基于51单片机的IC卡读写器的设计于实现

1、哈尔滨师范大学学习学年论文课题51基于单片机的IC卡读写器的设计与实现学生徐连超指导教师邢凯讲师2008年班级专业的计算机工程和应用把计算机科学和信息系统分开学院计算机科学与信息工程学院哈尔滨师范大学2011年6月论文的要点近年来，随着科技的发展，随着人们越来越多的物质文化需求，生成了IC卡(IC卡是集成电路卡的简称，在一些国家和地区被称为微芯片卡或微芯片卡)。 随着这个流程的发展，C51单片机下的开发项目越来越多，IC卡成为主流项目，IC卡的读写设计和实现也成为重要项目。 随着项目的发展国际化的标准也在发展，也提出了很多要求。 为了便于未来人的开发，介绍了新的IC卡读写终端的设计，介绍了实现

2、IC卡数据存储的控制方法，以及IC卡读写的硬件和软件的实现。基于51单片机的IC卡读写器的设计与实现徐连超摘要：本文主要介绍了一种新型IC卡读写终端的设计，介绍了实现IC卡数据存储的控制方法，IC卡读写的硬件和软件的实现，SLE4442接口电路的设计，89C51软件模块设计。关键词： 89C51； 集成电路卡嵌入式串行。近年来，随着科学技术的发展，人们对物质文化的需求越来越大，IC卡应运而生，尤其是IC卡的设计与应用日新月异。一、前言IC卡是集成电路卡的简称，在一些国家和地区被称为微芯片卡和微芯片卡。 IC卡的大小与磁卡相同，并且将集成电路嵌入塑料卡中，芯片通常为数据不易丢失的存储器(ROM、

3、EPROM.EPROM )、保护逻辑电路或GPU。 IC卡最初是为了解决金融交易中的安全性问题而设计的，带来了新的交易概念和巨大优点。 很快，这一优点也受到其他应用部门的重视，广泛应用于电话、医疗、禁止道路控制、门锁控制等系统中。 随着时间的流逝，应用范围扩大，IC卡的使用数量呈几何级数增加。 同时，由于各种用途的需要，IC卡制造商持续向市场推出新的IC卡，IC卡的价格随着使用量的增加而逐年下降，这些一定都大大推进了IC卡在各领域的普及。按照IC卡和读写装置的数据交换方式，IC卡分为接触式IC卡和非接触式IC卡。 接触IC卡是指使用时，用有形的电极触电直接接触连接卡的集成电路和外部接口设备来进

4、行数据交换的IC卡。 非接触IC卡以通过电波或电磁场感应的方式，将卡汇集到电路内的数据中，与外部设备的接口设备通信，卡不直接接触接口设备的电极，就可以读取数据和写入数据。 根据IC卡的功能和结构，可以将IC卡分为存储型IC卡和智能型IC卡。 存储型IC卡为被动型，只能进行数据的各种输入输出。 这种类型的IC卡的内部电路被分成数据存储部和数据加密动作控制部两个功能部。 另外，并不是所有的IC卡都必须具有这两种功能。 只有数据存储功能的IC卡被称为非加密型存储卡。 具有数据存储功能和数据加密操作控制的IC卡被称为加密型存储卡(Memory Card with Security Logic )，具有

5、暂时或永久性的数据存储能力，其内容可以用于处理和判断。 所谓IC卡，就是在IC卡的集成电路上搭载了微处理器电路的IC卡。 不仅可以管理各种数据的I/O操作，验证接口设备的个人密码，还可以根据应用系统的要求主动识别连接的接口设备。 因此，在智能IC卡中，确立各种应用系统的许可，存储与多个应用系统有关的数据，可实现对数据信息的存储的高可靠性、高安全控制，可进行复杂的信息处理和计算。二、IC卡的国际标准和读写要求IC卡的使用具有流动性和全球性，因此建立相应的国际标准和国家标准特别重要。 在信息技术领域，ISO (国际标准化组织)和IEC (国际电子技术委员会)共同成立了技术委员会ISO/IEC JT

6、C1，制定了国际标准。 在IC卡应用系统的设计中，读写装置对IC卡的读写控制的各个环节应该遵循相应的国际标准，以确保数据的正确读取。 这是IC卡读写器终端的设计基础。在这些标准中，芯片和电特征的定义和操作时序的要求特别重要。 下面以同步卡的电气特征和定时为例进行介绍。 使用此卡时，接口设备将所有线路都置于状态l，VCC打开，Vpp处于空闲状态，CLK、RST和FCB处于状态l，接口设备的I/O处于接收模式。 时钟脉冲在VCC的上升沿之后供给，如t20那样，时钟脉冲的持续时间为t25。 在时钟脉冲的上升沿之后，至少t22小时维持状态l。 通过I/O线获得的第一位数据可以认为是响应，因此CLK处于

7、状态l并且在CLK下降沿t24之后是有效的。 当FCB处于状态h时，使用各个时钟脉冲来读出I/O线上的下一个数据位。 复位响应时，从FCB上升起t24小时后给出最初的时针脉冲。 时钟脉冲状态h的持续时间为t25，状态l的持续时间为lus(t26 )。在时钟变为低和CLK的下降沿后的t27小时内给出第二个和后续数据位。 数据位在时钟脉冲的上升沿上一次进行采样.图1-1三、SLE4442接口电路的设计SLE4442是德国西门子公司设计的逻辑加密存储卡。 具有2K位存储容量和完全独立的可编程加密代码存储器。 内部电压上升电路保证芯片能以单位5V的电压供电，大的内存容量能满足应用领域的各种要求。 是现

8、在国内使用很多的IC卡芯片。 该芯片的特征是采用多存储器结构的双线连接协议，串行连接VI满足ISO7816同步传输协议：芯片采用NMOS技术，每字节的擦除/写入编程时间为2.5ms，存储器至少有104次图2-1SLE4442的RST、CLK、I/O三条线必须连接到5V。 所选的接口有上拉电阻，所以可以省略。 也可以将保护二极管钳位在这三条线上(如果电压稳定，噪声小，请不要加在一起)。 这种连接方法线路简单实用。 为了防止IC卡支架被插入铁片等而短路，最好将P1.7设为低电平，使支架的电力供给与单片机系统分开，让单片机系统能检测到该短路其中R1、D1、q构成卡上下电路，P1.7=0时q导通，IC

9、卡插座Vcc供给电力，P1.7=1时q断开，IC卡插座不供给电力。 R1、D1检测卡的电源是否短路，为了防止人为的破坏，向IC卡供电时，单片机一旦检测到P1.6=0，就说明电源短路，并发出警报信号。 SW1、SW2是IC卡支架的一对常开接点，读写器的主芯片采用了89C51单片机。 89C51单片机是英特尔开发的8位系列化处理芯片。 内部搭载了8位CPU、256字节RAM。 21个特殊功能寄存器(SFR )、2个16位定时/计数器. 4个8位并行接口、1个全双工串行接口、5个中断源和片上时钟振荡器等。 因为这是一台非常成熟的单片机，本文不做进一步的说明。 这个读写器的核心模块是如何实现IC芯片的

10、有效控制和读写操作的？ 接口电路的设计直接反映了该芯片的具体操作思想。 IC卡的逻辑接口电路一般采用开路集电极(OC )输出和非保护输入结构，因此将上拉电阻r的源极连接到IC卡的电源上。 另外一方面，在IC卡处于电源供给状态时，接口电路整体接通，在接口设备和IC卡间构成逻辑路径，在IC卡电源接通的状态下，上拉电阻r的源极失去电源，与卡的接口整体的电路带电所有IC卡的接口部分都有保护二极管，这些二极管可以严格地将各引脚的电压限制在-VDVCC VD之间(VD是保护二极管的正向电压降，通常为0.6左右)。 IC卡控制和读写电路，IC卡的插入和退出的标识由IC卡兼容插座上的感应开关标识，在简单的手动

11、插拔的IC卡兼容插座中，该标识过程非常简单，指示是否仅在一个开关中插入了卡。 如果卡插入正确的位置，则开关从IC卡适配器插座打开(或关闭)，卡离开此位置后信号立即反转。 设计中采用的适配器，在没有插入卡时开关关闭，在插入卡时开关打开。 手动IC卡适配器插座就足够了。 为了确保IC卡已正确插入位置，所插入的识别过程主要以软件实现。 根据ISO7816标准的同步IC卡的许多地址计数器与时钟密切相关，并且当卡复位时，地址计数器被设置为0。 今后，每次向卡发出节拍的时钟时，在IC卡的地址计数器上加“1”。 这个时钟频率的上限是50kHz或280kHz。 复位后的最初32个时钟周期，在卡的复位响应过程中

12、，制造商的产品代码以位代码方式一个一个地发送到数据线上，之后的字段根据制造商和用户定义的意义而不同。 如果每个字段被定义为是可读的，则在该字段上执行时钟，并且针对每个时钟被读取。 数据的读出过程分为三个基本过程：复位，数据场的定位和数据读出四、89C51软件模块设计由于89C51是主芯片，所以89C51需要完成IC芯片的复位、读写等动作。 首先，关于复位响应动作。 复位响应基于ISO7816标准。 操作过程中可以随时复位，只有在复位的情况下，才能对IC卡进行其他操作。 根据1个时针脉冲，开始时地址计数器被设置为0。 当RST线从h状态变为l状态时，第一个数据位的内容被传送到I/O线。 连续输入

13、32个时针脉冲时，主存储器的前4字节的地址单元的内容被读取。 在第33个时针脉冲的下降沿，I/O线被设置为h状态并断开。 复位响应中，“启动”和“停止”的状态被忽略。 单片机的程序如下所示CARD_RST:CLR RSTCLR CLKLCALL DELAY_20USSETB RSTLCALL DELAY_20USSET CLKLCALL DELAY_20USCLR CLKLCALL DELAY_20USCLR RSTLCALL DELAY_20USPS b、#32RESET1:SETB CLKLCALL DELAY_20USclr PSLCALL DELAY_20USDJNZ B，RESET1

14、RET在指令模式中，在复位响应后，芯片等待指令。 每个命令以“启动状态”开始。 整个命令包含三个字节。 之后，继续追加脉冲，以“停止状态”结束动作。 在CLK位h的状态期间，I/O线的下降沿是起动状态的CLK位的h状态期间，I/O线的上升沿停止的状态。 值得注意的是，脉冲下降后，I/O线上的1位数据有效。 之后，每增加1个时针脉冲，芯片内部的1位数据就被传送到I/O线。 输出的顺序从每一字节的最低有效位开始，并且在发送了所需的最后一个数据之后，必须添加另一个时针脉冲以使I/O线处于h状态，以准备接受新命令。 输出数据时，“启动状态”和“停止状态”全部被阻止。五、结语本文的新装置提出了一种新型的IC卡读写器设计方案。 串行通信的设计不仅通过操作单片机的异步通信，还通过控制PC串行并调用系统API函数的方法解决了这一问题。 西门子公司的SLE4442型逻辑加密IC卡是比较通用的IC卡芯片，因此通过更新读取器/写入器软件可操作其他类型的接触式同步IC卡，并可使该接触式IC卡速度成为通用读取器/写入器。参考文献：1王卓人：邓晋钧、刘宗祥IC卡的技术与应用。王爱英： 智能卡技术。何爱民： 单片机高级教程。4陈志斌：卓家靖基于单片机和CPLD的嵌入式脉冲发生器设计。学年论文(设计)成绩单论文的主题基于51单片机的IC卡读写器的设计与实现作者徐连超指导教师邢凯职务名讲师手指领导人教堂