【正文】 學(xué) 號(hào) 11780215 天津城建大學(xué) 電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) IC 卡讀寫(xiě)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 起止日期： 2020 年 12 月 29 日 至 2020 年 1 月 23 日 學(xué) 生 姓 名 羅智健 班級(jí) 信科 2 班 成績(jī) 指導(dǎo)教師 ( 簽字 ) 計(jì)算機(jī)與信息工程 學(xué)院 2020 年 1 月 23 日 天津城建 大學(xué) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 2020 — 2020 學(xué)年第 一 學(xué)期 計(jì)算機(jī)與信息工程 系 電子信息科學(xué)與技術(shù) 專業(yè) 信科 2 班 班級(jí) 課程設(shè) 計(jì)名稱： 電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： IC 卡讀寫(xiě)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 完成期限：自 2020 年 12 月 29 日至 2020 年 1 月 23 日共 4 周 設(shè)計(jì)依據(jù)、要求及主要內(nèi)容（可另加附頁(yè)）： 一、課程設(shè)計(jì)的目的 在我們的日常生活中 ,IC 卡無(wú)處不在 —— 智能門(mén)鎖、考勤機(jī)、交通卡、銀行卡 ……IC 卡 應(yīng)用非常廣泛。通過(guò)對(duì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)的完成， 使學(xué)生掌握 IC 卡讀寫(xiě) 的 工作 原理 ，并且能夠熟悉 單片機(jī) 的開(kāi)發(fā)流程 和 基本的編程方法 ， 既鞏固 所學(xué)的 基礎(chǔ)理論知識(shí)， 又為學(xué)生日后從事開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。 二、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 選擇合適的器件，了解元器件的工作原理，進(jìn)行 IC 卡讀寫(xiě)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 單片機(jī)與 IC 卡讀寫(xiě)器接口電路設(shè)計(jì)。 編寫(xiě) IC 卡讀寫(xiě)控制程序，并有顯示功能。 書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 三、參考資料： 何立民 . MCS51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) . [M] 北京航天航空大學(xué)出版社 張開(kāi)如 . 自動(dòng)控制原理 . [M]北京大學(xué)出版社 . 趙新民 . 智 能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) [M]哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 指導(dǎo)教師 （簽字）： 系 主 任 （簽字）： 批準(zhǔn)日期： 2020 年 12 月 18 日 目錄 第 1 章 緒論 ................................................................... 1 IC 卡的發(fā)展和應(yīng)用使用情況 ............................................. 1 IC 卡應(yīng)用技術(shù) .......................................................... 1 課題中 IC 卡的設(shè)計(jì)目標(biāo) .................................................. 1 第 2 章 IC 卡芯片的介紹 ......................................................... 3 SLE4442IC 卡 ........................................................... 3 芯片特點(diǎn) ......................................................... 3 芯片的引腳配置 ................................................... 3 芯片功能 ......................................................... 4 芯片傳送協(xié)議 ..................................................... 5 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) ........................................................... 7 單片機(jī)系統(tǒng)電路 ......................................................... 7 接觸式 IC 卡的接口電路 .................................................. 8 串行通信電路 .......................................................... 11 鍵盤(pán)電路 .............................................................. 11 顯示電路 .............................................................. 12 第 4 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................................... 14 主程序 ................................................................ 14 鍵盤(pán)掃描子程序 ........................................................ 15 顯示子程序 ............................................................ 17 總結(jié) ......................................................................... 19 參考文獻(xiàn) ..................................................................... 20 總程序圖 ..................................................................... 21 附錄 ......................................................................... 22 1 第 1 章 緒論 本章介紹了 IC 卡的發(fā)展歷史和應(yīng)用情況，說(shuō)明了現(xiàn)代 IC 卡 技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，最后分析了目前常見(jiàn)的IC 卡讀寫(xiě)器終端，并提出了本課題中 IC 卡讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 IC 卡的發(fā)展和應(yīng)用使用情況 卡片是作為個(gè)人身份識(shí)別的手段而引進(jìn)的，而作為交易憑證的卡片則早在 19 世紀(jì) 80 年代就萌芽于英國(guó)了， 1950 年，美國(guó)商人設(shè)計(jì)了第一張現(xiàn)代的塑料信用卡， 1951 年美國(guó)富蘭克林銀行作為金融機(jī)構(gòu)率先發(fā)行了信用卡，到 60 年代中期，人們?cè)谒芰辖鹑诮灰卓ǖ谋趁尜N上磁條，發(fā)展成為能夠自動(dòng)讀取信息進(jìn)行在線處理的磁卡，磁卡因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，得到迅速推廣。 IC 卡是近年從歐洲開(kāi)始出現(xiàn)的， IC卡 具有突出的 3S 特點(diǎn)，即 Standard(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化 )、 Smart(靈巧智能化 )、和 Security(安全性 )。因而發(fā)展迅速，在金融、通訊、交通等眾多領(lǐng)域中后來(lái)居上，即使那些磁卡已經(jīng)普及應(yīng)用的范圍也將被取而代之。IC 卡不僅改變了現(xiàn)有多種卡的使用方法和功能作用，還不斷開(kāi)創(chuàng)出新的應(yīng)用領(lǐng)域。將 IC 卡和其他設(shè)備組成系統(tǒng)就能提供非常豐富的服務(wù)功能，把這些功能與生產(chǎn)或流通領(lǐng)域有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，將出現(xiàn)令人意想不到的奇跡，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。隨著信息技術(shù)的發(fā)展， IC 卡作為一種先進(jìn)的信息存儲(chǔ)介質(zhì)，它的應(yīng)用己經(jīng)滲透到各國(guó)的 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活、軍事等各個(gè)方面，將來(lái)更有著廣闊的發(fā)展空間。 IC 卡應(yīng)用技術(shù) IC 卡比磁卡存儲(chǔ)容量大，可靠性和安全性高，在應(yīng)用上除了覆蓋磁卡的全部應(yīng)用范圍以外，還提供了許多磁卡所不具備的應(yīng)用特性。正是這些特性，使 IC 卡在脫機(jī)業(yè)務(wù)處理和聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)一致性等方面表現(xiàn)出前所未有的優(yōu)勢(shì)。 IC 卡雖然有很強(qiáng)的功能，但僅當(dāng) IC 卡加入到應(yīng)用系統(tǒng)中，構(gòu)成發(fā)行商、應(yīng)用系統(tǒng)和持卡人之間的數(shù)據(jù)傳輸媒介時(shí)，才能有效地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。一個(gè)好的 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)具備良好的應(yīng)用特性和性能價(jià)格比，還要有好的安全特性。 課題中 IC卡的 設(shè)計(jì)目標(biāo) 讀寫(xiě)器是 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)的終端設(shè)備，只有通過(guò)讀寫(xiě)設(shè)備才能和 IC 卡建立聯(lián)系，讀寫(xiě) IC 卡中的數(shù)據(jù) 。讀寫(xiě)器一般還要求和信息網(wǎng)絡(luò)中的上位機(jī)進(jìn)行通訊，把 IC 卡中的數(shù)據(jù)融入到上層數(shù)據(jù)庫(kù)。設(shè)計(jì)選擇讀寫(xiě)器是建立 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵。 本文是就設(shè)計(jì) IC 卡讀寫(xiě)器展開(kāi)的，課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)是一種通用的接觸式 IC 卡讀寫(xiě)終端，要求讀寫(xiě)器能夠單獨(dú)工作。 預(yù)期目標(biāo)： ? 實(shí)現(xiàn)用戶信息的存儲(chǔ) ? 通過(guò)鍵盤(pán)顯示電路實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互 2 ? 實(shí)現(xiàn)卡的插入與退出識(shí)別 ? 實(shí)現(xiàn)偽卡的識(shí)別 3 第 2 章 IC卡芯片的介紹 SLE4442IC 卡 IC 卡是集成電路卡 (IntegratedC ircuit Card)的簡(jiǎn)稱，有些國(guó)家和地區(qū)稱之為微芯片卡 (Microchip card)或微電路卡 (Microcircuit Card)。 IC 卡的大小和磁卡相同，它把集成電路鑲在塑料卡片上，芯片一般是不易揮發(fā)性存儲(chǔ)器 (ROM, EPROM. EPROM),保護(hù)邏輯電路，甚至于 CPU。本節(jié)介紹 IC 卡的一些基本知識(shí)，使讀者對(duì) IC 卡有一個(gè)大概的了解。由于本設(shè)計(jì)所采用的 IC 卡為接觸型邏輯加密卡（ SLE4442），所以本節(jié)的內(nèi)容重點(diǎn)介紹此卡。 SLE4442 是由德國(guó)西門(mén)子公司設(shè)計(jì)的邏輯加密存儲(chǔ)卡。它具有 2K 位的存儲(chǔ)容量和完全獨(dú)立的可編程加密代碼存儲(chǔ)器。內(nèi)部電壓提升電路保證了芯片能夠以單 5V 電壓供電，較大的存儲(chǔ)器容量能夠滿足應(yīng)用領(lǐng)域的各種要求。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的一種 IC 卡芯片。 芯片特點(diǎn) ? 面向字節(jié)尋址； ? 采用多存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) ：主存儲(chǔ)器、保護(hù)型存儲(chǔ)器、加密存儲(chǔ)器； ? 線連接協(xié)議，觸點(diǎn)和串行接口滿足 ISO7816 同步傳送協(xié)議； ? 芯片采用 NMOS 工藝技術(shù)，每字節(jié)的擦除 /寫(xiě)入編程時(shí)間為 ； ? 復(fù)位響應(yīng)（ ATR）符合 ISO/IEC78163 協(xié)議； ? 存儲(chǔ)器采用至少 10 000 次的擦除 /寫(xiě)入周期，數(shù)據(jù)保持時(shí)間至少為 10 年； ? 額外特性：數(shù)據(jù)僅能在正確輸入 24 位可編程安全碼（安全存儲(chǔ)器）之后才能改變。 芯片的引腳配置 芯片的引腳與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)兼容，下表 31 是引腳的定義和功能說(shuō)明： 表 21 SLE4442 引腳功能 引腳 卡 觸點(diǎn) 符號(hào) 功能 1 2 3 4 5 6 7 8 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 VCC RST CLK NC GND NC I/O NC 操作電壓 5V 復(fù)位 時(shí)鐘 未用 地 未用 雙向數(shù)據(jù)線（漏極開(kāi)路） 未用 4 芯片功能 SLE4442IC 卡芯片主要包括三個(gè)存儲(chǔ)器： 256 8 位 EEPROM 型主存儲(chǔ)器、 32 1 位 PROM 型保護(hù)存儲(chǔ)器和 4 8 位 EEPROM 型加密存儲(chǔ)器。 1)主存儲(chǔ)器 :主存儲(chǔ)器為可重復(fù)擦除使用的 EEPROM 型存儲(chǔ)器。按字節(jié)尋址，擦除寫(xiě)入。在擦除時(shí)，一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié) 的所有 8 位被全部置“ 1”。在寫(xiě)入時(shí)，在 EEPROM 單元中的信息則根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，按字位方式變換成邏輯“ 0” (即在 EEPROM 中，新寫(xiě)入的數(shù)據(jù)與原來(lái)存在的數(shù)據(jù)進(jìn)行“邏輯與” )。通常，要改變一個(gè)數(shù)據(jù)需要先進(jìn)行擦除再進(jìn)行寫(xiě)入兩項(xiàng)操作。如果在被尋址的字節(jié)中 8 位沒(méi)有一個(gè)字位需要從 0 變?yōu)?1，則可以不進(jìn)行擦除處理。反之亦然，在被尋址的字節(jié)中，如果沒(méi)有一個(gè)字節(jié)需要從 1 變?yōu)?0，則可以不做寫(xiě)入處理，寫(xiě)入或擦除操作一次至少耗費(fèi) 時(shí)間。 主存儲(chǔ)器的地址是從 00H 到 FFH。但主存儲(chǔ)器可分為兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū) :保護(hù)數(shù)據(jù)區(qū)和應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)， 保護(hù)數(shù)據(jù)區(qū)是主存儲(chǔ)器前 32 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)區(qū)。其地址是從 0(00H)到 31(1FH)這部分的數(shù)據(jù)讀出不受限制，但擦除和寫(xiě)入操作均受到保護(hù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)狀態(tài)的限制。當(dāng)保護(hù)存儲(chǔ)器中第 N 位為 0 時(shí)，則對(duì)應(yīng)主存儲(chǔ)器中第 N個(gè)字節(jié)就不允許進(jìn)行擦除和寫(xiě)入操作。故保護(hù)數(shù)據(jù)區(qū)一般均作為 IC 卡的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，存放一些固定不變的標(biāo)識(shí)參數(shù)。應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)為主存儲(chǔ)器后 224 個(gè)字節(jié)。其地址從 32(20H)到 255(FFH).這部分的數(shù)據(jù)讀出不受限制，但擦除和寫(xiě)入受控于加密存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)校驗(yàn)比較結(jié)果