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需要4W或低于4W功率的应用传统上依赖于基于串联旁路稳压器电路的小型电源，这种电源如图1所示。尽管这种电路简易并且成本低，但由于出现了两种新技术，它已经失去优势。
首先，外部电源(EPS)现在必须满足严格的能效标准，这几乎排除了线性电源的使用。线性电源一般不能满足工作效率和无负载功耗的标准(见图2)。2006年开始，加利福尼亚州和澳大利亚将禁止销售不符合这类新能效标准的电源。
其次，现在的集成电路允许工程师设计低功率开关型电源(SMPS)，这种电源不仅元件数量少而且成本和简便性不逊于线性电源。弄清低功率SMPS的基本使用缺点将有助于工程师基于符合能效标准的新型电源控制器件来设计电路。
低功率SMPS
直到最近，振铃扼流变换器(RCC)才出现极廉价的低功率SMPS设计，但是，RCC的一些缺点妨碍了它取代线性电路：
・能效低，
・缺少热保护，
・元件数量多。
此外，RCC的性能还取决于寄生效应和元件公差之间的相互作用，因此制造商必须经常监视和调整元件(性能)数值以确保可接受的成品率。电路的缺点集中在图3中突出的五个区域。
低效的启动电路，一般的启动电路(图3中I区域)具有一个初始工作电流来驱动MOSFET开关Q1。
但是即使正常工作开始之后，电流仍流经该电路。电阻则和R2的功率损耗使得许多SMPS(不仅仅是RCC)未能满足EPS能效标准中的无负载功耗范围。附加的元件可以在电源正常工作后阻止电流流动，但是可行的设计方案应该是在不增加元件数量或增添成本的条件下消除功率损耗。
开关频率和MOSFET栅驱动。由于RCC自身振荡，因此它们的开关频率主要取决于变压器铁心磁通量复位所花费的时间。这意味着开关频率在负载下最低，而在无负载时最高。(元件(性能)数值和公差也影响基本RCC的开关频率)。但为了满足EPS的能效标准，开关的频率必须随着负载的下降而降低。不增加电路的复杂性、元件数量和成本，设计师是无法解决这个问题的。
控制MOSFET Q1的开关需要8个元件(在图3中Ⅲ区域)外加一个变压器T1的绕组。用PWM(脉宽调制)控制IC替代这些元件将解决若干问题并减少元件数量。但是，这类IC在输出功率低于10W的电源中几乎根本不能节省成本。而且几乎没有控制IC可以随着输出负载的下降而自动降低开关频率。
MOSFET的电流灵敏度。电流灵敏型电阻器(图3中的Ⅱ区域)必须具有严格的公差和良好的温度稳定性，这使得它价格贵。此外，这种电阻器增加了MOSFET的RDS(on)，这可能降低1％―2％的效率。去除电流灵敏型电阻将会降低元件数量和成本，同时增大效率，但是，已经证明4W功率范围内的电流灵敏型变压器成本太高，因此感应MOSFET电流的其它唯一方法是需要采用已取得专利的技术。
电压的感应和反馈。元件R12、R13、VR3和U1―A(图3中用Ⅳ区域)感应输出电压并将隔离的信号反馈到电源电路的一次侧来控制MOSFET的负载循环。设计师不牺牲调压精度是无法减少该电路二次侧的元件数量。但去除该电路一次侧上的D5、C6和R8就会简化设计。
漏极点箝位电路。这部分电路(见图3中v区域)是可能去除元件的最后一个地方。
尽管不是一个电路元件，但需要注意热保护，因为热保护已经成为一个EPS业界广泛应用的标准。增加温度传感器和关闭电路加大了小型电源的成本。
电源转换汇可以克服大部分的这类设计问题。一般，这些器件含有一个控制器，一个功率MOSFET和保护功能元件，集成化使得元件数量少，并使设计和原型制造时间年降至最低程度，同时降低厂生产和测试成本。另外，与线性电源或RCC相比，围绕这类IC设计的电源一般为最终用户提供了优异的安全性、现场可靠性和能效性能。
围绕电源转换IC设计的某种2W SMPS示意图(图4)展示了一种电路，它的元件的含量仅为图3中振铃扼流变换器电路的一半。将材料、设计时间，制造和其它成本进行比较表明制造商是可以生产这种类型的电源的，而成本等于或低于等效的线性电源的成本。
电源转换IC，像这里使用的这种，由于将高电压MOSFET和低电压控制电路集成于一块单芯片上，因而减少了元件数量。一种通／断控制电路可以实现快速的启动而无输出过冲，并且不需要控制回路的频率补偿元件。
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关键词：汽车行驶记录仪 SLE4428逻辑加密IC卡接口保护
中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0121-01
目前，在汽车行驶记录仪中，使用IC卡识别驾驶员身份并记录相关行驶数据，仍然是最通用和最有效方式，IC卡接口电路是连接IC卡与控制系统的通路，由它实现对IC卡的供电，并满足IC卡不带电插拔的要求。当有卡插入时，接口设备便开始向IC卡供电，但如果插入的是一张电源与地击穿的短路坏卡，或是一个金属片之类的物质，就会造成供电回路的短路，若IC卡接口电路中没有保护措施，就会造成设备或IC卡的损坏。
1 短路保护设计（非法卡、电源与地击穿的坏卡插入时保护）
IC卡的接口电路是连接IC卡和单片机的通路。图1是IC卡的电源电路图，采用78L05三端稳压集成电路作为IC卡工作电源，一方面78L05自身带有输出短路保护；另一方面图1中的Rl和D1构成IC卡短路检测，在正常卡插入时，P3.2（二极管D1负极）为高电平‘1’，Q1输出Vcc IC，正常供电；如果插入了使电源和地短路的非法lC卡，78L05会因输出过载而形成短路保护，P3.2由高电平‘1’变为低电平‘0’，这一短路信息通过R1、D1构成的短路检测电路送入AT89S52单片机，产生外部中断，中断使P1.0为‘1’， Q1截止，电源电路停止为IC卡供电。
2 不带电插拔IC卡功能的实现：
图1中的Q1是控制IC卡电源Vcc IC的，由于IC卡不允许带电插拔，所以要对IC卡的电源进行控制，在IC卡插入后，使P1.0为低电平‘0’，Q1导通，为IC卡供电。在拔卡之前使P1.0为高电平‘1’，Q1截止，IC卡电源断电，然后拔下IC卡。
3 瞬态过压保护设计
图2为IC卡和单片机的接口电路.由于SLE4428 IC卡是集电极开路输出，所以在IC的RST、CLK、I/O）的引脚上加上拉电阻，上拉电阻的电源使用IC卡供电电源，这样在没有IC卡插入的时候接口部分不带电，在RST、CLK和I/O引脚上加人了箝位二极管，这些箝位二极管可以抑制由于线路干扰和逻辑电平变化的边沿产生抖动所带来的瞬态过压，为IC卡提供进一步的保护措施。
图2中SW1和SW2是微动开关，当有卡插入的时候微动开关闭合.使P1.1为低，当卡的时候P1.1为高。
4 结语
实际应用证明，该IC卡信号接口电路应用在由IC卡组成的系统中，安全可靠，现已应用于使用IC卡进行驾驶员身份识别的汽车行驶记录仪，且其接口电路具有通用性，也适用于不带加密的IC卡。
注：
文中P1.0（T2）、P1.1（T2 EX）、P1.2、P1.3、P1.4、P3.2（INT0）为AT89C52单片机的引脚号。
参考文献
[1] 王爱英.智能卡技术[M].北京：清华大学出版社，2000.
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LED背光模组以高亮度、高效率、低成本、安装简便等特点广泛应用于吸塑字、发光字等广告光源，传统LED背光模组普遍采用DC12V电源、LED和限流电阻的原理。该方案成本低，制作简便。随着恒流IC成本的降低和人们对产品品质要求的提高，采用恒流IC的LED模组必将成为发展趋势和主流。
【关键词】LED模组 恒流IC BCR402U
传统LED背光模组存在着一些明显的缺点：
1 模组前后亮度的不一致
由于导线上存在的压降，前面的模组比较亮，后面的逐渐变暗，虽然可以通过两端加电源的方法改善，但采用两端加电源的方法会出现两端亮中间暗的现象，并增加了施工的难度。
2 串接模组的数量少，长度短
传统限流模组一般能串接40-60个模组，长度在5米之内。再增加模组数量就需要增加电源接口。
3 LED模组寿命短
LED模组一般工作在密封环境，散热困难，工作环境温度高，LED是电流驱动型元件，而且LED内阻随着温度升高而降低，工作电流会随着温度升高而增大。因而，温度升高会加速LED的老化，降低LED模组的寿命。
通过使用恒流IC会明显客服以上缺点，虽然采用恒流IC的方案会增加模组的生产成本，但是采用恒流IC的方案也有着传统模组无可比拟的优点：
3.1 亮度一致性高
由于采用恒流IC，在一定电压范围内，LED的工作电流都是恒定的，因此LED模组前后亮度高度一致。
3.2 可以延长LED模组串接个数
通常情况下，采用恒流IC的模组串接数量为100多个，长度可以增加到10-20米，而亮度不会变暗。
3.3 可以延长模组寿命
采用恒流IC方案的LED模组，LED工作在恒流状态，即使温度升高，LED工作电流始终是恒定的，不会出现加速老化降低寿命的问题。
3.4 降低电源使用数量，降低工程成本，安装更加方便
虽然采用IC的方案会提高LED模组的成本，但是因为采用IC的模组可以增加模组串接长度，因而可以减少电源的使用数量，可以降低工程成本，而且安装更加方便。
恒流IC BCR402U是一种经济高效低功耗的LED驱动器，它在模组中的应用原理如图1所示；
BCR402U 引脚定义：1脚为接地，2/3/5脚为输出，4脚为电源输入VS，6脚为REXT。
D1为双向二级管BAV70；
电源DC12V通过D1输入到恒流IC供电，D1起保护作用，可防止电源正负极接反对模组的影响；BCR402U通过R1调节输出电流的大小，上述原理中电流设计大小为58mA，R1选择为24Ω，R1的选择详见附件一；2/3/5脚连接到LED。LED的连接方法和数量可根据设计要求来确定，此原理图LED为三并三串，数量为3个5050的LED。
在实际设计和应该中应该注意的事项：
（1）在实际设计和应用中，PCB中的电源线要尽肯能的宽，模组之间的串接导线应尽肯能的粗，这样可以减少线路损耗，延长LED模组串接个数和长度；
（2）如果电源有电压微调功能，建议将电源电压调到最高，这样不但不会影响电源工作，而且会延长LED模组串接个数；
（3）一般情况下，采用恒流IC的模组可以串接100多个，长度可以做到15米以上，但实际PCB线宽、铜箔厚度和串接导线粗细的不同，串接数量和长度会有所不同，如果对串接数量和长度要求非常高，可以采用两颗LED加一颗IC的方案，这样LED模组的串接数量和长度可大大增加，但这样做的缺点是生产成本会增加，IC功耗增加，电源的工作效率会降低。
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近年来，随着国内IC设计水平逐步提高，产业规模不断扩大，IC设计带动了包括IC制造、封装测试、应用推广在内的整个IC产业链的快速发展，IC设计产业正在逐步成为支撑技术创新、产业升级和结构调整的重要力量。但是，与国外先进国家和地区相比，目前国内IC设计企业规模偏小，技术创新和自我发展能力较弱，应用开发水平也急待提高。如何扶持中小IC设计企业快速成长和做大做强是进一步促进产业快速发展，缩小与发达国家和地区差距的重大课题。
在科技进步日新月异、新产品和新技术层出不穷的今天，电子产品升级换代越来越快，而国内同质低价竞争也越来越激烈。国内中小IC设计企业一方面承受着国外IC设计巨头的竞争压力，另一方面要随着市场热点不断调整自己产品的研发方向，这些严重妨碍了企业技术的技术积累和持续的研发投入。众多中小IC设计企业常常面临着生存和发展的双重考验。
本文以电子产品的研发链条为主线，从市场、企业和产业等不同角度，探讨提高中小IC设计企业的技术创新和自我发展能力的方法和途径；基于对产品研发中系统定义和应用方案的研究，提出了加强IC设计与整机企业互动交流，搭建政府促进产业链上下游企业的合作平台，以应用促进IC设计产业发展的思路。
2我国IC设计产业仍处于起步阶段，发展空间十分广阔
目前，国内IC设计企业约500多家，深圳达130多家，企业数量不少，但企业规模都很小。根据IC Insight的调查数据[1]，全球2010年销售额超过10亿美元的IC设计公司数量已达13家。排在前面的高通公司（Qualcomm）的销售额是71亿美元、博通公司（Broadcom） 65亿美元、AMD公司65亿美元。国内还没有销售额超过10亿美元的IC设计公司，销售额超过1亿美元的公司有10家左右。根据CSIA的统计数据[2]，2010年国内IC设计产业销售额合计363.85亿元，而国外前面13家IC设计公司的销售额合计达414亿美元（约合人民币2730亿元），国内和国外的差距十分惊人。
中国庞大的IT产业赢得了世界电子工厂的称号，也使中国成为IC消费大国和IC进口大国。2010年全球IC市场规模预计近2700亿美元。我国IC进口金额为1569.9亿美元（原油为1351.5亿美元、铁矿砂为794.3亿美元）[3]，IC出口金额仅为292.5亿美元，逆差1277.4亿美元，约占全球IC市场规模的二分之一。虽然中国近十年的IC设计行业保持了高达45%的复合增长率，但IC的自给率不到20%，80%的IC特别是高端IC基本都需要进口。中国IC设计产业的发展空间十分广阔。
2011年1月12日，温总理主持召开国务院常务会议，决定从六方面进一步鼓励和扶持软件产业和IC产业的发展。1月28日，国务院印发了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》（国发[2011]4号），这是继国发[2000]18号文后，国务院再次推出的支持IC产业发展的政策。可以预期，在“十二五”期间，我国IC设计产业仍将继续快速发展。
3中小IC设计企业要重视方案研究，走差异化发展之路
国内IC设计业发展可以分为三个阶段：模仿替代、差异补缺和创新超越。IC设计公司由于规模、产品方向不同，进入各个阶段的时间和持续的时间各不相同（如图1所示）。从第一阶段到第三阶段，企业创新能力、市场竞争能力不断提升，抗风险能力得到加强，但在资金投入、人员配备和技术积累等方面也对企业提出了更高的要求。目前深圳IC设计企业基本进入第二、第三发展阶段，部分企业已处在创新超越阶段。如海思半导体、中兴微电子、国民技术、比亚迪微电子等公司，在通信、加密、汽车电子等多个领域引领着技术发展的潮流。
企业在第二和第三阶段才算进行了真正意义上的技术和产品研发，这时IC产品方案成为研发成败和能否取得良好经济效益的关键。IC产品方案包括IC的系统定义、设计方案和应用方案。系统定义决定了IC产品在整机系统中的功能及性能，包括采用的技术、标准、算法、模式和结构等；设计方案是实现系统定义所采用的工具、工艺和方法，以及设计、流片和测试的计划等；应用方案是IC产品应用于特定整机系统的应用范例。
对应于系统定义、设计方案和应用方案，中小IC设计公司一般配备了系统结构、IC设计、应用方案工程师完成对应工作，而大型企业则成立相应的独立部门。IC设计工程师受系统结构和应用方案工程师的主导，完成实现和执行层面的工作。系统结构和应用方案工程师决定了产品的发展方向和应用推广前景，是公司命运的主导者。
业界已普遍认识到系统定义和应用方案的重要性，以及系统结构工程师和应用方案工程师在企业发展中至关重要的作用。在大型IC设计企业中，系统结构部门和应用方案部门的技术力量很强。他们可以从系统结构、技术标准、规范和算法等高级层面规划未来，也能够保证以很好的应用方案和技术支持把产品推向市场，所以企业具有很强的技术创新能力和市场竞争能力。但在中小IC设计企业中，这两方面的技术力量相对薄弱，技术人员中以IC设计工程师居多，有些甚至依靠IC设计工程师完成系统定义和应用方案的开发，有时会造成系统定义和应用方案质量不高，直接后果是产品推出后才发现IC定义缺乏远见、产品存在缺陷，应用推广遇到困难。目前，中小IC设计企业已逐步认识到系统结构工程师和应用方案工程师的价值，在不断加强对产品方案的研究。
中小企业要在快速变化市场中求发展，需要避重就轻走差异化之路。首先要建设一支在较高层面了解技术和市场的全貌，可以提出创新和差异化的系统定义的团队。目前，大部分中小IC设计企业之所以愿意从事消费类IC产品的开发，主因在于消费类产品为大众所熟悉，对整机方案和市场情况研究要求不高，IC设计工程师可以承担系统结构和应用方案工程师的工作，企业减轻了人员配备的压力。所以，IC设计企业若要追求更高的产品利润，可能需要避开竞争激烈、利润低、更新换代快的消费类市场，在未充分开发的IC应用领域（以下称目标领域）寻找发展机会。例如新能源电子、机电一体化、汽车电子、数字装备等。这时，仅靠IC设计工程师去研究目标领域的整机系统和应用是远远不够的，可能需要引入目标领域的专有人才担当系统结构和应用工程师，或者与目标领域的整机企业建立紧密的互动合作，完成IC设计中最为重要的系统定义和应用方案制定。
重视系统定义和应用方案而成功的企业数不胜数。在通信领域，超越世界先进水平的中兴通讯和华为技术自不必说，在其他领域，成功的中小IC设计企业也很多。例如：芯邦微电子因移动存储控制方案及产品而快速成长；国民技术因领先的信息安全方案和产品而成功上市；江波龙专注于FLASH增值应用方案及产品研发而得到快速发展；珠海炬力、福州瑞芯、北京君分别专注于数字音视频、移动多媒体和嵌入式SOC产品研究而占领了市场先机，上演了“长江后浪推前浪，一浪更比一浪强”的消费类产品发展的“三国演义”，佐证了系统定义和应用方案对企业发展的极端重要性。
4推进设计与整机企业互动，形成产品研发链条的无缝链接
电子产品的研发链条包括：系统定义、设计方案（IC设计、IC制造、IC封装测试）、应用方案、市场推广。笔者认为系统定义和应用方案是研发链条的价值核心，IC设计、制造和封测受工艺技术水平制约是研发链条的技术基础。系统定义决定了产品的品质和生命周期，应用方案和市场推广完成了产品的价值实现。
深圳成功企业的经验表明，产品研发体系的各个环节的紧密结合是企业成功的关键。中兴通讯、华为技术等公司从行业经验、技术趋势和行业标准上把握未来，在系统定义上占领通信领域的制高点。同时，企业制造系统将好的系统定义迅速变成了优秀的产品，市场部门将优秀的产品推广到了世界各地。比亚迪在新能源汽车领域经过多年积累具有系统设计方面的优势，其整车产业环境提供了系统定义、设计开发和应用推广紧密结合的条件。这些企业的产品研发的各环节是紧密无缝连接，具有极强的自主创新能力。
对于广大中小IC设计企业而言，系统定义或者来源于整机企业、或者来源于系统研究机构。在产品推广和销售阶段，应用方案由设计公司或者第三方的方案商完成，然后推广到整机企业。与大型企业内部的部门合作相比，IC设计公司与整机企业的合作关系受到信任关系的影响，既不密切，也不稳定。政府要促进IC设计产业的发展，需要营造适合广大中小IC设计企业发展的产业氛围，其中最重要的是促进和营造像大型企业那样密切和稳定的IC设计和整机的互动研发环境，搭建IC设计企业与整机企业的合作交流平台，缝合电子产品研发产业链条，帮助广大IC设计企业深入到目标领域，寻找差异化产品，同系统厂商一起高质量地完成系统定义和契合市场需求的应用方案，在IC设计之前，努力做好未来IC产品的应用推广。
5以应用带动设计
纵观国内IC设计产业的发展，“十五”是打基础、建环境的时期，“十一五”是孵化企业、出产品的时期，我们有理由预期“十二五”将是促技术创新、促应用推广的产业大发展时期。
目前，整机企业对国内IC设计水平的发展认识不够，对国产IC的认可度低，在整机产品研发时是否采用国产IC持迟疑、谨慎和保守的态度，这在很大程度上制约了国产IC的发展。
所以，政府要进一步扶持IC设计产业的发展，就要重视促进国产IC的应用推广。深圳是国内最大的IC产品集散地，整机企业、应用方案商云集，具有最好的国产IC应用推广条件。国家集成电路设计深圳产业化基地（简称深圳IC基地）已把国产IC应用推广作为近期基地建设和服务的首要工作。主要措施包括以下方面：
1）重视促进IC设计企业和整机企业的互动，搭建IC设计与整机企业合作的桥梁。对于广大中小IC设计企业而言，系统定义和应用方案都依赖于与整机企业、应用方案商的密切合作。政府可以通过搭建互动交流平台、提供合作项目资金补贴、推广采用国产IC的整机产品等举措促进国产IC的应用推广。
2）以深圳IC基地公共技术平台为依托，以高新区的IC设计孵化器为核心，规划建设对外辐射服务的IC应用产业聚集基地。目前深圳IC基地已与各区政府合作，通过旧工业区改造建设了基地的福田园、南山园和龙岗园，形成以手机、产学研项目、数字音视频、新能源等应用为主的IC应用产业园。同时，深圳IC基地与珠海、东莞、惠州、中山、从化等市合作建设基地的珠海分园、东莞分园、惠州分园、中山分园、从化分园，构建“泛珠三角集成电路设计协作网”，延伸IC设计到应用推广的产业链条，为深圳IC设计企业发展拓展物理空间和市场空间。
3）举办应用方案推介会、技术研讨会和国产IC应用论坛。通过这些活动，IC设计企业既可以向系统厂商、整机企业、应用方案商介绍新产品和新技术，又可以向他们了解对现有IC产品的应用意见，了解整机产品研发对IC的新需求。应用论坛还可以现身说法，介绍国产IC的成熟应用方案和成功企业案例，进一步促进国产IC的应用推广。
4）开展政产学研用合作，促进IC设计共性技术研发、产品攻关和成果的产业化。深圳IC基地的公共技术平台和服务体系对IC设计企业、整机企业、应用方案商、大学和科研院所具有很强的凝聚力，是产学研用各方资源互动融合和交流合作的平台。通过该平台，政府对IC设计产业的扶持政策可以高效实施；IC设计企业与整机企业的互动合作得以实现；共性技术研发、攻关和成果产业化在政府扶持资金引导下合作完成；平台成为实施各级政府科技计划项目和产学研项目的载体。
5）举办IC创新应用展览会。每年六月举办的“深圳集成电路创新应用展”主要面向国内IC设计企业、整机企业、应用方案商、科研院所和技术服务机构，汇集本土最新的半导体技术、创新设计和应用方案，展示IC设计和应用的最新成果，搭建IC设计企业与整机企业的合作桥梁，为产品找市场，为市场找产品，助力中国IT产业的自主创新和产业升级。
6结束语
系统定义和应用方案是电子产品研发产业链条的价值核心，系统定义决定产品的品质和生命周期，设计方案决定了产品的成败，应用方案完成产品的最后价值实现，所以IC设计企业对于系统定义和应用方案应给予高度重视。
目前，大型企业的产品研发链条在企业内部进行了垂直整合，各环节之间紧密配合，形成了产品研发环境的创新优势。而广大中小IC设计企业处在系统需求与应用推广之间，缺乏研发链条之间垂直整合能力。这就需要在政府引导下，搭建和完善社会化的技术和产品研发链条。政府可以依托IC设计产业化基地、产学研联盟、行业协会等服务机构，对系统研究机构、IC设计企业、渠道商、方案商、系统整机企业进行合作引导和资源整合，重视产品的系统定义和设计，重视国产IC的应用推广，推进IC设计和整机企业的互动、交流与合作，营造社会化的适合技术创新和产品研发的发展环境，促进IC设计产业又好又快地发展。
参考文献
[1]孙再吉，13家销售额超过10亿美元的Fabless公司,《半导体信息》，2011年第1期
[2]CSIA、CCID，中国半导体行业发展状况报告（2011年版）
[3]海关总署网站，海关主要统计数据\2010.12进口重点商品量值
作者简介
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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。
3 IC卡
IC卡是集成电路卡（Integrated Circuit Card）的简称，有些国家和地址称其为智能卡（Smart Card）、芯片卡（Chip Card）。国际标准化组织（ISO）在ISO7816标准中规定，IC卡是指在由聚氯乙烯（PVC）或聚氯乙烯酸脂（PVCA）材料制成的塑料卡内嵌入式处理器和存储器等IC芯片的数据卡。近年来，由于导半体技术的进步，集成化程度和存储器容量有了很大提高，并使CPU和存储器集成在一个芯片上，从而提高了数据的安全性。
在本设计中，IC卡采用的是AT45DB041B-SC芯片，该芯片的特点如一下：
*单一的2.7V～3.6V电源；
*串行接口结构；
*页面编程操作，单一的循环重复编程（擦除和编程，2048页（每页264字节）主存；
*两个264字节的SRAM数据缓存，允许在重编程非易失性存储器时接收数据；
*内置的编程和控制定时器；
*低功耗，4mA有源读取电流，2μA CMOS备用电流；
*15MHz的最大时钟频率；
*串行接口方式（SPI）——模式0和3；
*CMOS的TTL兼容的输入和输出；
*5.0V可承受的输入，SI、SCK、CS（低电平有效）、RESET（低电平有效）。
在本设计的调试过程中，曾测试过IC卡的输入输出电平，结果证明这种IC卡的输入电平与TTL兼容，而输出电平与TTL不兼容。
4 IC卡的电源提供电路
在本设计中，由于IC卡的电源电压范围为+2.7～+3.6V，而PIC单片机需要的电源为+5V，而且稳压源提供的电压也是+5V，因此，要设计一个稳压模块，给IC卡提供+3V左右的电压。设计电路如图3所示。
该电路的主要元件为LM317芯片，它是三端可调集成稳压器，输出电压为1.25～37V范围内可调。当其Vin端的输入电压在2～40V范围内变化时，电路均能正常工作，输出端Vout和调整端ADJ间的电压等于基准电压1.25V。该芯片内的基电路的工作电流IREF很小，约为50μA，由一个恒流性很好的恒流源提供，所以它的大小不受供电电压的影响，非常稳定。在图3中，B点为电压输出端，为IC卡提供电压。A点为控制端，与单片机的一个端口引脚相连，当该引脚为低电平时，三极管Q1不工作，B点输出电压约为3.15V；当该引脚为高电平时，三极管Q1工作，B点输出电压约为1.25V。在程序中查询IC卡插座中是否有IC卡，当有IC卡时，将A点所连的单片机引脚设置为低电平，从而为IC卡提供电源；当没有IC卡或对IC卡的操作结束时，将A点连的单片机引脚设置为高电平，从而不给IC卡提供电源。
IC卡的上电和下电程序如下。
IC卡上电子程序 IC卡下电子程序
POWERON POWEROOF
BSF STATUS，RP0 BSFSTATUS，RP0
BCF TRISE，0 BCF TRISE，0
BCF RTISE，1 BCF TRISE，1
BCF STATUS，RP0 BCF STATUS，RP0
BCF PORTE，0 BSF PORTE，0
BCF PORTE，1 BSF PORTE，1
CALL DLYTIM CALL DLYTIM
RETURN RETURN
在本设计中，单片机与IC卡通信的主程序流程图如图4所示。
5 与PC机的通信
在本设计中，有PIC单片机与PC机串行通信的功能。由于本设计所用的单片机PIC16F877有USART方式，该方式可将C口的RC5和RC7设置成异步串行通信模式，因而在本设计中，与PC机的通信模块电路就比较简单。将单片机C口的RC6和RC7设置为异步串行通信模式，经过MAX232A芯片进行电平转换后，将TTL电平转换为RS232电平，再与DB9接口相连，即可实现通信。在PC机端，可以用VC等编程工具根据通信协议编写软件来控制对IC卡的读写操作。
6 结论
电源ic范文6
(1)用功耗低、价格便宜的PIC系列单片机作为控制装置的核心，控制装置的硬件电路实现了脉冲采集、数据存储、电机阀驱动控制、IC卡读写、电源检测以及声音报警和LCD液晶显示等功能。
(2)软件设计中均采用模块化设计结构，完成了燃气表的计费功能以及故障的查询和处理。
关键词：IC卡技术；燃气表；电机阀；PIC16C62B单片机
中图分类号：TU996.2文献标识码： A 文章编号：
SLE4442是由德国西门子(SIEMENS)公司设计的逻辑加密存储卡。它具有2K位的存储容量和完全独立的可编程加密代码存储器(PSC)。内部电压提升电路保证了芯片能够以单+5V电压供电，较大的存储容量能够满足通常应用领域的各种要求。
1. 1芯片特点
(1)用多存储器结构。
(2) 2线连接协议，串行接口满足ISO7816同步传送协议。
(3)芯片采用NMOS工艺技术，每字节的擦除/写入编程时间为2. 5ms。
(4)存储器具有至少104次的擦除/写入周期，数据保持时间至少10年。
1. 2 SLE 4442工作原理
内含256字节主存储器（E2PROM)和32位保护存储器(PROM)。主存按字节擦写，擦除是把某字节的8位全置为1。每次擦或写的最短时间各为2. 5ms。主存储器低32字节通过32位保护存储器中写入相应的位得到保护。保护位使主存储器相应地址的字节数据不会改变。主存储器和保护存储器在通常情况下能擦、能写、能读，是串行输入/输出2K的E2PROM 。
除了存储器外，保密逻辑控制整个存储器的擦写功能。SLE4442卡有四个字节保密存储器，其中0字节为错误计数器(EC)，1-3字节为密码（PSC)。上电后，除了PSC以外整个存储器只能读，不能擦写，只有在密码校验正确时才能擦写。若连续二次密码校验错误则卡自毁，再也不能擦写了。
上电以后，由单片机给RST端发送一个正脉冲，在RST=1期间CLK产生一个上升沿，则启动了复位和应答复位。随后连续的32个CLK依次在I/O线读出四个字节的标头数据。标头数据包含了各种出厂信息。复位和应答复位是卡操作前所必须编程时要准确计算。执行完复位和应答复位，就可以发出控制命令了。
SLE4442共有7条控制命令，每条命令由三个字节组成，B字节(为命令)先输入，再输入A字节(地址)，D字节(数据)最后输入。每字节低位(LSB)在先，高位(MSB)在后。输入数据是在CLK的上升沿进行。时钟CLK的频率也在7至50KHz之间。对IC卡的加密操作要比存储器卡复杂得多。
每条命令如下：
1.读取主存储器
2.读保护存储器
3.写主存储器
4.写保护存储器
5.读密码存储器
6.修改密码
7.密码校验
2装置的硬件电路及其实现
智能IC卡燃气表的控制系统电路由低功耗单片机、E2PROM存储电路、LCD液晶显示、电源电压检测电路、电机阀的控制及声音报警电路、IC卡读写控制电路等组成。
2. 1单片机的选取
PIC16C62B单片机具有2K*14字节程序存储器，128*8字节的数据存储器，在本系统中， PIC16C62B单片机通过RB2，RB3口对IC卡进行读写操作，以I2C总线方式利用RC0，RC1口与存储器24WC02进行数据通讯，并通过RC5，RC6口对电源电压进行检测，RB6，RB7，RC7口控制电机阀的动作，RC2，RC3，RC4口驱动液晶显示模块，RB5口检测卡短路，RB4口为卡上下电控制，RA0，RA1口作为脉冲输入端，RA5口驱动蜂鸣器报警。
2. 2电机阀驱动电路
初始状态时RB6，RB7均为低电平，即开关三极管T1, T4的基极均为低电平，此时T2，T3，T5，T6均不导通。当RB6输出高电平，RB7保持低电平时，即T1, T6的基极变为高电平时，T1, T6饱和导通，T2导通，FAMEN1输出高电平，而T3，T4，T5不导通，FAMEN2输出低电平，VFAMEN1大于VFAMEN2，阀门保持关闭状态。由于电路结构对称，要求打开阀门时只要当RB7输出高电平，RB6保持低电平的操作即可。然而驱动电路的电源是由PIC16C62B单片机的RC7口控制，当RC7输出高电平时，二极管T10导通，FMVCC为高电平，提供给阀门正常动作的电源。当RC7输出低电平时，FMVCC为低电平，阀门的驱动电路的失去供电电源，此时阀门不能动作。
2. 3存储器接口电路
在IC卡燃气表的设计过程中，瞬间掉电时对数据的存储是一个必须解决的大问题，本装置采用了一块8脚的、体积很小的串行非易失性存储器CSI24WC02 (EEPROM)作为外部数据存储，CSI24WC02是一个2K位的支持I2C总线数据传送协议的串行CMOS的E2PROM，可用电擦除，擦写次数可达100万次，可编程自定时写周期(包括自动擦除时间不超过l0ms，典型时间为5ms)的。串行E2PROM一般具有两种写入方式，一种是字节写入方式，还有另一种页写入方式。允许在一个写周期内同时对一个字节到一页的若干字节的编程写入，1页的大小取决于芯片内页寄存器的大小，CSI24WC02是具有16字节数据的页写能力。
2. 4 IC卡读写电路
本设计中采用的是西门子公司的逻辑加密IC卡SLE4442，用于存放售气管理系统的信息和用户所购的气量。是气管部门与用户连接的桥梁，为了提高IC卡操作的可靠性，装置中所设计的IC卡读写电路具备了以下几个基本功能：
(1) IC卡插入/退出的识别和控制
(2)向带触点的IC卡提供的电源
(3)实现读写电路与卡之间的数据交换，提供相应的时钟信号和控制信号
(4)制定对用户密码的鉴别的方法
IC卡与PIC16C62B的接口电路如图4-6所示。IC卡的电源是否上电是由单片机的RB4口控制，通常RB4口为高电平，当它被置为低电平时，三极管T7导通，使得IC卡上电。上电的同时当检测到RB4口为低电平时，可得知IC卡电源短路，以便进行相应处理。卡座内开关K1一端接地，K2一端接单片机的RB3口，平时RB3口为高电平。当IC卡插入卡座并到位后，RB3口被置成低电平用来识别卡的插入。与此同时，由RB0口提供卡的复位，RB1口提供卡操作的时钟。
2. 5传感器信号检测电路
2.5.1传感器
霍尔元件与光电管虽然灵敏度高又无触点，但都需要供电，这使得整个系统供电问题变得较为突出，不仅要考虑用交流市电，还要考虑后备电源。其中光电管的优点是安装时不需要改动原水表的内部结构、不影响表的机械性能、不受磁介质的干扰，只要电源问题解决得好，是一种较为理想的传感器。
2.5.2本装置的流量信号检测
关键是要将皮膜式流量传感器数码盘上纪录的旋转角度值转换成相应的电信号，送入单片机进行数据处理。
2. 6电源检测电路
系统根据PIC16C62B单片机的RC5，RC6口的电平变化对电源进行实时监测，当电源电压低于3.3V时，RC5口为低电平，进行报警，更换电池。当电源突然掉电时，RC6口为低电平，此时将内部RAM中的数据保存到CSI24WC02外部数据存储器中，然后关闭阀门。
参考文献
1王卓人，邓晋钧，宗祥.IC卡的技术与应用.电子工业出版社.1999
2王有绪，许杰，李拉成.PIC系列单片机接口技术及应用系统设计.北京航空航天大学出版社.2001
