基于89C52的IC卡读写器的设计及应用

1、四川工业学院学报J ournal of Sic h uan University of Science an d Tec h nology文章编号 :100025722(2004 增刊 20116204收到日期 :2004209229作者简介 :陈林林 (19742 , 男 , 山东省聊城市人 , 西华大学交通与汽车工程学院 2002级硕士研究生 , 主要研究方向 :发动机电喷控制系统。基于 89C52的 IC 卡读 /写器的设计及应用陈林林 , 孙仁云 , 蔡建余 , 吴本成(西华大学交通与汽车工程学院 , 四川 成都 610039 摘 要 : 作者介绍 IC 卡读 /写器的一种设计方法 ,

2、 以 L 89C52为核 心 , 从高可靠性的要求出发 , 设计了 IC 卡读 /写器 。 , IC /系统及其它系统中的实际应用 。 , 。关键词 : IC 卡读 /; 12文献标识码 :A IC (integrated circuit card 卡在当今社会被广泛应 用 , 除在金融系统外 , 在非金融系统 , 如在交通领域中 的驾驶员执照卡 、 停车收费卡 、 公共交通设施的自动收 费卡及公共交通工具的自动收费卡 , 在通信领域中的 公用电话卡 、 移动电话中的 SI M 卡等 , 另外在医疗保 健 、 个人身份识别 、 预收费仪表 、 校园及消费娱乐领域 中也得到了具体的应用 。随着时

3、间的推移 , IC 卡的应 用将会越来越广泛 。 它给人们的工作和生活带来极大 的方便 , 相信在不远的将来 , IC 卡会真正走进我们的 工作和生活中 。在使用 IC 进行信息交流的过程中离 不开 IC 卡读写器 ,IC 卡读 /写器就是能将数据信息 “ 写 入” IC 卡或将 IC 卡内部的数据信息 “ 读入” 或 “ 擦除” 的 电子接口设备 。 IC 卡读 /写器的性能和可靠性直接影 响读 /写的能力 、 准确性和安全性 。1 功能要求本设计 IC 卡读 /写器是一种接触型的 、 基于普通 存储卡 24C01的读写器 , 作为 PC 机的嵌入式外设 , 通 过串行口实现信息交换 。 设

4、计的 IC 卡读 /写器主要有 如下特点与功能 。(1 能识别和读 /写 24C01普通存储卡 ;(2 作为一种嵌入式系统 , 通过 RS 2232C 与 PC 机进行通信 , 实现网络化管理 ;(3 能自动连续读 /写 , 具有上电冷复位 、 插卡热复 位功能 ;(4 卡上数据读 /写采用双认证方式 , 确保读 /写的 可靠性和准确性 ;(5 具有一定的抗攻击能力 , 即对于非法插拔 、 非法 IC 卡等具有一定的抵抗能力 , 可避免短路等造成的 读 /写器损坏 ;(6 具有声光提示读 /写状态 ;(7 采用动态加密算法 , 避免 IC 卡被非法复制 , 并保证 IC 卡数据的安全性 。2

5、IC 卡读 /写器电路设计2. 1 微处理器芯片的选用本 IC 卡读 /写器是以 AT ME L 公司生产的 MCS 251系列单片机 89C52为核心展开设计 。 该单片机是一种 低功耗 、 高性能的 8位 C M OS 型单片机 。片内带有 8K B 的闪烁可编程及可擦除只读存储器 , 与工业标准的 80C51指令集和引脚分布相兼容 。片上的 PEROM 允许在线对程序存储器重新编成 , 也可用常规的非易 挥发存储芯片编程器编程 。 它具有如下主要的性能特 点 :(1 宽工作电压范围 :VCC =2. 76V ;(2 全静态设计 , 时钟频率范围为 :024MH z ; (3 3级程序存储

6、器锁定 ; (4 256×8位内部 RAM ;(5 片内集成 8K B 在线可重复编程 F LASH 存储器 , 寿命 10000次写 /擦除周期 , 数据保存期 10年 ;(6 32条可编程 I/0口线 ;(7 3个可工作于 4种模式的 16位定时 /计数器 ; (8 6个中断源 /两个中断优先级 ;(9 具有 4种工作模式的全双工串行口 , 可编程 串行中断 ;(10 低功耗的待机工作模式和掉电工作模式 。 2. 2 IC 卡座引脚图 1为 IC 卡座的引脚分布 。在 8个引脚中 ,V CC的工作电压为 2. 55V 低电压供电 。 SC L 和 S DA 是 IC 卡 AT 2

7、401上与逻辑控制有关的引出端线 , 其中 , SC L (C LK 为串行时钟 , 所有的地址 、 数据及读 /写控制命令等信号均从 S DA 端输入 /输出 。 引脚 T 、 P 为微动 开关的两个触点 , 此开关在无 IC 卡状态时 , 处于断开 状态 ; 有卡插入时 , IC 卡座上的微动开关闭合 , 因此 , 此开关往往是用来判断是否插入 IC 卡的传感器件 。2. 3 电路设计与分析图 2为 IC 卡读 /写器的电路原理图 。该电路图以 89C52为核心 , 由 M AX232A 接口芯片 实现 TT L 与 RS 2232C 电平转换 , 指示灯用光敏二极管 , 采用无源蜂鸣器报

8、警 , 同时外加单片机复位和时钟电 路 。由于 IC 卡在使用过程中往往牵扯到经济及其他 重要信息 , 因此 , 它的可靠性至关重要 。对 IC 卡读 /写 可靠性主要从三个方面考虑 :IC 卡的读 /写过程要可 靠 、 任意拔插 IC 卡不会引起 IC 卡的损伤以及在 IC 卡 读 /写中出现问题时能及时报警并恢复到正常状态 。 本设计主要从以下几个方面的考虑 , 以满足其可靠性 要求 。(1 单片机的 P1. 5信号通过小功率三极管 9012控制系统的 +5V 电源切入 IC 卡座 。如果 IC 卡上电 ,则发光二极管 L2被点亮 , 起读 /写指示作用 。每次对 IC 卡读 /写完成后

9、, 便及时下电 , 以减少插拔时带电的 可能性 。(2 为了保证任意拔插 IC 卡时 IC 卡处于断电状 态 , 本读 /写器将 IC 卡的 “拔卡处理” 设计成由最高级 中断程序来实现 , 且采用边沿触发方式 。同时 , 利用 IC 卡座的 IC 卡微动检测开关及时检测拔卡动作 。为 了避免机械触点开关在动合过程中的抖动而引起中断 重入 , 甚至引起系统死机 , /写器采用软件延时去 , IC 卡迅速及时地下电 。/之间串行通信的数 。这保证了 IC 卡带电 拔插按全可靠 , 同时可以防止往 IC 卡座中插入导电的 异物而引起系统损坏 。 (4 本 IC 卡读 /写器有声光指示 (报警 接口

10、 , 发光 二极管 L2即为 IC 卡读 /写工作状态指示 , 发光二极管 L1用于串行通信提示 , 声音提示采用效率高 、 体积小 的无源蜂鸣器 。(5 TT L 与 RS 2232C 电平转换由 M AX232A 接口芯 片实现 , 采用简单的软握手 3线制通信方式 。通信电 缆采用屏蔽 3芯电缆 。3 软件设计IC 读 /写器的读 /写操作由上位 PC 机进行控制 ,通过 串 行 通 信 的 命 令 来 实 现 。协 议 :握 手 信 号 为0AAH 时读卡 , 为 0BBH 时写卡 。 IC 读 /写器的主程序 流程如图 3所示 。711第 23卷增刊 陈林林 等 :基于 89C52的

11、 IC 卡读 /写器的设计及应用在读 /写开始时 , 置读 /写卡标志 ; 在通信开始 时 , 置通信标志 , 以避免数据不全或错误数据读入或 写入 。通过 I CI N 引脚的电平高低实现 “是否有卡插入” 的 判断 。 为了保证读卡的可靠性 , 进行了软件去抖处理 。 通过 I NT1中断 , 且设置成高优先级 、 下降沿触发 来实现 “ 拔卡处理” 的判断 。4 IC 卡读 /写器的实际应用IC 卡读 /写器作为一种嵌入式系统 , 通过适当增 加一些功能模块 , 例如存储模块 、 通信模块 、 电源模块 、 输入及显示模块等 , 即可形成一个能实现要求功能的 应用系统 。4. 1:(1

12、油费结算功能 :IC , 自动从用户 IC 卡中扣除当次油费 ;(2 报警功能 :用户 IC 卡内所存金额不足当次油 费 , 报警提醒用户支付现金 ;(3 防伪功能 :确保只有本系统发行的 IC 卡才能 使用 , 否则蜂呜报警 ;(4 电子转帐功能 :将从用户 IC 卡中扣除的金额 转存到系统 SRAM 中 ;(5 显示功能 :用户 IC 卡没有插时显示当前燃油 单价 , 插入用户 IC 卡时显示卡内余额 ;(6 积算功能 :插入管理员的积算卡 , 可以将系统 内存中的营业额转存到积算卡中 , 积算卡送积算中心 , 实现计算机资金管理 ;(7 燃油单价调整功能 :燃油单价变动 , 可插入系 统

13、卡重新设置调整 ;(8 指示功能 :绿灯亮 , 表示正常 , 红灯亮 , 表示报 警 ;(9 输入功能 :输入用户加油量或加油金额 。 4. 1. 1 加油站收费系统的实现通过增加一定的功能模块 , 即可很快组装成加油 站收费系统 , 实现上述功能 , 系统结构如图 4所示 。 由于 IC 卡收费系统工作环境恶劣 , 周围电磁干扰 比较严重 , 如何安全 、 可靠地保存营业金额是系统设计 的关键 , 因此 , 本系统选用的高速数据不挥发 SRAM 作 为数据存储器 , 型号为 DC M0064I ND 。其引脚定义 、 分 布与常规 6264SRAM 一致 , 与单片机 AT89C52的接口

14、也十分方便 。图 4中 , 显示部分采用了一种 16字 ×2行的字符 型液晶显示模块 TCl602A , 该模块以点阵形式显示字 母 、 数字和符号 , 其显示面积为 64. 5×13. 8mm 2。 它与 AT89C52的接口较为简单 ,VDD 、 LE D +接 +5V ,VSS 、 Vo 、 LE D 2接地 ,D07接 AT89C52的数据总线 , 使能端 Enable 、 寄存器选择端 RS 、 读 /写控制端 R/W 分别接 AT89C52的 P2. 0、 P1. 0、 P1. 4。4. 25所示 。该系统软件采用模块化设计 , 其中主要包括初始 化 、 系统卡

15、 、 用户卡 、 积算卡处理 、 伪卡报警处理 、 插卡 上电处理和拔卡下电中断处理等模块 。 其中用户卡处 理模块的功能是从用户卡中扣除油费 , 扣除的油费与 当前营业额相加 , 并保存到系统存储器 DC M0064I ND 中 ; 若用户卡余额不足则报警 , 同时显示用户卡中的余 额 。 系统卡处理模块的功能主要用来设置 、 调整机内 燃油单价 。积算卡处理模块的功能是当插入积算卡 后 , 将当前营业额转存到积算卡中 , 同时对系统存储器 DC M0064I ND 清零 , 并显示积算卡中的总金额 。伪卡 报警处理模块的功能是发现伪卡后 , 系统随即发出声 音报警 , 提醒管理员注意并及时

16、进行处理 。4. 2 其它应用IC 卡读 /写器可作为 PC 机的嵌入式外设 , 通过串 行口实现与上位机信息交换 , 可使整个系统的管理网 络化 。 如图 6为 IC 卡网络化管理的系统框图 。 811四川工业学院学报 2004年 业营业收款管理系统 管理系统等 , 。5 结束语本系统的设计基本满足多种方案的要求 , 在软硬 件设计过程综合考虑了可靠性 、 安全性和模块化设计 ,解决了接触式 IC 卡系统因随意插拔卡容易造成系统 死机的问题 , 并能保证 IC 卡在插 /拔 、 读 /写过程中完 好无损 , 可应付多种多样的较复杂的环境 , 具有一定的 实用价值 。参 考 文 献1何立民 .

17、 单片机应用系统设计 M.北京 :北京航空航天大学出版社 ,2002. M.北京 :北京航空,2003. TCl602A 与单片机的接口技术 J.国外,2003.4韩本华 . IC 卡读写器 J.实用无线电 ,1992, (2 .5沈红卫 , 等 . IC 卡读写接口的可靠性设计 J.自动化仪表 , 2000, (9 .The Design &Use of the IC C ard R ead 2Write Device B ased on 89C 52CHE N Lin 2lin ,S UN Ren 2yun ,C AI jian 2yu ,W U Ben 2cheng(School

18、 of T ransportation &Autom obile Engineering of X ihua University , Chengdu 610039S ichuan China Abstract :In this paper , the method of designing hardware and s oftware of the IC card Read 2Write device is provided. The core of the hardware circuit is MCS 251single chip microcom puter (89C52 that it is produced by the com pany of AT ME L , and its circuit diagram is designed from the high reliability. As a kind of embedded system , the actual use of the IC card Read 2Write device for the collecting fees system of the gas station and the others is introduced in the pape