智能讀寫器電源管理與接口芯片MC33560的原理及使用

摘要：MC33560是安森美半導體公司為智能卡讀／寫器使用而設計的電源管理與接口集成電路。它通過與微控制器的接口可以對任意類型的智能卡或存儲卡電源進行管理。文中解析了MC33560的主要特點、引腳功能和工作原理，給出了基于MC33560的智能卡讀寫器使用電路。

１ＭＣ３３５６０的主要特點

ＭＣ３３５６０是專門為智能卡讀／寫器使用而設計的接口集成電路。它能通過簡單靈活的微控制器接口來管理任意類型的智能卡或者存儲卡。該器件具有待機省電特性而且所需外部器件很少，因而可以廣泛用于功耗要求比較嚴格的嵌入式手持設備中。ＭＣ３３５６０的主要特點如下：

●與ＩＳＯ７８１６－３標準１００％兼容;

●具有很寬的電池供電電壓范圍（１．８Ｖ＜Ｖｂａｔ＜６．６Ｖ）;

●內含ＤＣ／ＤＣ轉換器，可對Ｖｃｃ電源電壓進行編程，從而為３Ｖ或５Ｖ智能卡提供工作電壓;

●具有電源管理功能，待機模式下的靜態電流非常低;

●內含可編程卡時鐘萌生器;

●可為并行耦合器操作提供片選功能;

●所有卡輸出均具有限流和短路保護功能。

２ＭＣ３３５６０的引腳功能

ＭＣ３３５６０具有ＳＯ－２４和ＴＳＳＯＰ－２４兩種封裝形式，全部管腳可以分為控制器接口引腳、智能卡接口引腳及電流限制和熱保護引腳等三部分。其引腳排列見圖１。

２．１控制接口引腳功能

２腳（ＰＷＲＯＮ）：內部ＤＣ／ＤＣ轉換器啟動操作輸入引腳，當器件處于編程模式時，通過該腳可對輸出電壓開關進行設置。

３腳（ＩＮＴ）：該腳可用于指示智能卡電流狀態的改變。當進行卡插拔時，該腳的邏輯電平為０；而在ＣＳ或ＰＷＲＯＮ端信號的上升沿，該腳信號被復位為１。在多路使用時，可將兩個或兩個以上的ＩＮＴ端連在一起與微控制器進行連接并插入測試槽中。

４腳（ＲＤＹＭＯＤ）：該腳為雙向端口，其輸出為三態?輸入采用斯密特觸發方式。當ＲＤＹＭＯＤ被強制為０時，ＭＣ３３５６０可通過ＣＳ端口上的一個負跳變來將器件設置為編程方式。

５腳（ＣＳ）：片選引腳。該腳為高時，ＭＣ３３５６０的２、６、７、１０、２０和２１腳無效；在ＣＳ信號的下降沿，器件進入編程模式。

６腳（ＲＥＳＥＴ）：復位引腳。當ＣＳ為低時，該腳信號可對１４腳上的卡復位信號進行控制；而當ＣＳ為高時，該腳信號將被鎖定。實際中，該引腳也可以用于編程模式。

７腳（ＩＯ）：智能卡與微控制器之間的串行Ｉ／Ｏ信號傳輸引腳。可與微控制器的串行Ｉ／Ｏ端口相連。當ＣＳ為低時，該腳上的電平傳輸有效；ＣＳ為高時，該腳信號被鎖定。

８腳（ＩＮＶＯＵＴ）：該腳信號實際上是９腳ＡＳＹ-ＣＬＫＩＮ信號經緩沖和反轉后的時鐘信號。

９腳（ＡＳＹＣＬＫＩＮ）：該腳用于連接主微控制器時鐘或其它時鐘信號。該腳信號可反饋到內部時鐘選擇電路并以相同的頻率傳輸到ＣＲＤＣＬＫ端口，也可以通過編程將其二分頻或四分頻。

１０腳（ＳＹＮＣＬＫ）：該腳一般連接微控制器的串行接口時鐘信號，以用作智能卡的同步通信。該腳信號可反饋到內部時鐘選擇電路并通過適當的編程傳輸到ＭＣ３３５６０的ＣＲＤＣＬＫ端口。在編程模式，該腳信號將在ＣＳ端為高時被鎖定。

２０，２１腳（Ｃ８，Ｃ４）：除編程模式外，這兩個引腳與Ｉ／Ｏ引腳具有基本相同的輸入輸出功能。它們可與微控制器的一個雙向端口相連。當ＣＳ為低時，該腳的電平傳輸有效；ＣＳ為高時，該腳信號被鎖定。

２．２智能卡接口引腳功能

１１腳（ＣＲＤＩＯ）：該腳一般連接到卡連接器的串行Ｉ／Ｏ引腳；

１４腳（ＣＲＤＲＳＴ）：使用時應將該端連接到卡連接器的ＲＥＳＥＴ端；

１５腳（ＣＲＤＣＬＫ）：時鐘選擇電路輸出，一般與卡連接器的ＣＬＫ端相連；其時鐘選擇可在ＲＤＹＭＯＤ下變為０時通過２、６和７腳進行編程設置；

１６，１９腳(ＣＲＤＣ４，ＣＲＤＣ８)：通用輸入輸出口，與ＣＲＤＩＯ端口的功能基本相同，通常被分別連接到卡連接器的Ｃ４和Ｃ８引腳；

１７腳（ＣＲＤＤＥＴ）：卡連接器的卡測試開關連接端口。該端口上的卡測試相位由１８腳決定，使用時應在該腳上接一個上拉或下拉電阻；

１８腳（ＣＲＤＣＯＮ）：該腳可連至ＰＧＮＤ、ＶＢＡＴ或微控制器的其它輸出端口。當１７腳為０時，該腳為邏輯１；反之，該腳為邏輯０。

２．３電流限制和熱保護引腳功能

１腳（ＰＧＮＤ）：功率地，應通過適當的布線技術連接到ＣＲＤＧＮＤ端；

１２腳（ＣＲＤＧＮＤ）：信號地；與卡連接器的地端相連，該端電平可作為所有模擬和數字信號的參考地點；

１３腳（ＣＲＤＶＣＣ）：卡電源引腳，設計時可連到卡連接器的ＶＣＣ端。該端電平可作為１１、１４、１５、１６和１９腳的高電平參考；

２２腳（Ｌ１）：ＤＣ／ＤＣ轉換器外部電感連接端；

２３腳（ＶＢＡＴ）：供電電壓端口，為２腳到１０、１７、１８、２０和２１腳高電平邏輯參考。當ＶＢＡＴ電壓低于最低閥值時，ＭＣ３３５６０的操作被禁止；

２４腳（ＩＬＩＭ）：該腳可以和ＰＧＮＤ相連，也可以通過一個電阻和ＰＧＮＤ腳相連，還可以懸空，詳盡接法可由智能卡線圈所提供的峰值電流來決定。

圖3

３ＭＣ３３５６０的工作模式

ＭＣ３３５６０共有待機模式、編程模式、激活模式、事務解決模式和空閑模式等五種工作模式，其中待機模式為無卡時的工作模式；編程模式為對ＭＣ３３５６０進行編程操作時的模式；而在激活模式下，用戶可以查詢卡的狀態并進行ＤＣ／ＤＣ轉換；在事務解決模式下?ＭＣ３３５６０會保持加到卡上電源和選中的時鐘信號，并依據電源電壓在微解決器和卡之間進行ＩＯ、ＲＥＳＥＴ、Ｃ４、Ｃ８等引腳的信號電平轉換；空閑模式指的是卡已上電，但沒有進行數據傳輸時的狀態。圖２所示是五種工作模式之間的轉換關系圖。

４使用設計

４．１硬件使用電路

圖３所示是用ＭＣ３３５６０智能卡讀寫器接口電路和ＭＣ６８ＨＣ７０５Ｃ９微控制器構成的智能卡讀寫器的硬件使用電路。

４．２軟件編程

在知道了ＭＣ３３５６０的硬件工作原理后，接下來的工作就是程序設計。下面是對ＭＣ３３５６０進行編程時的部分程序源代碼：

ｓｔａｔｉｃｉｎｔ３３５６０ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｍｏｄｅ?ｉｎｔｓｔａｔｕｓ

{

ＣＬＥＡＲ_ＲＤＹＭＯＤ;／／ｉｎｔｅｒｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｍｏｄｅ

ＳＥＴ_ＣＳ;

Ｄｅｌａｙ；

ＣＬＥＡＲ_ＣＳ;

／＊＊ＶＣＣａｎｄＣｌｏｃｋｏｆＣａｒｄｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ＊＊／

ｓｗｉｔｃｈ(ｓｔａｔｕｓ)

{

ｃａｓｅ０:

／／ＳＹＮＣＬＫ３ｖ

{

ＣＬＥＡＲ_ＰＷＲＯＮ;

ＣＬＥＡＲ_ＲＥＳＥＴ;

ＣＬＥＡＲ_ＤＡＴＡＩＯ;

ｂｒｅａｋ;

}

……………／／ｃａｓｅ１－－－ｃａｓｅ７

}／／ｆｉｎｉｓｈｅｄｐｒｏｇｒａｍ

Ｄｅｌａｙ;

ＳＥＴ_ＣＳ;?／／ｌｏｃｋｔｈｅｖａｌｕｅ

ＳＥＴ_ＲＤＹＭＯＤ;／／ｏｕｔｏｆｔｈｉｓｍｏｄｅ

ｒｅｔｕｒｎ０;

}

設置ＭＣ３３５６０進入待機模式的程序代碼如下：

ｓｔａｔｉｃｉｎｔ３３５６０_ｓｔａｎｄｂｙ_ｍｏｄｅ()

{

３３５６０_ｒｅｓｅｔ();

ＣＬＥＡＲ_ＣＳ;

ＣＬＥＡＲ_ＰＷＲＯＮ;

ＳＥＴ_ＣＳ;

ｒｅｔｕｒｎ０;}

對于激活模式，當ＭＣ３３５６０被選中后，ＲＤＹＭＯＤ引腳將變為輸出，此時可以查詢ＭＣ３３５６０的狀態。如果發現有卡，則啟動ＤＣ／ＤＣ轉換器。然后持續查詢ＲＤＹＭＯＤ引腳以測試是不是成功進行了ＤＣ／ＤＣ轉換。該過程的流程圖如圖４所示。下面是其程序代碼：

ＳＥＴ_ＣＳ;

ＳＥＴ_ＰＷＲＯＮ;

Ｄｅｌａｙ;

ＣＬＥＡＲ_ＰＷＲＯＮ;

ＣＬＥＡＲ_ＲＥＳＥＴ;

ＣＬＥＡＲ_ＣＳ;／／當ＣＳ＝０時，可以查詢３３５６０

ｓｗｉｔｃｈ(ＲＤＹＭＯＤ)

{

ｃａｓｅ０:

３３５６０_ｓｔａｎｄｂｙ_ｍｏｄｅ();／／無卡，進入待機模式

ｂｒｅａｋ;

ｄｅｆａｕｌｔ:

ＳＥＴ_ＰＷＲＯＮ;／／準備檢查ＤＣ／ＤＣ轉換是不是成功

ｌｏｏｐ１:

ｉｆ(ＲＤＹＭＯＤ＝＝０)

{

ｄｅｌａｙ；／／ＤＣ／ＤＣ轉換過載

ｇｏｔｏｌｏｏｐ１;

}

ＳＥＴ_ＣＳ;／／轉換ｏｋ，進入事務解決模式

ＣＬＥＡＲ_ＣＳ;

ｂｒｅａｋ;

}

５結束語

在實際使用時，由于尖峰信號，可能會導致錯誤的ＩＮＴ信號，所以微控制器應插入一個毫秒級的延時，以在ＰＷＲＯＮ置高時保持卡觸點在卡連接器上的穩定。當測試到卡被取出時，卡測試器會激活掉電時序并禁止轉換器的轉換，通常可以加５０μｓ的延遲。

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