采用ic單片機" target="_blank">pic單片機，我們可以實現諸多應用。往期中，小編對pic單片機的諸多基礎知識以及pic單片機的一些應用均有所介紹。為幫助大家增進對pic單片機的認識，本文將介紹如何基于pic單片機實現IC卡讀寫器。本文僅為上篇，剩余內容請翻閱下篇。
0. 引言
本設計的主要目的是介紹IC卡的數據存儲技術和IC卡的數據通信，因而使用存儲器卡。由于本設計中既可與IC卡進行串行同步通信，又要與上位機進行中行異步通信，因而需要選擇一種同時具有這兩種通信方式的單片機。因為PIC16F877不僅具有本設計所需要的兩種通信方式，而且還具有運行速度快、低功耗、價格低等優點，所以選擇PIC16F877單片機作為本設計的單片機。
圖1是本設計的電路圖，圖中電源變換電路和發光二極管等指示電路沒有畫出。圖中的二極管電路是單片機與IC卡通信數據線的保護電路。當數據線上的電壓為負電壓時，與地相連的二極管導通;當數據線上的電壓大于+5V時，與+5V相連的二極管導通，從而保證數據線上的電壓在0V～+5V之間，保護單片機和IC卡不受損壞。圖中單片機的15腳和23腳分別與IC卡的輸出引腳3和4相連。由于IC卡的輸出電壓為CMOS電平，而單片機能夠正確的識別IC卡的輸出信號，需要加上拉電阻。
1. SPI工作方式
串行外圍設備接口SPI(Serial Peripheral Interface)總線技術是Motrola公司推出的一種同步串行接口。SPI總線是一種三線同步總線，因其硬件能力很強，與SPI有關的軟件就相當簡單，使CPU有更多的時間處理其它事務，因此得到廣泛應用。
SPI模式允許8位數據同步發送和接收，支持SPI的所有四種方式。SPI模式傳輸數據需要四根信號線：串行數據輸出(SDO)線、串行數據輸入(SDI)線、串行時鐘(SCK)和從選擇(SS)。其中，從選擇線只用于從屬模式。
1.1 SPI主模式
由于控制時鐘SCK的輸出，主模式可以在任何時候開始傳輸數據。主模式通過軟件協議控制從模式的數據輸出。
在主模式中，一旦SSPUF寄存器寫入，數據就會發送或接收。在接收數據時，SSPSR寄存器按照時鐘速率移位，一旦接收到一個字節，數據就傳輸到SSPBUF，同時中斷標志位和狀態標志位置位。
時鐘的極性可以通過編程改變。在主模式中，時鐘SCK的頻率可以設置為：fosc/4(即Tcy)、fosc/16(即4Tcy)、fosc/64(即16Tcy)和定時器2(TImer2)輸出的二分頻等四種。在芯片時鐘為20MHz時，SCK的最大頻率為5.0MHz。
在本設計中，使用的就是SPI主模式，由單片機控制時鐘SCK的輸出。當向IC卡中寫數據時，隨時可以發送數據;當讀IC卡內的數據時，先要發送任意一個數據(此時IC卡不處于寫入狀態，不會接收該數據)，給IC卡提供輸出數據的時鐘，然后再接收IC卡發出的數據。其時序如圖2所示。(發送和接惦的數據均為6FH)
如果要連續發送數據，那么每次將數據送到SSPBUF寄存器后，都要判斷是否已經發送完該數據，即判斷PIR1寄存器的SSPIF位是否為1。如果SSPIF位為1，則表明數據已經發送完畢，可以繼續發送下一個數據。但此時還不能立即發送下一個數據，因為SSPIF位必須在程序中由軟件清零，只有將SSPIF位軟件清零后，才能繼續發送下一個數據。
1.2 SPI從模式
在SPI從模式，數據的發送和接收領先SCK引腳上輸入的外時鐘脈沖，當最后一位被鎖存后，中斷標志位SSPIF(PIR1的D3)位。在休眠模式，從模式仍可發送和接收數據，一旦接收到數據，芯片就從休眠中喚醒。如果采用SS控制的從模式，當SS引腳接到VDD時，SPI模式復位;如果 彩CKE=1控制的從模式，必須開放SS引腳控制。
在本設計中，由于IC卡是存儲器卡，不能提供時鐘信號，因此不能采用從模式，只能采用主模式，由單片機控制時鐘信號。
單片機的SPI方式初始化程序如下：
MOVLW20H ;將20H送到累加器
MOVWF SSPCON ;將累加器中的數送到SSPCON寄存器
BSF STATUS，RP0 ;將定RAM區的第1頁
BCF SSPSTAT，SMP ;將SSPSTAT寄存器的SMP位置0
BSF SSPSTAT，CKE ;將SSPSTAT寄存器的CLK位置1
BCF TRISC，3 ;將端口C的第3位設置為輸出
BCF TRISC，5 ;將端口C的第5位設置為輸出
其中，上述第1、2行程序是配置控制寄存器，將SPI方式配置為主控模式，時鐘頻率為單片機時鐘頻率的1/4，并將時鐘的高電平設置為空閑狀態。第3行程序為換頁指令，將指針轉到第1頁。因為PIC16F877單片機的數據存儲器是分頁的，而所要操作的寄存器在第1頁，因此要用換頁指令將指針到第1頁。第4、5行程序是配置狀態寄存器，將SPI方式設置為數據輸出時鐘的中間采樣，時鐘SCK的上升沿觸發。第6、7行程序則是將RC口的RC3和RC5設置為輸出。
2. USART方式
通用同步異步接收發送模塊(USART)是兩個串行通信接口之一，USART又稱為SCI(Serial CommunicaTIon Interface)。USART可以設置為全雙工異步串行通信系統，這種方式可以與個人計算機PC或串行接口CRT等外圍設備進行串行通信：也可以設置為半雙工異步串行通信系統，與串行接口的A/D或D/A集成電路、串行EEPROM等器件連接。USART是二線制串行通信接口，它可以被定義如下三種工作方式：全雙工異步方式、半雙工同步主控方式、半雙工同步從動方式。
為了把RC6和RC7分別設置成串行通信接口的發送/時鐘(TX/CK)線和接收/數據(TX/DT)線，必須首先把SPEN位(TCSTAT的RD7)和方向寄存器TRISC的D7：D6置1。
USART功能模塊含有兩個8位可讀/寫的狀態/控制寄存器，它們是發送狀態/控制寄存器TXSTA和接收狀態/控制寄存器TCSTA。
USART帶有一個8位波特率發生器BRG(Baud Rato Generator)，這個BRG支持USART的同步和異步工作方式。用SPBRG寄存器控制一個獨立的8位定時器的周期。在異步方式下，發送狀態/控制寄存器TXSTA的BRGH位(即D2)也被用來控制波特率(在同步方式下忽略BRGH位)。
向波特率寄存器SPBRG寫入一個新的初值時，都會使BRG定時器復位清零，由此可以保證BRG不需要等到定時器溢出后就可以輸出新的波特率。
對USART方式進行初始化的程序如下：
BSF STATUS，RP0 ;將指針指向數據存儲器的第1頁
MOVLW 0x19
MOVWF SPBRG ;設置波特率為9600
BCF STATUS，RP0 ;將指針指向數據存儲器的第0頁
CLRF RCSTA ;將接收控制和狀態寄存器清零
BSF RCSTA，SPEN ;串口允許
CLRF PIR1 ;清除中斷標志
BSF STATUS，RP0 ;將指針指向數據存儲器的第1頁
CLRF TXSTA ;將發送控制和狀態寄存器清零
BSF TXSTA，BRGH ;設置為異步、高速波特率
BSF TXSTA，TXEN ;允許發送
BCF STATUS，RP0 ;將指針指向數據存儲器的第0頁
BSF RCSTA，CREN ;允許接收
初始化完成后，即可發送或接收數據。在發送或接收數據時，通過查詢發送/接收中斷標志位即可判斷是否發送完一個數據/接收到一個數據。發送/接收中斷標地不需要也不有用軟件復位。
在異步串行發送的過程中，只要TXREG寄存器為空，中斷標志TXIF就置位。因此，TXIF為1并不是發送完畢的標志，但仍可以用TXIF標志來判斷。因此當TXREG為空時，將數據送入后，數據會保留在TXREG寄存器中，直到前一個數據從發送移位寄存器中移出，即前一個數據發送完。