【正文】 學 號 11780215 天津城建大學 電子系統(tǒng)綜合設計 設計說明書 IC 卡讀寫系統(tǒng)設計 起止日期： 2020 年 12 月 29 日 至 2020 年 1 月 23 日 學 生 姓 名 羅智健 班級 信科 2 班 成績 指導教師 ( 簽字 ) 計算機與信息工程 學院 2020 年 1 月 23 日 天津城建 大學 課程設計任務書 2020 — 2020 學年第 一 學期 計算機與信息工程 系 電子信息科學與技術 專業(yè) 信科 2 班 班級 課程設 計名稱： 電子系統(tǒng)綜合設計 設計題目： IC 卡讀寫系統(tǒng)設計 完成期限：自 2020 年 12 月 29 日至 2020 年 1 月 23 日共 4 周 設計依據、要求及主要內容（可另加附頁）： 一、課程設計的目的 在我們的日常生活中 ,IC 卡無處不在 —— 智能門鎖、考勤機、交通卡、銀行卡 ……IC 卡 應用非常廣泛。通過對課程設計任務的完成， 使學生掌握 IC 卡讀寫 的 工作 原理 ，并且能夠熟悉 單片機 的開發(fā)流程 和 基本的編程方法 ， 既鞏固 所學的 基礎理論知識， 又為學生日后從事開發(fā)設計奠定基礎。 二、課程設計的內容及要求 選擇合適的器件，了解元器件的工作原理，進行 IC 卡讀寫系統(tǒng)設計，完成 單片機最小系統(tǒng)設計。 單片機與 IC 卡讀寫器接口電路設計。 編寫 IC 卡讀寫控制程序，并有顯示功能。 書寫設計說明書。 三、參考資料： 何立民 . MCS51 單片機應用系統(tǒng)設計 . [M] 北京航天航空大學出版社 張開如 . 自動控制原理 . [M]北京大學出版社 . 趙新民 . 智 能儀器設計基礎 [M]哈爾濱工業(yè)大學出版社 指導教師 （簽字）： 系 主 任 （簽字）： 批準日期： 2020 年 12 月 18 日 目錄 第 1 章 緒論 ................................................................... 1 IC 卡的發(fā)展和應用使用情況 ............................................. 1 IC 卡應用技術 .......................................................... 1 課題中 IC 卡的設計目標 .................................................. 1 第 2 章 IC 卡芯片的介紹 ......................................................... 3 SLE4442IC 卡 ........................................................... 3 芯片特點 ......................................................... 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 硬件電路設計 ........................................................... 7 單片機系統(tǒng)電路 ......................................................... 7 接觸式 IC 卡的接口電路 .................................................. 8 串行通信電路 .......................................................... 11 鍵盤電路 .............................................................. 11 顯示電路 .............................................................. 12 第 4 章 軟件系統(tǒng)設計 .......................................................... 14 主程序 ................................................................ 14 鍵盤掃描子程序 ........................................................ 15 顯示子程序 ............................................................ 17 總結 ......................................................................... 19 參考文獻 ..................................................................... 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)展歷史和應用情況，說明了現代 IC 卡 技術的基礎知識，最后分析了目前常見的IC 卡讀寫器終端，并提出了本課題中 IC 卡讀寫器的設計目標。 IC 卡的發(fā)展和應用使用情況 卡片是作為個人身份識別的手段而引進的，而作為交易憑證的卡片則早在 19 世紀 80 年代就萌芽于英國了， 1950 年，美國商人設計了第一張現代的塑料信用卡， 1951 年美國富蘭克林銀行作為金融機構率先發(fā)行了信用卡，到 60 年代中期，人們在塑料金融交易卡的背面貼上磁條，發(fā)展成為能夠自動讀取信息進行在線處理的磁卡，磁卡因為結構簡單，價格低廉，得到迅速推廣。 IC 卡是近年從歐洲開始出現的， IC卡 具有突出的 3S 特點，即 Standard(國際標準化 )、 Smart(靈巧智能化 )、和 Security(安全性 )。因而發(fā)展迅速，在金融、通訊、交通等眾多領域中后來居上，即使那些磁卡已經普及應用的范圍也將被取而代之。IC 卡不僅改變了現有多種卡的使用方法和功能作用，還不斷開創(chuàng)出新的應用領域。將 IC 卡和其他設備組成系統(tǒng)就能提供非常豐富的服務功能，把這些功能與生產或流通領域有機地結合起來，將出現令人意想不到的奇跡，創(chuàng)造出巨大的經濟和社會效益。隨著信息技術的發(fā)展， IC 卡作為一種先進的信息存儲介質，它的應用己經滲透到各國的 經濟、社會生活、軍事等各個方面，將來更有著廣闊的發(fā)展空間。 IC 卡應用技術 IC 卡比磁卡存儲容量大，可靠性和安全性高，在應用上除了覆蓋磁卡的全部應用范圍以外，還提供了許多磁卡所不具備的應用特性。正是這些特性，使 IC 卡在脫機業(yè)務處理和聯網數據一致性等方面表現出前所未有的優(yōu)勢。 IC 卡雖然有很強的功能，但僅當 IC 卡加入到應用系統(tǒng)中，構成發(fā)行商、應用系統(tǒng)和持卡人之間的數據傳輸媒介時，才能有效地發(fā)揮其優(yōu)勢。一個好的 IC 卡應用系統(tǒng)，應具備良好的應用特性和性能價格比，還要有好的安全特性。 課題中 IC卡的 設計目標 讀寫器是 IC 卡應用系統(tǒng)的終端設備，只有通過讀寫設備才能和 IC 卡建立聯系，讀寫 IC 卡中的數據 。讀寫器一般還要求和信息網絡中的上位機進行通訊，把 IC 卡中的數據融入到上層數據庫。設計選擇讀寫器是建立 IC 卡應用系統(tǒng)的關鍵。 本文是就設計 IC 卡讀寫器展開的，課題的設計目標是一種通用的接觸式 IC 卡讀寫終端，要求讀寫器能夠單獨工作。 預期目標： ? 實現用戶信息的存儲 ? 通過鍵盤顯示電路實現人機交互 2 ? 實現卡的插入與退出識別 ? 實現偽卡的識別 3 第 2 章 IC卡芯片的介紹 SLE4442IC 卡 IC 卡是集成電路卡 (IntegratedC ircuit Card)的簡稱，有些國家和地區(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)性存儲器 (ROM, EPROM. EPROM),保護邏輯電路，甚至于 CPU。本節(jié)介紹 IC 卡的一些基本知識，使讀者對 IC 卡有一個大概的了解。由于本設計所采用的 IC 卡為接觸型邏輯加密卡（ SLE4442），所以本節(jié)的內容重點介紹此卡。 SLE4442 是由德國西門子公司設計的邏輯加密存儲卡。它具有 2K 位的存儲容量和完全獨立的可編程加密代碼存儲器。內部電壓提升電路保證了芯片能夠以單 5V 電壓供電，較大的存儲器容量能夠滿足應用領域的各種要求。是目前國內應用較多的一種 IC 卡芯片。 芯片特點 ? 面向字節(jié)尋址； ? 采用多存儲器結構 ：主存儲器、保護型存儲器、加密存儲器； ? 線連接協(xié)議，觸點和串行接口滿足 ISO7816 同步傳送協(xié)議； ? 芯片采用 NMOS 工藝技術，每字節(jié)的擦除 /寫入編程時間為 ； ? 復位響應（ ATR）符合 ISO/IEC78163 協(xié)議； ? 存儲器采用至少 10 000 次的擦除 /寫入周期，數據保持時間至少為 10 年； ? 額外特性：數據僅能在正確輸入 24 位可編程安全碼（安全存儲器）之后才能改變。 芯片的引腳配置 芯片的引腳與國際標準兼容，下表 31 是引腳的定義和功能說明： 表 21 SLE4442 引腳功能 引腳 卡 觸點 符號 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 復位 時鐘 未用 地 未用 雙向數據線（漏極開路） 未用 4 芯片功能 SLE4442IC 卡芯片主要包括三個存儲器： 256 8 位 EEPROM 型主存儲器、 32 1 位 PROM 型保護存儲器和 4 8 位 EEPROM 型加密存儲器。 1)主存儲器 :主存儲器為可重復擦除使用的 EEPROM 型存儲器。按字節(jié)尋址，擦除寫入。在擦除時，一個數據字節(jié) 的所有 8 位被全部置“ 1”。在寫入時，在 EEPROM 單元中的信息則根據輸入的數據，按字位方式變換成邏輯“ 0” (即在 EEPROM 中，新寫入的數據與原來存在的數據進行“邏輯與” )。通常，要改變一個數據需要先進行擦除再進行寫入兩項操作。如果在被尋址的字節(jié)中 8 位沒有一個字位需要從 0 變?yōu)?1，則可以不進行擦除處理。反之亦然，在被尋址的字節(jié)中，如果沒有一個字節(jié)需要從 1 變?yōu)?0，則可以不做寫入處理，寫入或擦除操作一次至少耗費 時間。 主存儲器的地址是從 00H 到 FFH。但主存儲器可分為兩個數據區(qū) :保護數據區(qū)和應用數據區(qū)， 保護數據區(qū)是主存儲器前 32 個字節(jié)數據區(qū)。其地址是從 0(00H)到 31(1FH)這部分的數據讀出不受限制，但擦除和寫入操作均受到保護存儲器內部數據狀態(tài)的限制。當保護存儲器中第 N 位為 0 時，則對應主存儲器中第 N個字節(jié)就不允許進行擦除和寫入操作。故保護數據區(qū)一般均作為 IC 卡的標識數據區(qū)，存放一些固定不變的標識參數。應用數據區(qū)為主存儲器后 224 個字節(jié)。其地址從 32(20H)到 255(FFH).這部分的數據讀出不受限制，但擦除和寫入受控于加密存儲器數據校驗比較結果