基于单片机的IC卡消费系统.doc

基于单片机的IC卡消费系统1引言随着人们生活水平的提高，人们对生活中的方便性提出了更高的要求。在现实社会中常常会形成一些相对集中的人群及其对应的某些固定行为，如：小区公共停车场的管理收费，学校学生的校园消费，计算机房的上机收费等。对于这样的消费行为人们希望有一种简单、安全、实用的方式以取代目前的现金或票证消费IC卡具有可靠性高、抗干扰强、耐腐蚀、可反复擦除编程、保密性好、读写设备简单、便携等优点已经广泛应用于金融、医疗、电信、汽车等领域，是替代上述传统消费方式的新型介质。针对上述需求本设计采用SLE4442逻辑加密卡，并以51单片机为核心控制IC卡的读写。同时以LCD12864作为显示模块，4*4键盘作为输入模块以实现用户对IC卡的各种操作。基于单片机的IC卡消费系统21方案论证作为一个完整的IC卡消费系统，应当有两个终端构成：发卡终端用户终端。发卡终端用于用户的注册及充值，用户终端用于用户在各种消费场合的消费行为。因此本系统需要有IC卡接口电路以实现单片机对的读写，显示和输入模块以实现用户对IC卡的各种操作。1.1系统功能定义根据设计要求，可以先大致勾勒出要完成设计，需要两个终端具有如下图所示的的功能：发卡终端图1.1发卡终端功能框图IC卡读写器计算机读取充值初始化卡号密码当前金额操作金额卡号密码当前金额基于单片机的IC卡消费系统3用户终端图1.1功能模块框图图1.2用户终端功能框图1.2总体方案本设计通过51单片机实现SLE4442IC卡的读写操作，LCD12864作为用户端显示器件，4*4键盘用做户输入，蜂鸣器作为提示报警信号，通过RS-232接口实现与上位机的通信。整个系统以51单片机为核心，各个模块的功能由51单片机的I/O口控制。（其中RS-232与上位机通信部分由其他同学完成）设计任务：用户终端：完成刷卡消费查询余额修改密码液晶显示用户输入信息功能发卡终端：通过上位机完成IC卡的初始化充值功能（本设计不涉及上位机软件设计）设计要求：完成该系统的软硬件设计，学习掌握单片机读写IC卡的设计方法提高学习新知识、新技能的能力，培养独立设计的能力。2系统硬件电路设计2.1系统硬件框图根据系统功能要求，可以先大致勾勒出完成任务所需的系统硬件框图如下：查询改密消费IC卡读写器基于单片机的IC卡消费系统4发卡终端图2.1发卡终端硬件结构框图用户终端图2.2用户终端硬件结构框图主控模块采用性价比较高的51单片机芯片，在其内部将预设好的程序储存，可通过程序的运行控制各个模块使用户进行IC卡的消费、充值、查询。与上位机通信模块主要是由MAX232构成，将其与计算机与51单片机连接起来可实现对IC卡的读写；显示模块采用LCD12864，用户各种信息通过其显示；4*4键盘实现用户与消费终端的人机对话；蜂鸣器主要实现对用户的提示。2.2IC卡模块本设计的IC卡采用的是德国西门子公司设计的SLE4442逻辑加密卡。它具有2KRS23251单片机LCD12864显示单元4*4键盘输入单元IC卡接口电路计算机蜂鸣器报警电路51单片机IC卡接口电路基于单片机的IC卡消费系统5位的存储容量和完全独立的可编程加密代码存储器。内部电压提升电路保证了芯片能够以单5V电压供电，较大的存储器容量能够满足应用领域的各种要求。是目前国内应用较多的一种IC卡芯片。这种芯片的特点是采用多存储器结构；2线连接协议，串行接口满足ISO7816同步传送协议；芯片采用NMOS工艺技术，每字节的擦除/写入编程时间为2.5ms；存储器采用至少104次的擦除/写入周期，数据保持时间至少为10年。2.2.1SLE4442的主要特征32位保护存储器；256字节EEPROM；3字节用户密码，密码错误计数：3次；工作电压5V；温度范围：070；至少10万次擦写；至少10年数据保存期；SLE4442卡的触点如图所示：图2.3SLE4442卡封装结构图基于单片机的IC卡消费系统6SLE4442卡的引脚定义和功能如图所示：表2.0SLE4442卡引脚功能表卡触点符号功能C1VCC电源电压C2RST复位C3CLK时钟输入C4NC未连接C5GND地线C6NC未连接C7I/O双向数据线（漏极开路）C8NC未连接2.2.2SLE442卡的加密原理SLE4442是具有可编程安全代码(PSC)和写保护功能的智能型256-ByteEEPROM。SLE4442提供了一个控制存储器擦/写的逻辑保护代码，SLE4442提供了一个4字节的安全存储器，其中包含了一个错误计数器(EC)和3个字节的参考数据，这3个字节被称为可编程安全代码(PSC)，存储器上电后除了参考数据无法正确读取外，其它数据均可读取，只有在对内部的参考代码校验正确后才可以写入数据，直到下电，若三次校验不成功，错误计数器(EC)被减为0，此卡报废。2.3主控模块2.3.1主控模块功能分析在本系统中，主控模块居于非常重要的地位。它是整个系统的中枢，系统运行所需的每个操作指令都要由其发出。与上位机间的通信，对SLE4442卡的读写，人机对话，LCD12864的显示都是通过主控模块的控制实现的，从而使整个系统进行正常的运转和工作。针对以上分析本系统主控模块中的单片机芯片采用了AT89S52芯片，此基于单片机的IC卡消费系统7芯片功能强大，能够完全满足系统运行的需求。2.3.2AT89S52芯片的功能特性AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。其主要性能如下:与MCS-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz33Hz三级加密程序存储器32个可编程I/O口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针