采用ic单片机" target="_blank">pic单片机，我们可以实现诸多应用。往期中，小编对pic单片机的诸多基础知识以及pic单片机的一些应用均有所介绍。为帮助大家增进对pic单片机的认识，本文将介绍如何基于pic单片机实现IC卡读写器。本文仅为上篇，剩余内容请翻阅下篇。

0. 引言

本设计的主要目的是介绍IC卡的数据存储技术和IC卡的数据通信，因而使用存储器卡。由于本设计中既可与IC卡进行串行同步通信，又要与上位机进行中行异步通信，因而需要选择一种同时具有这两种通信方式的单片机。因为PIC16F877不仅具有本设计所需要的两种通信方式，而且还具有运行速度快、低功耗、价格低等优点，所以选择PIC16F877单片机作为本设计的单片机。

图1是本设计的电路图，图中电源变换电路和发光二极管等指示电路没有画出。图中的二极管电路是单片机与IC卡通信数据线的保护电路。当数据线上的电压为负电压时，与地相连的二极管导通;当数据线上的电压大于+5V时，与+5V相连的二极管导通，从而保证数据线上的电压在0V～+5V之间，保护单片机和IC卡不受损坏。图中单片机的15脚和23脚分别与IC卡的输出引脚3和4相连。由于IC卡的输出电压为CMOS电平，而单片机能够正确的识别IC卡的输出信号，需要加上拉电阻。

1. SPI工作方式

串行外围设备接口SPI(Serial Peripheral Interface)总线技术是Motrola公司推出的一种同步串行接口。SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件能力很强，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其它事务，因此得到广泛应用。

SPI模式允许8位数据同步发送和接收，支持SPI的所有四种方式。SPI模式传输数据需要四根信号线：串行数据输出(SDO)线、串行数据输入(SDI)线、串行时钟(SCK)和从选择(SS)。其中，从选择线只用于从属模式。

1.1 SPI主模式

由于控制时钟SCK的输出，主模式可以在任何时候开始传输数据。主模式通过软件协议控制从模式的数据输出。

在主模式中，一旦SSPUF寄存器写入，数据就会发送或接收。在接收数据时，SSPSR寄存器按照时钟速率移位，一旦接收到一个字节，数据就传输到SSPBUF，同时中断标志位和状态标志位置位。

时钟的极性可以通过编程改变。在主模式中，时钟SCK的频率可以设置为：fosc/4(即Tcy)、fosc/16(即4Tcy)、fosc/64(即16Tcy)和定时器2(TImer2)输出的二分频等四种。在芯片时钟为20MHz时，SCK的最大频率为5.0MHz。

在本设计中，使用的就是SPI主模式，由单片机控制时钟SCK的输出。当向IC卡中写数据时，随时可以发送数据;当读IC卡内的数据时，先要发送任意一个数据(此时IC卡不处于写入状态，不会接收该数据)，给IC卡提供输出数据的时钟，然后再接收IC卡发出的数据。其时序如图2所示。(发送和接惦的数据均为6FH)

如果要连续发送数据，那么每次将数据送到SSPBUF寄存器后，都要判断是否已经发送完该数据，即判断PIR1寄存器的SSPIF位是否为1。如果SSPIF位为1，则表明数据已经发送完毕，可以继续发送下一个数据。但此时还不能立即发送下一个数据，因为SSPIF位必须在程序中由软件清零，只有将SSPIF位软件清零后，才能继续发送下一个数据。

1.2 SPI从模式

在SPI从模式，数据的发送和接收领先SCK引脚上输入的外时钟脉冲，当最后一位被锁存后，中断标志位SSPIF(PIR1的D3)位。在休眠模式，从模式仍可发送和接收数据，一旦接收到数据，芯片就从休眠中唤醒。如果采用SS控制的从模式，当SS引脚接到VDD时，SPI模式复位;如果 彩CKE=1控制的从模式，必须开放SS引脚控制。

在本设计中，由于IC卡是存储器卡，不能提供时钟信号，因此不能采用从模式，只能采用主模式，由单片机控制时钟信号。

单片机的SPI方式初始化程序如下：

MOVLW20H ;将20H送到累加器

MOVWF SSPCON ;将累加器中的数送到SSPCON寄存器

BSF STATUS，RP0 ;将定RAM区的第1页

BCF SSPSTAT，SMP ;将SSPSTAT寄存器的SMP位置0

BSF SSPSTAT，CKE ;将SSPSTAT寄存器的CLK位置1

BCF TRISC，3 ;将端口C的第3位设置为输出

BCF TRISC，5 ;将端口C的第5位设置为输出

其中，上述第1、2行程序是配置控制寄存器，将SPI方式配置为主控模式，时钟频率为单片机时钟频率的1/4，并将时钟的高电平设置为空闲状态。第3行程序为换页指令，将指针转到第1页。因为PIC16F877单片机的数据存储器是分页的，而所要操作的寄存器在第1页，因此要用换页指令将指针到第1页。第4、5行程序是配置状态寄存器，将SPI方式设置为数据输出时钟的中间采样，时钟SCK的上升沿触发。第6、7行程序则是将RC口的RC3和RC5设置为输出。

2. USART方式

通用同步异步接收发送模块(USART)是两个串行通信接口之一，USART又称为SCI(Serial CommunicaTIon Interface)。USART可以设置为全双工异步串行通信系统，这种方式可以与个人计算机PC或串行接口CRT等外围设备进行串行通信：也可以设置为半双工异步串行通信系统，与串行接口的A/D或D/A集成电路、串行EEPROM等器件连接。USART是二线制串行通信接口，它可以被定义如下三种工作方式：全双工异步方式、半双工同步主控方式、半双工同步从动方式。

为了把RC6和RC7分别设置成串行通信接口的发送/时钟(TX/CK)线和接收/数据(TX/DT)线，必须首先把SPEN位(TCSTAT的RD7)和方向寄存器TRISC的D7：D6置1。

USART功能模块含有两个8位可读/写的状态/控制寄存器，它们是发送状态/控制寄存器TXSTA和接收状态/控制寄存器TCSTA。

USART带有一个8位波特率发生器BRG(Baud Rato Generator)，这个BRG支持USART的同步和异步工作方式。用SPBRG寄存器控制一个独立的8位定时器的周期。在异步方式下，发送状态/控制寄存器TXSTA的BRGH位(即D2)也被用来控制波特率(在同步方式下忽略BRGH位)。

向波特率寄存器SPBRG写入一个新的初值时，都会使BRG定时器复位清零，由此可以保证BRG不需要等到定时器溢出后就可以输出新的波特率。

对USART方式进行初始化的程序如下：

BSF STATUS，RP0 ;将指针指向数据存储器的第1页

MOVLW 0x19

MOVWF SPBRG ;设置波特率为9600

BCF STATUS，RP0 ;将指针指向数据存储器的第0页

CLRF RCSTA ;将接收控制和状态寄存器清零

BSF RCSTA，SPEN ;串口允许

CLRF PIR1 ;清除中断标志

BSF STATUS，RP0 ;将指针指向数据存储器的第1页

CLRF TXSTA ;将发送控制和状态寄存器清零

BSF TXSTA，BRGH ;设置为异步、高速波特率

BSF TXSTA，TXEN ;允许发送

BCF STATUS，RP0 ;将指针指向数据存储器的第0页

BSF RCSTA，CREN ;允许接收

初始化完成后，即可发送或接收数据。在发送或接收数据时，通过查询发送/接收中断标志位即可判断是否发送完一个数据/接收到一个数据。发送/接收中断标地不需要也不有用软件复位。

在异步串行发送的过程中，只要TXREG寄存器为空，中断标志TXIF就置位。因此，TXIF为1并不是发送完毕的标志，但仍可以用TXIF标志来判断。因此当TXREG为空时，将数据送入后，数据会保留在TXREG寄存器中，直到前一个数据从发送移位寄存器中移出，即前一个数据发送完。