
字 节
功 能
readROM
33H
读取DS1991的ROM系统列码
MatchROM
55H
总线接多个器件时用于寻址特定的器件
SkipROM
CCH
总线上只有一个器件时，跳过ROM系列码的匹配而直接进行存储器的访问
SearchROM
F0H
主机使用该命令读加器件的ROM系列码
ＤＳ１９９１的scratchpad和每个subkey区都有自己的地址。
Scratchpad共６４字节，不受密码保护，主要用于将数据拷贝到密钥子区。
密钥子区的００～０７Ｈ为８字节的该区ＩＤ码，０８Ｈ～０ＦＨ为８字节的该区密码，１０Ｈ～３ＦＨ即为密码保护的数据存储区。
该／写Scratchpad不需要密码，但拷贝操作必须提供正确的密码。
密码子区读写均受６４位的密码保护，保密性大大提高。
对存储器的操作指令如表２。
存储器操作指令的流程如图２。
表2DS1991存储器操作命令格式
命令
第1字节
第2字节
第3
字节
功 能
bit7
bit6
bit5
bit4
bit3
bit2
bit1
bit0
写scratchpad
96H
1 1
00H～3FH中的任意值
第2字节取反
将数据写入scratchpad
读scratchpad
69H
从scratchpa读出数据
拷贝scratchpad
3CH
Subke区号
0 0或
0 1或
1 0
0
0
0
0
0
0
将数据块从scratchpa拷贝到指定的subkey
读subkey
66H
10H～3FH中的任意值
将数据写入subkey
写subkey
99G
从subkey中读取数据
写密码
5AH
0
0
0
0
0
0
将密码和ID码写入subkey
４ ＤＳ１９９１存储器的读写程序
主机读写ＤＳ１９９１的存储器由３个步骤组成：
初始化、ＲＯＭ操作和存储器读写。
下面的程序采用写ＳＵＢＹＫＥＹ命令将ＲＡＭ ４０Ｈ～４７Ｈ单元数据写入subkey0区的１０Ｈ～17Ｈ，并用读ＳＵＢＫＥＹ命令将该内容读回，存放ＲＡＭ。
５０Ｈ～５７Ｈ，该区的密码和ＩＤ码存放在程序的表格中。
；将ＲＡＭ４０Ｈ～４７Ｈ单元内容写入
；subkey
WRSUBKEY:
LCALLRETSET
MOVR2,#99H
MOVR0,#10H
LCALLWRCOM
LCALLIDPASS
MOVR1,#40H
MOVR4,#8
REWRSUB:
MOVA,@R1
LCALLWRBYTE
INCR1
DJNZR4,REWRSUB
LCALLRESET
RET
;读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
INCR1
DJNZR4,RERDSUB
LCALLRESET
RET
IDPASS:
MOVR4,#8
MOVR1,#50H
RERD1:
LCALLRDBYTE
MOV@R1,A
INCR1
DJNZR4,RERD1
MOVR4,#8
CLRA
MOVDPTR,#PSTAB
REWR1:
MOVCA,@A+DPTR
LCALLWRBYTE
INCA
DJNZR4,REWR1
RET
IDTAB:
DB10H,00H,00H,00H,
DB00H,00H,00H,00H
PSTAB:
DB12H,34H,56H,78H,DB12H,34H,56H,78H
WRCOM:
MOVA,#33H
LCALLWRBYTE
MOVR4,#8
RDROM1:
LCALLRDBYTE
DJNZR4,RDROM1
MOVA,R2
LCALLWRBYTE
MOVA,R0
LCALLWRBYTE
MOVA,R0
CPLA
LCALLWRBYTE
RET
图7
结语
ＤＳ１９９１的密码保护存储器区为用户提供高可靠的数据保护措施。
本文提供的ＤＳ１９９１与单片机接口的软硬件设计，已在信息纽扣卡型公用电表系统中应用。
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