【正文】 論文） I 摘 要 在 IC 卡管理應(yīng)用系統(tǒng)中，作為 IC 卡數(shù)據(jù)讀寫的終端 IC 卡讀寫器是必不可少的 。 關(guān)鍵詞 ： 單片機 ； IC 卡 ； 控制系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計（論文） II ABSTRACT Being interface device of IC cards, the IC card readwrite terminal is necessary in all IC card information management systems. Besides fulfilling the base function of IC card data reading and writing, IC card readwrite terminals also need other functions such as collecting data transferring, user mand inputting and display message outputting, control interface providing, data encrypting and so on. To design a readwrite terminal with needed functions and excellent performance is a key to posing an efficient IC card management application system. This paper introduces the designing of a type IC card readwrite terminal mainly. The terminal is a MCU embedded application paper has introduced the reading and writing technique of IC card paper has specified the software and hardware realization of IC card data reading and writing on the base of SLE4442 which is a kind of Smart Card with Security Logic made by SIEMENS. Keyword: Micro controller unit 。正是這些特性，使 IC 卡在脫機業(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。 IC 卡不僅改變了現(xiàn)有多種卡的使用方法和功能作用，還不斷開創(chuàng)出新的應(yīng)用領(lǐng)域。法國作為 IC 卡的誕生 地，也是 IC 卡應(yīng)用的先驅(qū)。當前，金融中已開始用 IC 卡取代磁卡。在港臺方面，臺灣發(fā)展 IC卡不僅在于臺灣本身的應(yīng)用，還在于要發(fā)展成為世界上最重要的 IC 卡生產(chǎn)基地。另外還有大大小小 80 個網(wǎng)絡(luò)支持著300 萬臺閱讀器組成的信用卡 /儲蓄卡網(wǎng)絡(luò)。預計在未來的十年中，按金卡工程的總目標為 2 億張卡估算，如果到 2020年，在 3 億城市人日中推廣信用卡，若人均一張就是 3 億張卡， IC 卡所需芯片達3 億張。 IC 卡雖然有很強的功能，但僅當 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，才能有效地發(fā)揮其優(yōu) 勢。隨著時間的推移，應(yīng)用范圍還在不斷擴大，使用 IC 卡的數(shù)量呈幾何級數(shù)增長。應(yīng)用 設(shè)備可以在脫離網(wǎng)絡(luò)的情況下，不需要人工干預，即可對 IC 卡進行鑒別，以確定該卡是否是本系統(tǒng)所許可的，是否可在該應(yīng)用場合中使用等。在磁卡系統(tǒng)中，這組檔案存放在中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)，持卡人每次使用都需通過終端，以網(wǎng)絡(luò)形式從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中提出那份與自己相關(guān) 的檔案。 明卡使用，如身份證、駕駛執(zhí)照、會員卡等。還可用于公路付費和停車付費等場合。 卡在門禁系統(tǒng)、設(shè)備使用等情形中，以鑰匙卡的形式出現(xiàn)，使 “鎖 ”有了新的一個層次定義。如果插入的是一張電源與地擊穿的壞卡，或是一個金屬片之類的物質(zhì)，就會造成供電回路的短路現(xiàn)象，若 IC 卡接口設(shè)備中無過流保護回路，就會干擾整個設(shè)備的正常工作。當 IC 卡處于供電狀態(tài)時，整個接日電路接通，接口設(shè)備與 IC 卡間構(gòu)成邏輯通路 :而當 IC 卡處于下電狀態(tài)時，上拉電阻 R 的源端失去了供電，整個與卡接 口 的電路均處于不帶電狀態(tài)。內(nèi)部電壓提升電路保證了芯片能夠以單 5V 電壓供電，較大的存儲器容量 能夠滿足應(yīng)用領(lǐng)域的各種要求， 是目前國內(nèi)應(yīng)用較多的一種 IC 卡芯片。 10000 次的擦除 /寫入周期，數(shù)據(jù)保持時間至少為 10 年。在擦除 時 ，一個數(shù)據(jù)字節(jié)的所有 8 位被全部置 “1”。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。其地址是從 0(00H)到 31(1FH)。應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)為主存儲器后 224個字節(jié)。這個新輸入 的 “校驗字 ”與原來存在在加密存儲器中的 “參照字 ”進行一對一的比較。這時整個主存儲器變成一個只讀存儲器。保護存儲器從 032 的每一位對 應(yīng)著住存儲器地址從0 到 31 的每個字節(jié)。保護存儲器每個被寫 “0”的單元所對應(yīng)控制的主存儲器的字節(jié)單元將不再接收任何擦除和寫入命令，從而使得改字節(jié)單元的數(shù)據(jù)不可再改變。當輸入的 “校驗字 ”與芯片內(nèi)的 “參照字 ”一致，則可以執(zhí)行后續(xù)的寫入操作。密碼輸入錯誤計數(shù)器的有效位是低 3 位。如果還有 “1。只要計數(shù)器的內(nèi)容不全為 0，則芯片的比較 “校驗字 ”操作還允許進行。值得注意的是 :這 3 個字節(jié)的內(nèi)容在 PSCEr 較成功前是不可讀的，只能進行比較操作。獨立型讀寫器要求可以脫離上位機獨立工作，所以讀寫器要提供鍵盤和顯示功能作為用戶界面。本文所介紹的 IC 卡讀寫器是通過使用智能芯片 AT89C51及其外部接口來實現(xiàn)的。 IC 卡接口電路主要由 IC 卡片座構(gòu)成，本系統(tǒng)的 IC 卡卡座是采用帶滑動觸點的卡座 .它有一對常開觸點，用來檢測 IC 卡是否插人卡座。 128 字節(jié) RAM,32 條 I/O 線。 本讀寫器系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)是采用的 MCS51 的指令系統(tǒng)來進行編程的。如果能進行各種交易，待 交易完成之后將數(shù)據(jù)送往中央主機 (讀寫器管理中心 )。采用這種存儲器結(jié)構(gòu)主要考慮到單片機的控制特點，即需要較大的程序存儲空間和較小的隨機數(shù)存儲空間。為了解決實際允許的引腳數(shù)和需要的引腳數(shù)之間的矛盾，單片機的引出線一般都設(shè)計為多功能型。要理解單片機的工作原理，必須對這些特殊功能寄存器的工作過程有清楚的了解。用戶可根據(jù)需要將它設(shè)定為移位寄存器方式，以擴充 I/O 接口和外接同步輸入、輸出設(shè)備；或用作異步通信接口，以實現(xiàn)雙機或多機通信。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 共 35 頁 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖 所示，它包括 CPU、存儲器（ ROM、 RAM）、I/O 接口、定時 /計數(shù)器、中斷控制器等。 片內(nèi) FlashROM，片內(nèi)外程序存儲器尋址范圍 64KB。 個全雙工串行接口。 。 （ 2）矩陣式鍵盤由 P1 口來控制， ， ， ， 接行線， 、 、 接列線。 （ 4） P0 口設(shè)計為 與 IC 卡卡座的接口， AT89C51 單片機通過 IC 卡座完成單片機與 IC 卡的連接。鍵盤的軟硬件設(shè)計涉 及下面幾個方面的問題 : (1)按鍵的確認 鍵的閉合與否反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示斷開，那么低電平則表示閉合，通過電平的高低狀態(tài)的檢測便可確認鍵按下與否。軟件消抖是在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時程序 (一般幾十毫秒 )再確認該鍵 是否仍閉合，如果還是閉合狀態(tài)則確認該鍵按下，從而消除抖動和干擾影響 。這種方法電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵需占用一根輸入口線，I/O 資源浪費大。 (3)鍵盤的工作方式 鍵盤掃描只是 CPU 的工作內(nèi)容之一， CPU 在忙于各項工作時，如何處理鍵盤的輸入取決于鍵盤的工作方式，鍵盤工作方式的選擇應(yīng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中 CPU 工作的忙、閑情況而定。使用中斷方式時，在沒有鍵按下時，不占用 CPU 處理時間，只有當有鍵按下時產(chǎn)生鍵盤中斷，由中斷程序識別鍵并執(zhí)行功能程序，這種方式使用最多。非編碼鍵盤硬件電路極為簡單。其他幾個空白鍵，留待后續(xù)開發(fā)使用。由于矩陣鍵盤中行、列線為 多鍵共用，因此只有配和行列線才能確定閉合鍵的位置。每個按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量 “0”和 “1”。 （ 4）判斷閉合鍵是否釋 放，如沒釋放則繼續(xù)等待。 。 按下述 4 種組合依次輸出： 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 在每組行輸出時讀取 ，若全為 “1”，則表示為 “0”這一行沒有鍵閉 合，否則有鍵閉合。前面兩種顯示器使用最多，下面就 LED 顯示器的基本原理和使用方法做簡要說明。 LED 顯示方式分靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。 LED 動態(tài)顯示時，為了簡化硬件電路，通常將所有的段選線并聯(lián)在一起，由一個 (C7 段 LED)或兩個 (“米 ”字段 LED)8 位 I/O控制，形成段選線的多路復用。由于人眼的視覺暫留，只要每位顯示間隔足夠短，如此循環(huán)就可以使各位顯示出將要顯示的字符，達到顯示目的。在動態(tài)顯示電路中， CPU定時對各個顯示器進行掃描，每次只能使一個器件顯示，這樣可大大節(jié)省 I/O口，且大大減少了功耗。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高、較穩(wěn)定的顯示。數(shù)碼管原理圖如圖 所示： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 共 35 頁 A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR9abcdefgdpU41 64 _ S M GabcdefgdpP 20P 21V C CT19 01 3T29 01 3T39 01 3T49 01 3R31KR41KR51KR61KP22P23P24P25a b c d e f g dp12 34 567891011124a b c d e f g dpC O M 1 C O M 2 C O M 3 C O M 41 2 3D S 1S M G 4 圖 顯示電路示意圖 數(shù)碼管顯示子 程序： 顯示按鍵內(nèi)容：根據(jù)前面設(shè)計的硬件模塊，單片機對數(shù)碼管進行動態(tài)掃描。i4。 p。需要注意的是 ,在使用比較校驗數(shù)據(jù)命令時 ， 必須嚴格執(zhí)行 ， 任何變動都會導致失敗 ， 以至于不能進行擦除 、 寫操作。 I/O 線上數(shù)據(jù)變化只在 CLK 信號的下降沿才有效。在第 33 個時鐘脈沖的下降沿， I/O 線被置成高狀態(tài)而關(guān)閉。 ： I / O0 1 2C L Kn 圖 圖數(shù)據(jù)處理模式時序圖 處理模式是 IC 卡作內(nèi)部處理的模式，時序如圖 所示。 對 IC 卡操作的軟件編寫，主要是編好 IC 卡的復位及命令模式、輸出數(shù)據(jù)模式、處理模式共 四個子程序，編程時， 嚴格按照 上述 Siemens 公司提供的 SLE4442操作時序圖 進行編寫。這里從系統(tǒng)設(shè)計的角度考察一下對安全性問題的處理。而對一個終端設(shè)備來說，其自身可能無法判斷與之打交道的信號是來自真正的合法 IC 卡，還是來自非法的模擬信號。 冒充合法持卡人使用 IC 卡 ： 在 IC 卡使用過程中，由于被盜竊或遺失，使得非授權(quán)持卡人可能冒充合法持卡人使用 IC 卡，并利用其他設(shè)備來跟蹤探測 IC 卡的密碼，以便獲取卡內(nèi)資金和資料信息或欺騙打開各種受控設(shè)備。 對終端設(shè)備誤操作 ： 對終端設(shè)備的操作，可能是由完全無相應(yīng)知識的人員來進行的。 IC 卡的費用遠大于獲取的利益。 （ 1）對持卡人和卡的合法性的相互檢驗 使用邏輯加密卡實際就能在一定程度上保證持卡人的合法身份。邏輯加密卡的使用有效的保證了 IC卡不被非法盜用。使得非法用戶和遺失的 IC 卡馬上不能進入系統(tǒng)使用，保證了發(fā)卡機構(gòu)和合法用戶的利益。 （ 4） 檢驗數(shù)據(jù)的完整性 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 共 35 頁 通過約定的算法對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行完整性檢驗，確保數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中 沒有被篡改，進一步保證數(shù)據(jù)通訊的安全，也可以避免因通訊錯誤而造成的不利影響?？傊?， IC 卡技術(shù)還有一廣闊的發(fā)展空間和美好的發(fā)展前景。也代表著這些領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。讀寫終端中使用了硬件加密電路對待 上 傳的數(shù)據(jù)進行 DFS 加密計算，密鑰可通過Inter 網(wǎng)設(shè)定。但是在一般使用場合，如機房管理，根據(jù)上面的第二個安全性原則，這樣的安全措施已經(jīng)夠了。持卡人通過輸入身份驗證碼 PIN 來證明自己是 IC 卡的合法使用者， PIN碼的輸入最多只有 3 次機會，如果 3 次都沒有輸入正確的 PIN，卡片將永遠作廢，無法再重復使用。在投入使用之前應(yīng)進行安全性的檢查和認證，對系統(tǒng)可能受到的攻擊進行分析，并采取有效的措施防止因安全問題而造成系 統(tǒng)使用者的損失，這種過程應(yīng)該是全方面的，包