信息纽扣DS1991在单片机系统中的应用_单片机论文
关键词：ibutton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: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 ；写１字节子程序
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 ；读１字节子程序
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1 rom操作指令
| 命 令 | 字 节 | 功 能 |
| read rom | 33h | 读取ds1991的rom系统列码 |
| match rom | 55h | 总线接多个器件时用于寻址特定的器件 |
| skip rom | 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 |
| search rom | 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2 ds1991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subkey 0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: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
;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
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
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:clr dio ;得位子程序
mov r7,#205
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ret
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djnz r7,resetp4
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ret
wrbyte:mov r6,#8 ；写１字节子程序
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 ；读１字节子程序
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nop
nop
setb dio
mov r7,#3
djnz r7,$
mov c,dio
rrc a
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djnz r7,$
setb dio
mov r7,#3
djnz r7,$
djnz r6,rdb1
ret
3 ds1991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1 rom操作指令
| 命 令 | 字 节 | 功 能 |
| read rom | 33h | 读取ds1991的rom系统列码 |
| match rom | 55h | 总线接多个器件时用于寻址特定的器件 |
| skip rom | 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 |
| search rom | 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2 ds1991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subkey 0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
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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，已在纽扣卡型公用电表系统中应用。