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文檔簡介
1、<p><b> 摘 要</b></p><p> IC卡是一個正蓬勃發(fā)展的邊緣產(chǎn)業(yè),一個與我們的生活正越來越密切的產(chǎn)業(yè)。在普及因特網(wǎng)和計算機的大潮涌來時,IC卡扮演著越來越重要的角色。</p><p> IC卡讀寫設(shè)備大致可分為兩大類:一類為專用讀寫設(shè)備或稱脫機讀寫器。其特點是:充分利用IC卡存儲量大,可以獨立存儲和工作, 不需要和主機相連就可完成
2、數(shù)據(jù)讀寫的優(yōu)點,可與應(yīng)用設(shè)備結(jié)合或單獨工作。例如:IC卡電表,水表,ATM機, 商場收款機。另一類為通用讀寫設(shè)備,或稱聯(lián)機讀寫器,是帶有單片機和存儲器的設(shè)備,通過并行或串行口與PC機或應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接。 在運行不同軟件時可以讀寫不同種類的IC卡,組成不同的應(yīng)用系統(tǒng)。如果配備開發(fā)系統(tǒng)軟件,可對IC卡做初始規(guī)劃,數(shù)據(jù)加密和初始寫入,從而構(gòu)成IC卡應(yīng)用開發(fā)制作環(huán)境。在本設(shè)計中, 我們討論通用開發(fā)系統(tǒng)——基于ATM89C51單片機的IC卡讀/
3、寫器的設(shè)計。</p><p> 通過89C51單片機來實現(xiàn)IC卡的讀和寫,在系統(tǒng)中設(shè)計一個復(fù)位電路,接在89C51的復(fù)位管腳上。復(fù)位電路是微機應(yīng)用中重要的一環(huán),一個好的復(fù)位電路對微機抗干擾有重要作用。另外還在單片機上接了一個時鐘電路,用來設(shè)置單片機內(nèi)部震蕩的時間。</p><p> RS232串行接口在本設(shè)計中用于單片機與PC機之間的連接, IC卡座用于插卡,實現(xiàn)IC卡與讀寫器的連接。
4、本設(shè)計中所涉及的主要是接觸式邏輯加密卡SLE4442卡。</p><p> 另外一些外圍電路的設(shè)計使整個IC卡讀寫器顯得完美。</p><p><b> 目 錄</b></p><p> 前言 …………………………………………………………….. 3</p><p> 概述 ................
5、...................................................... 5 </p><p> 一 IC卡技術(shù) …………………………………………………… 5</p><p> 二 IC卡應(yīng)用 …………………………………………………… 8</p><p> 系統(tǒng)原理框圖 .................
6、.......................... 10</p><p> 一 系統(tǒng)原理框圖的繪制 ……………………………………… 10</p><p> 二 原理圖 ……………………………………………………… 13</p><p> 硬件部分 ........................... 14</p><p
7、> 一 AT89C51單片機簡介 ……………………………………….. 14</p><p> 二 RS232串行接口 …………………………………………… 16</p><p> 三 SLE4442簡介 ……………………………………………… 18</p><p> 四 IC卡座 ……………………………………………………
8、18</p><p> 五 外圍電路 …………………………………………………… 20</p><p> 軟件部分 ……………………………………. 25</p><p> 一 工作過程、流程圖 …………………………………………… 25</p><p> 二 用C51實現(xiàn)的讀/寫主程序 .................
9、...................................... 27 </p><p> 三 上位PC機通信接口軟件 ……………………………………. 34</p><p> 總結(jié) …………………………………………….. 36</p><p> 一 總結(jié) …………………………………………………………… 36</p><
10、;p> 二 致謝 …………………………………………………………… 37</p><p> 三 參考文獻 ……………………………………………………… 38</p><p><b> 前 言</b></p><p> IC卡是一個正蓬勃發(fā)展的邊緣產(chǎn)業(yè),一個與我們的生活正越來越密切的產(chǎn)業(yè)。在普及因特網(wǎng)和計算機的大潮涌來時,
11、IC卡扮演著越來越重要的角色。</p><p> IC卡讀寫設(shè)備大致可分為兩大類:一類為專用讀寫設(shè)備或稱脫機讀寫器。其特點是:充分利用IC卡存儲量大,可以獨立存儲和工作, 不需要和主機相連就可完成數(shù)據(jù)讀寫的優(yōu)點,可與應(yīng)用設(shè)備結(jié)合或單獨工作。例如:IC卡電表,水表,ATM機, 商場收款機。另一類為通用讀寫設(shè)備,或稱聯(lián)機讀寫器,是帶有單片機和存儲器的設(shè)備,通過并行或串行口與PC機或應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接。 在運行不同軟
12、件時可以讀寫不同種類的IC卡,組成不同的應(yīng)用系統(tǒng)。如果配備開發(fā)系統(tǒng)軟件,可對IC卡做初始規(guī)劃,數(shù)據(jù)加密和初始寫入,從而構(gòu)成IC卡應(yīng)用開發(fā)制作環(huán)境。在本設(shè)計中, 我們討論通用開發(fā)系統(tǒng)——基于ATM89c51單片機的IC卡讀/寫器的設(shè)計。 IC卡讀/寫設(shè)備由IC卡卡座,單片機,數(shù)據(jù)存儲器RAM,程序存儲器EEPROM,接口電路和外圍設(shè)備等組成。 IC卡讀/寫器各部分結(jié)構(gòu)與功能簡單介紹如下:1.IC卡卡座 IC卡卡
13、座是連接IC卡與讀寫器的。其功能包括對IC卡供電,提供讀寫信號和傳送數(shù)據(jù)。要求提供方便的插拔方式和可靠的接觸,并帶有帶電插拔,過流保護,插卡檢測等能力。IC卡和插座的結(jié)構(gòu)尺寸必須符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織</p><p> 3.接口電路和外圍設(shè)備 通用讀寫器一般與PC機或網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機工作, 常用標(biāo)準(zhǔn)并行或串行口與上位機連接和通訊。常用的是帶有25芯或者9芯插口的RS232-
14、C 型串行接口, 可直接接到PC 機的COM1或COM2上。此時,可利用主機的顯示器作監(jiān)視器,主機鍵盤作控制和輸入,利用主機打印機輸出。此時主機與讀寫器組成了IC卡應(yīng)用與開發(fā)系統(tǒng),操作與一般微機相仿,但用戶界面將隨所配軟件而有很大不同。</p><p><b> 4.IC卡系統(tǒng)軟件</b></p><p> 本設(shè)計的系統(tǒng)軟件是通過C51編寫的。</p>
15、<p><b> 第一章 概述</b></p><p><b> 一、IC卡技術(shù)</b></p><p><b> IC卡概述</b></p><p> 1. 什么是IC 卡</p><p> IC卡是英文集成電路卡(integrted circnit
16、 card )的縮寫,其大小和名片相當(dāng),但比名片稍厚些。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO為它制定了國際標(biāo)準(zhǔn),對卡的長度、寬度及厚度都做了比較明確的規(guī)定。制作時,將一個專用的集成電路芯片鑲嵌于基片中,封裝成形,即為IC卡。IC卡的概念是20世紀(jì)70年代初提出來的,法國人RoLa MdMore Mo與1970年首先將IC卡芯片放于卡片中。</p><p> 2. IC卡的分類</p><p> ?。?
17、)根據(jù)卡中所鑲嵌的集成電路的不同分類</p><p> 存儲卡:卡中的集成電路為EEPROM。</p><p> 邏輯加密卡:卡中集成電路為帶加密邏輯和EEPROM。</p><p> CPU卡:卡中的集成電路包括中央處理器CPU、EPROM、隨機存儲器RAM以及固化在只讀存儲器ROM中的片內(nèi)操作系統(tǒng)。</p><p> 嚴(yán)格的講只有
18、CPU才是真正的只能卡。</p><p> ?。?)根據(jù)卡與外界數(shù)據(jù)傳送的形式分類</p><p> IC卡可分為接觸型與非接觸型。非接觸型IC卡又稱射頻卡。當(dāng)前使用廣泛的是接觸型IC卡。在這種卡上,起IC芯片有8個觸點可與外界接觸;射頻卡的集成電路不向外引出觸點,因此,它除了包含前述三種IC卡的電路外,還帶有射頻收/發(fā)電路及其相關(guān)電路。</p><p> ?。?
19、)根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域分類</p><p> IC卡分為金融卡和非金融卡。金融卡又分 為信用卡和現(xiàn)金卡。信用卡由銀行發(fā)行并管理,持卡人用它作為消費時的支付工具,可使用預(yù)先設(shè)的的透支限額資金。現(xiàn)金卡可用作電子存折和電子錢包,不允許透支</p><p><b> . </b></p><p><b> 3. IC卡技術(shù)</b>
20、</p><p> ?。?)IC卡讀/寫技術(shù)</p><p> IC卡是一種集成電路卡,它的讀寫設(shè)備是每個IC卡應(yīng)用系統(tǒng)不可缺的周邊設(shè)備。該設(shè)備通過IC卡的8個觸點向IC卡提供電源與IC卡相互交換信息。雖然IC卡是從磁卡發(fā)展而來的,但他在機器讀/寫性能上卻遠優(yōu)與磁卡,無需往復(fù)的機械動作即可完成人-機-卡之間的多次會話過程,使卡在應(yīng)用時操作簡單,給人們帶來極大的便利。</p>
21、<p> ?。?)IC卡的安全技術(shù)</p><p> 信息安全的目的就是保證數(shù)據(jù)在確定的時間內(nèi),在確定的地點,在確定的條件下,只能被卻定的對象使用。而IC 卡正是為了解決數(shù)據(jù)是安全問題而設(shè)計的,它采用的是半導(dǎo)體密碼存放與軟件加密技術(shù),能夠有效地阻止卡的非法復(fù)制與數(shù)據(jù)篡改,應(yīng)用設(shè)備設(shè)備在脫離網(wǎng)絡(luò)的情況下,可以對IC卡進行鑒別。</p><p> IC卡的信息安全一般具有以下特
22、征:</p><p> 保密性:既防止未經(jīng)授權(quán)的使用者獲取信息;</p><p> 完整性:防止未經(jīng)授權(quán)的信息改變(更改、刪除、增加);</p><p> 可獲取性:防止未經(jīng)授權(quán)的截取信息;</p><p> 真實型:即通過一系列的技術(shù)措施驗證信息的真實性;</p><p> 持久性:即長久時間信息保存的可靠
23、性。</p><p><b> ?。?)數(shù)據(jù)存儲技術(shù)</b></p><p> 在一個應(yīng)用系統(tǒng)的使用中,系統(tǒng)必須對所有持卡人建立一份身份與使用的檔案。在磁卡系統(tǒng)中,這組檔案存放在中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi),沒次持卡人使用必須通過終端,以網(wǎng)絡(luò)形式從</p><p> 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中提出那分與自己有關(guān)的檔案,IC 卡的數(shù)據(jù)存儲能路比磁卡要強得多,卡把持卡人
24、有關(guān)的大量信息存放在卡中,因而使得IC卡使用的靈活性大大增強,交易的實時性也明顯改善。目前,IC卡的存儲容量可達近1MB。</p><p> 4. IC卡的技術(shù)特點</p><p> 芯片的制造技術(shù)與工藝</p><p> 目前,IC卡用芯片撲片采用較為先進的CMOS,BICMOS等集成電路制造工藝,具有較好的點性能及抗干擾能力,一采用CMOS工藝制造的IC
25、 卡芯片為例,起主要技術(shù)指標(biāo)為;</p><p> 寫入/刪除次數(shù)最少可大100000次。</p><p> 數(shù)據(jù)保存時間最少為10年。</p><p><b> 工作電壓為5V。</b></p><p> 抗靜電4000V左右。</p><p><b> 噪音容限也較高。&l
26、t;/b></p><p> IC 卡座的技術(shù)要求</p><p> IC卡卡座哈IC 卡應(yīng)有良好的接觸點,應(yīng)有盡量小的摩擦。</p><p> 具有生產(chǎn)制造時的質(zhì)量穩(wěn)定性。</p><p> 具有對應(yīng)用環(huán)境(溫度、濕度、震動及電磁干擾等)的適應(yīng)性。</p><p> 其中正確的工作順序較為重要。按有關(guān)
27、ISO/IEC7816標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在IC卡的觸點和讀/寫設(shè)備的觸點之前,讀/寫設(shè)備不應(yīng)對磁卡施加有關(guān)點信號,以免造成不可預(yù)料的損壞。IC卡讀/寫設(shè)備作為系統(tǒng)和用戶交互的接口,必將棉隊各種各樣復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境,如在金融系統(tǒng)應(yīng)用中的ATM(自動柜員機),有可能放置在露天公共場合,處于高/低溫、潮濕、電磁干擾等環(huán)境;在電車</p><p> 、汽車自動售票系統(tǒng)應(yīng)用中,處于振動、電磁干擾等環(huán)境。因此,在設(shè)計階段就應(yīng)注意;I
28、C卡讀/寫設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性問題。</p><p> 二. IC卡的應(yīng)用</p><p> IC卡的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。它除了涵蓋傳統(tǒng)磁卡的全部功能外,還拓展到許多磁卡所不能勝任的領(lǐng)域。這在很大程度上歸功與IC卡的大容量數(shù)據(jù)存儲能力和強有力的安全特性。</p><p> 目前,IC 卡除在金融系統(tǒng)外,在非金融系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用。如在通信領(lǐng)域中的公用電話卡,移動
29、電話中的SIM卡;在交通領(lǐng)域中的駕駛員執(zhí)照卡、停車收費卡、公交交通設(shè)施是自動收費卡及公共交通工具的自動收費卡等;另外在醫(yī)療保健、個人身份識別、預(yù)收費儀表、校園及消費娛樂領(lǐng)域中也得到了具體的應(yīng)用。</p><p><b> 通信領(lǐng)域</b></p><p> 數(shù)字移動電話中的用戶識別模式智能卡(SIM卡)及公用電話用IC卡。</p><p>
30、 醫(yī)療衛(wèi)生和計劃生育管理</p><p> 衛(wèi)生部計劃發(fā)行醫(yī)療IC卡;國家計劃生育委員會準(zhǔn)備發(fā)行育齡婦女計劃生育IC卡</p><p><b> 企業(yè)保險 領(lǐng)域</b></p><p> 用于醫(yī)療保險、失業(yè)保險、養(yǎng)老保險及兒童免疫接種等,目前海南、褡褳等地已發(fā)行IC保險卡。</p><p><b>
31、(4)交通領(lǐng)域</b></p><p> 用于汽車駕駛員管理、公交路費及公交或地鐵自動售票,目前公安部已完成“機動車輛駕駛員違章處理IC卡”的標(biāo)準(zhǔn)起草工作,并已通過專家審定。</p><p> ?。?) 對企、事業(yè)單位和社會團體的管理</p><p> 國家工商局準(zhǔn)備發(fā)行工商企業(yè)監(jiān)管IC卡,并在部分省市試點。</p><p>
32、 企、事業(yè)單位內(nèi)部管理</p><p> 目前已包括單位職工內(nèi)部管理、場區(qū)內(nèi)部通行控制、校園師生管理、飯店IC卡門鎖及飯店內(nèi)部消費等。這類IC卡以集團、單位內(nèi)部發(fā)行為主。</p><p><b> 公共事業(yè)</b></p><p> 目前IC卡水表、電氣及煤氣表已在許多城市使用,今后會進一步推廣。</p><p>
33、; 稅務(wù)(包括國稅和地稅)</p><p> 許多省市已開始使用IC卡進行稅金的征收和稽查。</p><p><b> 加油</b></p><p> 中國石化總公司和地方石油公司都已有組織地建立IC加油卡收費系統(tǒng)。</p><p> 隨著時間的推移,IC卡的應(yīng)用范圍將會越來越廣泛。它給人們的工作和生活帶來很大
34、的方便,相信在不遠的將來,IC卡會真正走進我們的工作和生活。</p><p><b> 第二章 原理圖</b></p><p> 一.系統(tǒng)原理框圖的繪制</p><p> 1.Protel99軟件的概述</p><p> ?。?)隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,新型電子器件和集成電路的永遠日趨廣泛,電子電路也變得越來越復(fù)雜
35、,這給電路的設(shè)計工作帶來了更大的難度。因此通過計算機進行電子電路的互助設(shè)計成為設(shè)計電路板的一個基本手段。Protel99包含眾多的服務(wù)器,總提上可以分為5種組件,分別為:原理圖設(shè)計組件、PCB設(shè)計組件、布線組件、可邊成邏輯器件組件和仿真組件。由于其性能優(yōu)越,Protel99已成為電路設(shè)計不可缺少的理想工具。</p><p> (2)下面簡單介紹電路原理圖的設(shè)計步驟。</p><p>
36、總體來說,設(shè)計一個電路原理圖,首先要設(shè)置圖紙的大小和外形,對電路圖進行總體規(guī)劃,然后在圖紙上放置元件,(其中,庫里面沒有我們所需的元件需要我們自己畫)進行布局布線,接著對這個版面進行編輯和調(diào)整,最后保存或打印,具體的電路原理圖的設(shè)計流程如圖1所示: </p><p><b> 圖1</b></p><p> 設(shè)計PCB板首先要啟動Protel99-PCB
37、編輯器。啟動該編輯器的操作步驟如下: </p><p> 新建或打開一個設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件(*.ddb)。</p><p> 進入設(shè)計文件夾Documents。</p><p> 選擇F ile/New命令,打開對話框。</p><p> 雙擊該對話框中的即可創(chuàng)建一個新的元件庫文件,默認的文件名為PCB1。在工作窗口中該文件的圖標(biāo)上單擊
38、或在設(shè)計瀏覽器中該文件名上雙擊,即可進入PCB板編輯器。</p><p> 然后即可在PCB編輯板上畫出所需的電路原理圖,如下頁所示:</p><p><b> 二 原理圖:</b></p><p> 第三章 硬件部分介紹</p><p> 一 AT89C51單片機簡介 </p>
39、<p> AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機。AT89c51是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸
40、出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,AT89C51是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。</p><p> 1.主要特性:·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命:1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間:10年·全靜態(tài)工作:0Hz-2
41、4Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 </p><p> 2.管腳說明: VCC:供電電壓。 &
42、#160;GND:接地。 P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0 口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。 P1口:P1口是一個內(nèi)部提
43、供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。 P2口:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當(dāng)P2口被寫“1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并
44、因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時,它利用內(nèi)部上</p><p> 3.振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源
45、驅(qū)動器件,XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p> 4.芯片擦除: 整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合,并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中,代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前,該
46、操作必須被執(zhí)行。此外,AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下,CPU停止工作。但RAM,定時器,計數(shù)器,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下,保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個硬件復(fù)位為止。 </p><p> 二 RS232串行接口</p><p> EIA-RS-232C是由美國電子工
47、業(yè)協(xié)會EIA制訂的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C采用負邏輯,-5~ -15V為邏輯1,+5~+15V為邏輯0。而TTL電</p><p> 平的“1”和“0”的特征電壓分別為2.4V和0.4V,用RS-232C總線進行</p><p> 串行通信需外接電路實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。在發(fā)送端需用驅(qū)動電路將TTL電平轉(zhuǎn)換</p><p> 成RS-232C電平,在接收端
48、用接收電路將RS-232C電路轉(zhuǎn)換為TTL電平。本</p><p> 設(shè)計是用的TI公司的RS-232C收發(fā)器MAX232,可用單一+5V電源供電實現(xiàn)</p><p> 電平轉(zhuǎn)換。RS-232C在設(shè)計中主要永遠用于PC機與IC卡讀/寫器之間的通信,框圖如下</p><p> RS-232C芯片的引腳結(jié)構(gòu)如圖5所示:</p><p>&l
49、t;b> 圖5</b></p><p> 圖5中的C1、C2、C3、C4及V+、V—是電源變換電路部分。</p><p> 在實際應(yīng)用中,器件對電源噪音很敏感。因此,VCC必須要對地加去耦電容,其值為0.1μF 。電容C1、C2、C3及C4取同樣的數(shù)值的鉭電解電容,用以提高抗干擾能力,在連接時必須盡量靠近器件。</p><p> MAX23
50、2的13、14管腳為串行異步通信發(fā)送及接受引腳。</p><p> 三 SLE4442卡簡介 SLE4442卡內(nèi)部有一個256 8bit EEPROM,不可逆的4個寫保護字節(jié),具備密碼保護功能,可以隨時讀取主存儲器內(nèi)容;在校驗成功后,可讀保護存儲器、讀寫安全存儲器和寫主存儲器。 SLE
51、4442有一個密碼邏輯,用以控制對存儲器的讀寫。為此,SLE4442包含一個4字節(jié)加密存儲區(qū),該存儲區(qū)有一個錯誤計數(shù)器EC(0-2位)和三個字節(jié)的參考數(shù)據(jù),這三個字節(jié)作為一個整體,稱為可編程密碼(PSV)。整個數(shù)據(jù)區(qū)除了參考數(shù)據(jù),其它的數(shù)據(jù)都能被讀取,在校驗數(shù)據(jù)與內(nèi)部參考數(shù)據(jù)比較正確后才能進行讀寫操作,連續(xù)三次比較錯誤后,錯位計數(shù)器將阻止任何比較嘗試,從而也消除了任何擦寫操作。</p><p><b>
52、 四 IC卡座</b></p><p> IC卡座引腳如圖6所示,其中引腳SW1、SW2為微動開關(guān)在無IC卡狀態(tài)時,處與斷開狀態(tài);有卡插入時,IC卡卡座上的微動開關(guān)閉合。因此,此開關(guān)往往是用來判斷是否插IC卡的傳感器件。</p><p> 其引腳VCC:工作電壓;</p><p> SCL(CLK):串行時鐘;</p><p
53、><b> GND:接地;</b></p><p> SDA(I/O):串行數(shù)據(jù)(輸入/輸出);</p><p> SW1、SW2:微動開關(guān)</p><p> 本設(shè)計中與邏輯有關(guān)的引出端先只有2條:SCL和SDA。所有的地址、數(shù)據(jù)及讀/寫控制命令等信號均從SDA端輸入/輸出。為了區(qū)分線上的數(shù)據(jù)、地址、操作命令以及各種狀態(tài)的“開始”
54、與“結(jié)束”,卡片內(nèi)設(shè)計就多個邏輯控制單元。其中,啟動與停止邏輯單元產(chǎn)生控制讀/寫操作的“開始”與“停止”標(biāo)志信號。</p><p> “開始”狀態(tài):當(dāng)SCL處于高電平時,SDA從高電平轉(zhuǎn)向低電平,即產(chǎn)生“開始”標(biāo)志信號。</p><p> “停止”狀態(tài):當(dāng)SCL處于高電平時,SDA從低電平轉(zhuǎn)向高電平,即產(chǎn)生一個“停止”標(biāo)志信號,如圖6所示:</p><p>
55、圖6 讀/寫的啟動與停止時序</p><p> SDA和SCL通常各自通過一個電阻拉到高電平,當(dāng)SCL為高電平時,對應(yīng)的SDA上的數(shù)據(jù)有宵;而當(dāng)SCL為低電平時,允許SDA上的數(shù)據(jù)變化。</p><p> 數(shù)據(jù)輸入/輸出應(yīng)答邏輯單元產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸入/輸出操作應(yīng)答信號。操作時所有的地址和數(shù)據(jù)字均一8位碼串行輸入/輸出于卡片??ㄆ瑳]收到一個8位碼長的地址或數(shù)據(jù)后都以置SDA線為低電平方式“確
56、認”應(yīng)答信號,其波形如圖7所示</p><p><b> 圖7</b></p><p><b> 五 外圍電路</b></p><p><b> ?。?)狀態(tài)燈</b></p><p> IC卡的上電一般是可知的,即對IC卡讀/寫時,須給IC卡上電(送電源),因此,IC
57、卡的上電控制比較簡單。由于IC卡讀/寫電流很小,一般為幾個A,因此其實現(xiàn)可按照圖8所示。由單片機89C51的P14信號通過小功率三極管9012控制系統(tǒng)的+5V電源切入IC卡座。當(dāng)IC卡上電后,發(fā)光二極管L2被點亮,起讀/寫指示作用。每次對IC卡讀/寫完成后。即及時先電,以減少插拔時帶電的可能性,要保證IC卡能任意插拔(有可能處于帶電狀態(tài)),不致IC卡損壞,必須使IC卡拔電過程處于斷電的狀態(tài)。要做到這點,必須保證IC卡的下電迅速及時<
58、;/p><p><b> 圖8</b></p><p><b> ?。?)蜂鳴器</b></p><p> 一般所指的蜂鳴器是以壓電陶瓷為主要元件的。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉(zhuǎn)換能力的特殊陶瓷。這種能力緣于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)壓電陶瓷在一定方向上受到一個壓力使其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時,它就會在內(nèi)部產(chǎn)生一個電流,并且電流
59、的變化與壓力的變化密切相關(guān)。反之亦然。所以利用這一特性,在壓電陶瓷上通過一定頻率的電流,就會引起壓電陶瓷微小形變,這一形變帶動空氣發(fā)生振動,如果頻率適當(dāng),就可以被人耳所聽見,也就是產(chǎn)生了蜂鳴聲。</p><p> 本設(shè)計當(dāng)中蜂鳴起的做用是IC卡與單片機是否連接。</p><p> 將IC卡插進卡座時,IC卡座與單片機之間的連接無誤是蜂鳴器會響。在取出IC卡,即IC卡與單片機斷開連接,蜂
60、鳴器也要響。具體連接圖如圖9所示:</p><p><b> 圖9</b></p><p><b> ?。?) 電源電路</b></p><p> U1=220V,U2=8V,Uc1=1.2U2=9.6V,Uo=5V</p><p> 功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個
61、部分組成,如圖10所示</p><p> + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 +</p><p> u1 u2 u3 uI U0</p
62、><p> _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _</p><p> u1 u2 u3 uI U0 </p><p> 0
63、 t 0 t 0 t 0 t 0 t </p><p> 圖10穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程</p><p> ?。ǎ保娫醋儔浩?</p><p> 電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所
64、需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為:</p><p> 其中:是變壓器副邊的功率,是變壓器原邊的功率。</p><p> ?。ǎ玻骱蜑V波電路</p><p> 在穩(wěn)壓電源中一般用四個二極管組成橋式整流電路,整流電路的作用是將交流電壓u2變換成脈動的直流電壓u3。濾波電路一般由電容組成,其作用是把脈動直流電壓u3中的大部分紋波加以濾除,以得到較平滑的直流
65、電壓UI。UI與交流電壓u2的有效值U2的關(guān)系為:</p><p> 在整流電路中,每只二極管所承受的最大反向電壓為: </p><p> 流過每只二極管的平均電流為:</p><p> 其中:R為整流濾波電路的負載電阻,它為電容C提供放電通路,放電時間常數(shù)RC應(yīng)滿足:</p><p> 其中:T = 20ms是50Hz交流電壓的周期
66、。</p><p><b> ?。ǎ常┓€(wěn)壓電路</b></p><p> 由于輸入電壓u1發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化時,濾波電路輸出的直流電壓UI會隨著變化。因此,為了維持輸出電壓UI穩(wěn)定不變,還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素(電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度)發(fā)生變化時,能使輸出直流電壓不受影響,而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所
67、組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。</p><p> 集成穩(wěn)壓器的類型很多,在小功率穩(wěn)壓電源中,普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式,此外又可分為正電壓輸出或負電壓輸出兩種類型。</p><p><b> 固定電壓輸出穩(wěn)壓器</b></p><p> 常見的有CW78(LM78)系列三端
68、固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器;CW79(LM79)系列三端固定式負電壓輸出集成穩(wěn)壓器。三端是指穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和接地三個接地端子。型號中最后兩位數(shù)字表示輸出電壓的穩(wěn)定值,有5V、6V、9V、15V、18V和24V。穩(wěn)壓器使用時,要求輸入電壓UI與輸出電壓Uo的電壓差UI - Uo ≥2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流Io = 8mA。當(dāng)Uo = 5 ~ 18V時,UI的最大值UImax= 35V;當(dāng)Uo=18 ~ 24V時,UI的最大值UIma
69、x = 40V。</p><p> 第四章 軟件部分 </p><p><b> 一.工作過程</b></p><p> 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計及其分析</p><p><b> 讀/寫器軟件結(jié)構(gòu)</b></p><p> 讀/寫器的讀/寫操作由上位PC機進行控制,通過
70、串行通信的命令字節(jié)來實現(xiàn)。集體規(guī)定我誒:如握手信號為0AAH,則讀卡;如握手信號為0BBH,則寫卡。讀/寫器的主程序框圖如圖11所示。其中,在讀/寫卡開始時,設(shè)置讀寫卡標(biāo)志;在通信開始時,設(shè)置通信標(biāo)志。避免數(shù)據(jù)不全或錯誤數(shù)據(jù)讀入或?qū)懭搿A硗?,所以的IC卡數(shù)據(jù)是先存放在IC卡的讀緩沖區(qū)和寫緩沖區(qū)的?!坝锌ú迦敕瘛笔怯眠^判斷P33引腳的高低電平來實現(xiàn)的。為了保證讀卡的可靠性,必須進行軟件“去抖”處理。一旦有卡插入,則設(shè)置讀/寫卡標(biāo)志(有卡)
71、;在通信時,設(shè)置正在通信標(biāo)志。目的是我為了避免帶電插卡。本系統(tǒng)中關(guān)鍵的軟復(fù)位是通過在外中斷INT0服務(wù)函數(shù)中設(shè)置軟復(fù)位標(biāo)志、在主函數(shù)中強制跳轉(zhuǎn)到函數(shù)首實現(xiàn)的。</p><p> 圖11 主程序流程圖</p><p> 拔卡處理是通過設(shè)置成高優(yōu)先級的下降沿觸發(fā)的INT0中斷來實現(xiàn)的。其程序如圖12所示:</p><p> 圖12 拔卡處理中斷子程序</
72、p><p> 串行通信才用3線制軟握手方式</p><p><b> ?。?)軟件系統(tǒng)分析</b></p><p> 為保證IC卡讀/寫過程準(zhǔn)確可靠,除要保證讀/寫函數(shù)嚴(yán)格按照IC卡的讀/寫時序外,還須采用“重讀”和“復(fù)讀”措施。即讀IC卡是,采用讀2次的方式,如2次相符,則數(shù)據(jù)有效,否則再進行第3次讀,寫IC卡時,先將數(shù)據(jù)寫入,再回讀比較,否
73、則重寫一次,以免偶然的寫失導(dǎo)致得出IC卡失效的錯誤結(jié)論。</p><p> 如何使上、下位機均不死機或能簡單恢復(fù)正常工作呢?對于作為下位機的IC卡讀/寫器,利用IC卡能隨意插拔,再結(jié)合IC卡的拔卡處理是一個高級中斷的特點,將IC卡的拔卡中斷程序設(shè)計成2個分支:(1)非IC卡讀/寫且非與上位機通信狀態(tài);(2)在與上位機通信或正在對IC卡讀/寫狀態(tài)。第1種情況下,中斷子程序是簡單的鞍鼻卡BEEP告警后,直接中斷返回
74、;第2種情況,則會引起系統(tǒng)工作時常甚至死機,在恢復(fù)中斷環(huán)境后,用強制跳轉(zhuǎn)指令強制從主程序開始執(zhí)行,達到復(fù)位的效果。程序框圖如圖 12所示。</p><p> 為確保串行通信的可靠性,應(yīng)著重從上、下位機通信軟件的以下問題入手——合理選擇通信波特率。由于上、下位機通信的數(shù)據(jù)量很?。ㄗ疃酁镮C卡的容量),因此通信波特率可選低一些,如2400;但要高度重視下位機(即IC卡讀/寫器)的波特率參數(shù)整頂問題。對于51系統(tǒng)CP
75、U,尤其要注意電源管理寄存器中SMOD位的設(shè)置。以2400波特率為例,當(dāng)SMOD=0時,波特率參數(shù)為0F9H,實際波特率為2232,此時波特率相對誤差是7%;而當(dāng)SMOD=1時,波特率參數(shù)為0F3H,實際波特率為2401,此時波特率相對誤差是0.16%,滿足正常通信所規(guī)定的波特率相對誤差小于5%的要求。</p><p> 二 用C51實現(xiàn)的讀/寫主程序</p><p> #includ
76、e <reg51.h></p><p> #include <absacc.h></p><p> #define uchar unsigned char</p><p> #define uint unsigned int </p><p> / * IC卡信號輸入/輸出*/</p><
77、p> Sbit scl=P17;</p><p> Sbit sda=P16; </p><p> / *I/O口定義*/</p><p> Sbit ICOUT=P32; </p><p> Sbit ICIN=P33;</p><p> Sbit C
78、OMM=P34;</p><p> Sbit BELL=P35;</p><p> Sbit PWR=P14;</p><p><b> /*波特率選擇*/</b></p><p> Sbit BACD=P12;</p><p> /*24c01~24c16讀/寫驅(qū)動程序*/</p
79、><p> Sbit a0=ACC-0;</p><p> Sbit a1=ACC-1;</p><p> Sbit a2=ACC-2;</p><p> Sbit a3=ACC-3;</p><p> Sbit a4=ACC-4;</p><p> Sbit a5=ACC-5;
80、</p><p> Sbit a6=ACC-6;</p><p> Sbit a7=ACC-7;</p><p> / *讀/寫數(shù)據(jù)緩沖區(qū),24C01最多為128B *</p><p> Uchar buf[16];</p><p> Uchar flag;</p><p> /
81、 * 標(biāo)志定義* /</p><p> Sbit IC_WR=flag-0;</p><p> Sbit ONCOMM=flag-1;</p><p> Sbit RST=flag-2;</p><p> Void start_ic(void)</p><p><b> {</b><
82、;/p><p><b> Sda=1;</b></p><p><b> Scl=1;</b></p><p><b> Delay(2);</b></p><p><b> Sda=0;</b></p><p><b&g
83、t; Delay(6);</b></p><p><b> }</b></p><p> Void stop_ic(void)</p><p><b> {</b></p><p><b> Sda=0;</b></p><p>&
84、lt;b> Scl=1;</b></p><p><b> Delay(6);</b></p><p><b> Sda=1;</b></p><p><b> Delay(6);</b></p><p><b> Scl=0;</b
85、></p><p><b> Sda=0;</b></p><p><b> }</b></p><p> Void ack_ic(void)</p><p><b> {</b></p><p><b> Sda=0;<
86、/b></p><p><b> Delay(3);</b></p><p><b> Scl=1;</b></p><p><b> Delay(3);</b></p><p><b> Scl=0;</b></p><
87、p><b> Sda=1;</b></p><p><b> }</b></p><p> / * 讀字節(jié)函數(shù),無應(yīng)答信號 * /</p><p> Unsigned char rd24(void)</p><p><b> {</b></p>&
88、lt;p><b> Sda=1;</b></p><p> Scl=1;a7=sda;scl=0;</p><p> Scl=1;a6=sda;scl=0;</p><p> Scl=1;a5=sda;scl=0;</p><p> Scl=1;a4=sda;scl=0;</p><p
89、> Scl=1;a3=sda;scl=0;</p><p> Scl=1;a2=sda;scl=0;</p><p> Scl=1;a1=sda;scl=0;</p><p> Scl=1;a0=sda;scl=0;</p><p> Sda=1;scl=1;scl=o;</p><p> Retur
90、n(ACC);</p><p><b> }</b></p><p> / * 寫字節(jié)函數(shù) * /</p><p> Void wd24(unsigned char dd) {</p><p><b> ACC=dd;</b></p><p> Sda=a7;scl
91、=1;scl=0;</p><p> Sda=a6;scl=1;scl=0;</p><p> Sda=a5;scl=1;scl=0;</p><p> Sda=a4;scl=1;scl=0;</p><p> Sda=a3;scl=1;scl=0;</p><p> Sda=a2;scl=1;scl=0;&
92、lt;/p><p> Sda=a1;scl=1;scl=0;</p><p> Sda=a0;scl=1;scl=0;</p><p> Sda=1;scl=1;</p><p> While(sda==1);</p><p><b> SCL=0;</b></p><p
93、><b> }</b></p><p> / * 隨機地址地字節(jié)函數(shù),address為預(yù)讀單元地址 *?。?lt;/p><p> Uchar read_buter(uchar address)</p><p><b> {</b></p><p><b> Uchar x;&l
94、t;/b></p><p> Start_ic();</p><p> Wd24(0a0);</p><p> Wd24(address);</p><p> Start_ic();</p><p> Wd24(0a1);</p><p><b> X=rd24();
95、</b></p><p> Stop_ic();</p><p> Return(x);</p><p><b> }</b></p><p> / * 從指定地址開始順序讀塊地址數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)存入全局緩沖區(qū)中buf,n為數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù) * /</p><p> Uchar read
96、_bytes(uchar address,uchar n)</p><p><b> {</b></p><p> Uchar a,y;</p><p> For(y=0;y<n;y++)</p><p><b> {</b></p><p> a=read_
97、byter(address,y);</p><p><b> buf[y]=a;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> / * * /</b></p><
98、p> / * 字節(jié)寫入模式寫函數(shù),其中address為單元地址,dd為數(shù)據(jù) * /</p><p> Void write_byte(uchar address,uchar dd)</p><p><b> {</b></p><p> Start_ic();</p><p> Wd24(0a0);<
99、;/p><p> Wd24(address);</p><p><b> Wd24(dd);</b></p><p> Stop_ic();</p><p><b> }</b></p><p> / * 串行通信子程序 * /</p><p>
100、 / * 波特率2400,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,無校驗位 * /</p><p> / * 先用握手字節(jié)y,然后發(fā)送x個數(shù)據(jù) * /</p><p> / * 待發(fā)送數(shù)據(jù)在trdata緩沖區(qū)中 * /</p><p> Void comm.(uchar x,uchar y)</p><p><b> {</b>
101、;</p><p> Uchar i,a;</p><p><b> Uint j;</b></p><p><b> While(1)</b></p><p> {TI; while(RI= =0);</p><p><b> RI=0;</
102、b></p><p><b> A=SBUF;</b></p><p> If(a!=y)goto[1];</p><p> For(j=0;i<x;i++);</p><p> { SBUF trdata[i];</p><p> While(TI= =1);
103、</p><p><b> TI=0;</b></p><p><b> }</b></p><p> For(j=0;j<12500;j++);</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b&
104、gt;</p><p> / * 主程序初始化函數(shù) * /</p><p> Void init(void)</p><p><b> {</b></p><p><b> RSR=0;</b></p><p><b> PWR=1;</b>&
105、lt;/p><p><b> IC_WR=0;</b></p><p><b> ONCOMM=0;</b></p><p><b> EX0=1;</b></p><p> TMOD=0x20;</p><p> SCON=0x50;</p
106、><p> TH1=0xf3;TL1=0xf3;</p><p> If(BAUI)==0</p><p><b> {</b></p><p> PCON=0x08;</p><p><b> }</b></p><p><b>
107、Else</b></p><p><b> {</b></p><p> PCON=0x00;</p><p><b> }</b></p><p><b> TR1=1;</b></p><p><b> EA=1;&l
108、t;/b></p><p><b> }</b></p><p> / * 將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)16B發(fā)往上位機 * /</p><p> / * 波特率2400,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,無校驗為2 * /</p><p> / * 待發(fā)送數(shù)據(jù)在buf緩沖區(qū) * /</p><p> Vo
109、id transfer(void)</p><p><b> {</b></p><p><b> Uchar i;</b></p><p><b> Uint j;</b></p><p> For(i=0;i<16;i++)</p><p
110、> { SBUF=buf[i];</p><p> While(TI= =0);</p><p><b> TI=0;</b></p><p> For(j=0;j<1000;j++);</p><p><b> }</b></p><p&
111、gt;<b> }</b></p><p> / * 接收16B存入緩沖區(qū) * /</p><p> / * 波特率2400,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,無校驗位 * /</p><p> / * 緩沖區(qū)為buf * /</p><p> Void teceive(void)</p><p>
112、;<b> {</b></p><p> Uchar I,a;</p><p> For(i=0;i<16;i++)</p><p> { while(RI= =0);</p><p><b> RI=0;</b></p><p><b&
113、gt; A=SBUF;</b></p><p><b> Buf[i]=a;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> / * 將緩沖區(qū)的n字節(jié)寫入IC卡address開始的區(qū)域 * /</
114、p><p> Void write_ic(uchar address,uchar n)</p><p><b> {</b></p><p> Uchar x,y;</p><p> For(y=0;y<n;y++)</p><p><b> {</b></
115、p><p> While_byte(address[y],buf[y]);</p><p> Delay(10);</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> / * 拔卡中斷程序,主要完成IC卡下電及讀/寫復(fù)位 * /
116、</p><p> Void int_0(void)interrupt 0 using 1</p><p><b> {</b></p><p> While(! ICOUT);</p><p> Delay(10);</p><p> If(! ICOUT)</p>&l
117、t;p><b> {</b></p><p> If(IC_WR ONCOMM)</p><p><b> {</b></p><p><b> PWR=1;</b></p><p><b> BELL=0;</b></p>
118、<p> Delay(10);</p><p><b> BELL=1;</b></p><p><b> RST==1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><
119、;p><b> }</b></p><p> / * 延時函數(shù),延時ms數(shù)由N決定,但不同的系統(tǒng)需要調(diào)整相應(yīng)參數(shù) * /</p><p> Void delay(uchar n)</p><p><b> {</b></p><p> Uchar i,j,k;</p>
120、<p> For(k=o;k<n;k++)</p><p> For(i=0;i<100;i++)</p><p> For(j=0;j<255;j++);</p><p><b> } </b></p><p> Void main(void)</p><p&g
121、t;<b> {</b></p><p><b> Uchar a;</b></p><p> Fuwei: init( );</p><p> While(! ICIN);</p><p> Delay(10);</p><p> While(! ICIN
122、);</p><p><b> IC_WR=1;</b></p><p> / * 開始讀IC卡16B并存入緩沖區(qū) * /</p><p><b> PWR=0;</b></p><p> Read_bytes(0,16);</p><p><b> PW
123、R=1;</b></p><p> / * 等待與上機位建立 通信聯(lián)系 * /</p><p><b> ONCOMM=1;</b></p><p> While(RI= =0);</p><p><b> RI=0;</b></p><p><b
124、> A=SBUF;</b></p><p><b> Switch(a)</b></p><p> { case 0xaa: SBUF=0xaa;</p><p> While(! TI);</p><p><b> TI=0;</b></p>
125、<p> Transfer( );</p><p><b> Break;</b></p><p> Case 0xbb: SBUF=0xbb;</p><p> While(! TI);</p><p><b> TI=O;</b></p><
126、;p> Receive( );</p><p><b> PWR=0;</b></p><p> Write_ic(0,16);</p><p><b> PWR=1;</b></p><p><b> Break;</b></p><p&g
127、t; Default: SBUF=0xcc;</p><p> While(! TI);</p><p><b> TI=0;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> ONCOMM=0;</b></p>&l
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