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: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: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 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