Буклет Лабораторні роботи МСТЗІ

потрібно тільки записати байт(наприклад, послати код команди), то прийнята величина попросту ігнорується; і навпаки, якщо потрібно тільки прочитати, то для цього посилається байт з довільним значенням (dummy-байт).

Рис. 16. Обмін даними через інтерфейс SPI

Специфікація інтерфейсу SPI передбачає різні режими: передача даних може вестися як старшими розрядами вперед так і молодшими, синхронізація може відбуватися як по зростаючому фронту сигналу SCLK так і спадаючому, полярність сигналу SCLK може бути як позитивною так і негативною.

Програмування роботи з EEPROM-пам’яттю

Реєстраційні записи, які містять ідентифікаційний номер та час пред’явлення ідентифікатора, повинні зберігатися у енергонезалежній пам.’ятіТому модуль контролера управління СКД повинен містити мікросхеми енергонезалежної пам’яті (EEPROM або Flash).

З огляду на це розглянемо мікросхемуEEPROM-пам’яті 25LC256 фірми Microchip, з організацією 32768х8 біт та інтерфейсомSPI. Умовне позначення та внутрішня структура мікросхеми 25LC256 наведені на Рис. 17.

Мікросхема 25LC256 характеризується високою швидкодією(до 10 МГц), малим споживанням потужності (до 5 мA в режимах запису/читання і1 мкА в режимі очікування), 32768 x 8-бітною організацією з 64 байтовою сторінкою, високою надійністю – час збереження даних більше 200 років при 1 млн. циклів перезапису. Час запису становить до 5 мс.

Рис. 17. Корпус та структурна схема мікросхеми EEPROM-пам’яті 25LC256

Призначення виводів мікросхеми 25LC256 подано у Табл. 5.

Табл. 5

90

Операція читання. Для зчитування даних з мікросхеми потрібно спочатку встановити

лінію CS в нульовий стан. Далі потрібно передати код команди READ та 16-бітну адресу з якої почнеться читання даних. Після цього за кожним тактовим імпульсом SCK на виході SO будуть з’являтися біти починаючи зі старшого. Після кожного прочитаного байту адреса автоматично інкрементується і може бути зчитаний наступний .байтЧасова діаграма операції читання наведена на Рис. 18.

Рис. 18. Часова діаграма операції читання даних

Операція запису. Перед виконанням операції запису повинен бути встановлений прапорець дозволу запису командою WREN. Для запису даних в мікросхему потрібно спочатку

встановити лінію CS в нульовий стан. Далі потрібно передати код команди WRITE та 16-бітну адресу з якої почнеться запис даних. Після цього за кожним тактовим імпульсом SCK на вхід SI потрібно подавати біти починаючи зі старшого. Після кожного записаного байту адреса автоматично інкрементується і може бути записаний наступний байт(дозволяється одночасний запис 64 байт в межах однієї сторінки). Часова діаграма операції запису даних наведена наРис. 19.

91

Рис. 19. Часова діаграма операції запису даних

Команди WREN та WRDI встановлюють або скидають прапорець дозволу запису(Write Enable Latch) відповідно (Рис. 20). Прапорець дозволу запису повинен встановлюватися командою WREN перед кожною операцією запису в мікросхему. Цей прапорець автоматично скидається після наступних подій:

·Включення живлення (Power Up);

·Виконання команди WRDI;

·Виконання команди WRSR;

·Виконання команди WRITE.

Рис. 20. Часові діаграми виконання команд WREN та WRDI

Команди RDSR та WRSR дають змогу читати або записувати регістр статусу мікросхеми (Status Register). Регістр статусу може бути прочитаний в будь-який момент часу, навіть під час циклу запису. Формат регістра статусу представлений у Табл. 7.

Біти ВР1-ВР0 (Block Protection) дають змогу захистити від запису певну ділянку пам’яті мікросхеми. Якщо ці біти рівні 0, то захист від запису відключений і можна записувати в будьяку комірку пам’яті. Біти ВР1-ВР0 є енергонезалежними (Nonvolatile), тобто зберігають своє значення після виключення живлення.

Біт WEL вказує стан прапорця дозволу запису і доступний лише для читання. Якщо WEL=1, прапорець встановлений і запис в пам’ять дозволений, якщо WEL=0 – заборонений.

Біт WIP (Write In Process) вказує на те, що мікросхема зайнята виконанням операції запису і не готова до виконання нових команд (WIP=1 – мікросхема зайнята, WIP=0 – мікросхема вільна). Прапорець доступний лише для читання.

Часові діаграми виконання команд наведені на Рис. 21.

92

Рис. 21. Часові діаграми читання і запису регістра статусу (Status Register)

інтерфейсу SPI відсутній, тому його потрібно реалізувати програмним чином. Приклад базової функції, яка здійснює обмін одним байтом по інтерфейсуSPI для схеми представленої на Рис. 23 наведено нижче.

byte SPI_Send_Byte(byte data)

{

byte ii, temp, result = 0, mask = 0x80;

return result;

};

2. Хід виконання роботи

Для лабораторної роботи розглянемо найпростішу СКД, яка складається з модуля управління (1), зчитувача iButton розташованого на вході в приміщення(2), кнопки виходу розташованої всередині приміщення (3) та електронного замка (4) – Рис. 22.

Рис. 22. Однопрохідна СКД

До складу модуля управління входять МКAT90S2313, мікросхема годинника реального часу DS1307 та мікросхема EEPROM-пам’яті 25LC256.

93

МК постійно опитує зчитувач на вході в приміщення на наявність мікросхемиDS1990A. Якщо мікросхема виявлена, то МК зчитує їїID-код та порівнює зID-кодами зареєстрованих користувачів, які зберігаються вEEPROM-пам’яті мікросхеми 25LC256. Якщо зчитаний ідентифікаційний номер співпадає з якимось із зареєстрованих користувачів, то МК формує на певний час tвідкр сигнал високого рівня на одному з своїх виводів, яким відкриває електронний замок та сигналізує про це включенням світлодіода. Також він робить запис в EEPROM-пам’яті 25LC256, в якому вказує код ідентифікатора, час і дату події(береться з DS1307). У протилежному випадку ідентифікатор ігнорується.

Якщо натиснута кнопка виходу, то МК формує сигнал відкриття замку на часtвідкр та робить відповідний запис у EEPROM-пам’ятті з вказанням часу та дати події.

Максимальна кількість записів в системі– NEVENT. Якщо кількість подій перевищує NEVENT, то лічильник подій скидається і запис починає вестися заново.

На початку програми МК повинен ініціалізувати ГРЧ заданими датою і часом.

Напишіть та скомпілюйте програму в середовищіCodeVisionAVR відповідно до завдання. Запустіть програму Proteus та відкрийте файл LR_5.dsn (Рис. 23).

Рис. 23. Схема симуляції роботи модуля управління СКД в Proteus

На схемі розташовані: МК AT90S2313 (DD1), годинник реального часу DS1307 (DD2) з кварцовим резонатором Х1 та резервним джерелом живленняBAT1, енергонезалежна пам’ять 25LC256 (DD3), лінія зчитування iButton, кнопка виходу KEY OUT, світлодіод відкриття дверей D1 та лінія управління електронним замком Switch. Також на схемі присутні монітори I2C Debugger та SPI Debugger і плотер. Монітори I2C Debugger та SPI Debugger значно спрощують спостереження за даними, які передаються по відповідним інтерфейсам, розшифровуючи пакети і представляючи інформацію в термінах цих інтерфейсів(Рис. 24).

Рис. 24. Вигляд моніторів інтерфейсів SPI та I2C в процесі відладки

До лінії даних iButton з допомогою перемикачів підключено дві мікросхемиDS1990A.

94

Для однієї з них потрібно вказати ідентифікаційний код зареєстрованого користувача, а іншої – незареєстрованого. Замикаючи і розмикаючи перемикачі можна перевіряти реакцію системи на

Перед кожним запуском симуляції схеми потрібно вибрати пункт менюDebug/Reset Persistent Model Data, для очищення вмісту EEPROM.

Перед початком симуляції виберіть пункт менюDebug/Confgure Diagnostics…У вікні,

а) б)

Рис. 25. Налаштування виводу інформації у процесі відладки (а) та вікно виводу діагностичних повідомлень (б)

Підключіть .hex файл до МК на схемі, як описано в лабораторній роботі № 1.

Запустіть симуляцію схеми і перевірте правильність функціонування модуля управління СКД у всіх режимах роботи: очікування, пред’явлення зареєстрованого ключа, пред’явлення незареєстрованого ключа, натискання кнопки виходу. При необхідності внесіть зміни у програму та повторіть симуляцію.

3.ЗАВДАННЯ

3.1Домашня підготовка до роботи

1.Вивчити теоретичний матеріал.

2.Вивчити основні властивості інтерфейсів 1-Wire, I2C, SPI та правила обміну даними по них, принципи роботи з мікросхемамиDS1990A, DS1307, 25LC256, принципи побудови та функціонування СКД необхідні для виконання лабораторної роботи.

3.Підготовити програму функціонування модуля управління СКД згідно індивідуального завдання в Табл. 8. Алгоритм функціонування модуля управління СКД аналогічний описаному в пункті 2.

95

3.2Виконати в лабораторії

1.Створити проект в CodeVisionAVR, ввести свою програму, провести її компіляцію.

2.Відкрити файл LR_5.dsn в програмі Proteus, внести зміни у схему відповідно до свого індивідуального завдання, підключити до МК отриманий в CodeVisionAVR hex-файл.

3.Запустити режим симуляції схеми та перевірити правильність функціонування модуля управління СКД у всіх режимах роботи: очікування, пред’явлення зареєстрованого ключа, пред’явлення незареєстрованого ключа, натискання кнопки виходу.

4.ЗМІСТ ЗВІТУ

1.Мета роботи.

2.Повний текст завдання.

3.Схема симуляції в Proteus.

5.Результати симуляції схеми (вміст вікна Simulation Log).

6.Часові діаграми передачі інформації по інтерфейсах 1-Wire, I2C, SPI.

7.Висновок.

5.КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.З яких блоків складається СКД. Яке призначення цих блоків ?

2.Які Ви знаєте типиiButton ? Опишіть їх характеристики та можливості використання для захисту інформації ?

3.Як здійснюється обмін даними через інтерфейс 1-Wire ?

4.Принцип функціонування інтерфейсу І2С.

2

5. Опишіть послідовність читання даних по інтерфейсуС Іна прикладі мікросхеми

DS1307.

6.Опишіть послідовність запису даних по інтерфейсу І2С на прикладі мікросхеми DS1307.

7.Дайте загальну характеристику інтерфейсу SPI.

8.Як здійснюється обмін даними через інтерфейс SPI ?

9.Правила роботи з мікросхемою EEPROM-пам’яті 25LC256.

6.СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.Евстифеев А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Classic фирмы «ATMEL». – М. Издательский дом “Додэка-ХХI”, 2002. – 288 с.

2.Лебедев М. Б. CodeVisionAVR: пособие для начинающих. – М.: Додэка-ХХI, 2008. – 592 с.

3.Баранов В. Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы. – М.: Издательский дом “Додэка-ХХI”, 2004. – 288 с.

4.Голубцов М. С., Кириченкова А. В. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному.

–М.: СОЛОН-Пресс, 2006. – 304 с.

5.Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью микроконтроллеров.: Пер. с нем. – К.: МК-Пресс, 2006. – 208 с.

6.Белов А. В. Конструирование устройств на микроконтроллерах. – СПб.: Наука и Техника, 2005. – 256 с.

96

97

Можливі ID коди ключів

0х01 0х2A 0xC5 0xE8 0x00 0x00 0x00 0xE1 0х01 0х90 0x2C 0x3D 0x00 0x00 0x00 0x80 0х01 0х67 0xCD 0x45 0x00 0x00 0x00 0xD4 0х01 0х2B 0xF0 0x12 0x00 0x00 0x00 0xEA 0х01 0х81 0xB6 0xC4 0x00 0x00 0x00 0x04 0х01 0х25 0xAE 0x60 0x00 0x00 0x00 0x61

98

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

Побудова модуля управління системи контролю доступу на AVR-мікроконтролерах.

Робота з інтерфейсами 1-Wire, I2C, SPI

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторної роботи № 5 з курсу «Мікропроцесори в системах технічного захисту інформації»

для студентів напряму 6.170102 «Системи технічного захисту інформації»

Укладачі: Cовин Ярослав Романович, доц., к.т.н. Стахів Марта Юріївна, асист.

Комп’ютерне складання: Cовин Ярослав Романович, доц., к.т.н.

99