【文章內容簡介】 路 (OC)輸出及非箱位保護式輸入結構，如 圖 所示。上拉電阻 R 源端與 IC 卡的供電電源相連接。當 IC 卡處于供電狀態(tài)時，整個接日電路接通，接口設備與 IC 卡間構成邏輯通路 :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)。所有的 IC 卡接口部分都加入了箱位保護二極管，這些箱位二極管可以使各引腳上的電壓嚴格地限定在 VDVCCVD 之間 (VD 是擠位二極管的正向壓降，通常為 左右 )。這樣，可以抑制由于線路干擾和邏輯電平變化的邊沿產(chǎn)生抖動畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 共 35 頁 所帶來的瞬問過壓，為 IC 卡提供了進一步的保護措施。 I C C A R D數(shù) 據(jù) 輸 出I C 卡 供 電 電 路R 圖 IC 卡的 卡座 接口電路 SLE4442 芯片 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。 芯片的特點 。 線連接協(xié)議，串行接口滿足 ISO7816 同步傳送協(xié)議。 NMOS 工藝技術，每字節(jié)的擦除 /寫入編程時間為 。 10000 次的擦除 /寫入周期，數(shù)據(jù)保持時間至少為 10 年。 芯片的引腳配置 芯片的引腳與國際標準兼容， 表 是引腳的定義和功能說明 : 畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 共 35 頁 表 芯片引腳功能 18765423引 腳 卡 觸 點C 8C 7C 6C 5C 4C 3C 2C 1符 號未 用雙 向 數(shù) 據(jù) 線 ( 漏 極 開 路 )地N CI / ON CG N D功 能未 用N C未 用時 鐘操 作 電 壓 （ 5 V ）復 位R S TV c cC L KC 1C 2C 3C 4C 5C 6V c cR S TC L KG N DN CI / OI C 卡C 7C 8N CN C 圖 SLE4442 芯片引腳 圖 芯片的功能 SLE4442IC 卡芯片主要包括三個存儲器 ： 2568 位 EEPROM 型主存儲 器、 321位 PROM 型保護存儲器和 48 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(shù)據(jù)字節(jié)的所有 8 位被全部置 “1”。在寫入 時，在畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 共 35 頁 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，新寫入的數(shù)據(jù)與原來存在的數(shù)據(jù)進行 “邏輯與 ”)。通常，要改變 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)區(qū) :保護數(shù)據(jù)區(qū)和應用數(shù)據(jù)區(qū)。保護數(shù)據(jù)區(qū)是主存儲器前 32 個字節(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，但擦除和寫入操作均受到保護存儲器內部數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)區(qū)一般均作為 IC一片的標識數(shù)據(jù)區(qū)，存放一些固定不變的標識參數(shù)。應用數(shù)據(jù)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(shù)據(jù) 讀出不受限制，但擦除和寫入受控于加密存儲器數(shù)據(jù)校驗比較結果的影響。當需要修改應用數(shù)據(jù)區(qū)的內容時，必須首先輸入一個 3 字節(jié)長的 “校驗字 ”。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。只有當兩者完全一致時，芯片的加密控制邏輯才打開芯片的主存儲器，允許后而的擦除和寫入操作。芯片允許在有限的次數(shù)內重試比較操作。如果在連續(xù)三次比較失敗之后，芯片的錯誤計數(shù)器計數(shù)到 “0，并將鎖死主存儲器，禁止隨后的任何比較操作和寫入擦除操作。這時整個主存儲器變成一個只讀存儲器。芯片中各存儲器的內容不能再改變。 （ 2） 保護存儲器 :保護存儲器是一個 321 位的一次性可編程只讀存儲器 (PROM)。它是按字位方式尋址和寫入。保護存儲器從 032 的每一位對 應著住存儲器地址從0 到 31 的每個字節(jié)。因此可以理解為每個字節(jié)單元的控制熔絲。從出廠到被初始化之前，保護存儲器的狀態(tài)為全 “1。從控制方面來說，保護存儲器的內容只能從“1”寫成 “0而不能從 “0”擦除成 “1。保護存儲器每個被寫 “0”的單元所對應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。從使用方面來講，如果需要防止一些固定的標識參數(shù)被改動，不至于引起混亂，可以將這類參數(shù)先寫入主存儲器的保護存儲區(qū)，然后將對應單元的保護存儲器的字位寫位 “0，從而使這一部分單元中的 參數(shù)內容永遠不可更改。保護存儲器本身的讀出操作不受限制。但對其寫入操作仍然受到加密存儲器比較校驗操作結果的控制。當輸入的 “校驗字 ”與芯片內的 “參照字 ”一致，則可以執(zhí)行后續(xù)的寫入操作。如果比較不成功，則控制邏輯將閉鎖保護存儲器。 （ 3） 加密存儲器 :加密存儲器是一個 48 位的 EEPROM 型存儲器。在這個存儲器中，第 0 字節(jié)為密碼輸入錯誤計數(shù)器。密碼輸入錯誤計數(shù)器的有效位是低 3 位。在芯片初始化時，計數(shù)器設置成 “111。這一字節(jié)是可讀的。每次比較密碼時，先畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 共 35 頁 判斷計數(shù)器中是否還有 “1。如果還有 “1。則將其中一個 “1”寫成 “0，然后進行比較 “校驗字 ”操作。如果比較結果一致，密碼錯誤計數(shù)器將允許進行擦除操作 (芯片不能自動進行擦除操作 )，同時打開主存儲器、保護存儲器和加密存儲器，并允許進行擦除和寫入操作。如果比較結果不一致，則密碼錯誤計數(shù)器中為 “1”的個數(shù)將減少一位。只要計數(shù)器的內容不全為 0，則芯片的比較 “校驗字 ”操作還允許進行。當密碼計數(shù)器減數(shù)為零，則芯片的存儲單元將全部鎖死。加密存儲器的第 1， 2，3 字節(jié)為 “參照字 ”存儲區(qū)。這 3 個字節(jié)的內容作為一個整體被稱為可編程加密代碼(PSC)。值得注意的是 :這 3 個字節(jié)的內容在 PSCEr 較成功前是不可讀的，只能進行比較操作。而 “寫入、擦除 ”操作也受自身 “比較 ”操作結果的控制。只有當 “比較 ”成功，加密存儲器各字節(jié)內容 才 可以進行讀出、寫入和擦除。 畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 共 35 頁 第三章 系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn) 一個完整的 IC 卡讀寫終端除了完成基本的 IC 卡數(shù)據(jù)讀寫功能，還要提供其他功能。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。 人機界面是用戶是對設備進行操作和控制的接口，用戶根據(jù)顯示的提示，使用鍵盤輸入命令，從顯示得到設備輸出的 結果。 讀寫終端整體結構設計 讀寫器相對于 IC 卡來說就是一種外部接口設備。對一個具有一般功能的讀寫器來說，它必須有顯示模塊，輸人模塊以及其它輔助模塊。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。它包括鍵盤輸人模塊，數(shù)碼管顯示模塊， IC 卡接口模塊等。其構成框圖如圖 所示。 矩 陣 鍵 盤顯 示 模 塊I C 卡 卡 座C P UA T 8 9 C 5 1卡 座供 電 電 路C P U輔 助 電 路 圖 讀寫器方框原理圖 在本系統(tǒng)中，鍵盤輸人模塊電路簡單，占用 中央處理器端口少。 IC 卡接口電路主要由 IC 卡片座構成，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。這種拔插式卡座的優(yōu)點是電路接觸良好，通信可靠，但是不適于刷卡頻繁的場合。顯示模塊是通過數(shù)碼管 LED 來顯示。AT89C51 是一種低功耗，高性能的 8 位 CMOS 微控制器，它是整個讀寫器的核心，它內含有 4k 字節(jié)的閃電存儲器 (FLASH MEMERY)。 128 字節(jié) RAM,32 條 I/O 線。兩個 16 位定時 /計數(shù)器，五源兩級中斷結構 ， 全雙工串行口。片內振蕩器及時鐘電路等等。這種器件是 以 ATMEL高密度不揮發(fā)存儲技術制造，與工業(yè)標準 MCS51畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 共 35 頁 指令系統(tǒng)和引腳完全兼容片內閃電存儲的程序代碼或數(shù)據(jù)可在線寫人，亦可通過常規(guī)的編程器編程。 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。軟件的工作原理是 ： 讀寫器上電復位之后，等待用戶刷卡，一旦讀寫器檢測到 IC 卡后，讀寫器開始讀卡，讀出卡號。此時，用戶可以通過鍵盤輸人密碼，然后，讀寫器系統(tǒng)開始校驗密碼，如果密碼正確，則各種交易可以進行了。如果不正確，本系統(tǒng)將允許用戶有三次輸入密碼的機會，否則 IC 卡將永久損壞。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 )。這樣一次交易完成，系統(tǒng)回到最初的等待狀態(tài)。 控制芯片 AT89C51 AT89C51 單片機在存儲器結構上，嚴格地將程序存儲器（ ROM）和數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）在空間上分開，并使用不同的尋址方式和地址指針。 ROM 用來存放調試好的程序指令、常數(shù)及數(shù)據(jù)表格， RAM 則用來存放少量的隨機數(shù)據(jù)。采用這種存儲器結構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。由于集成度的限制，在單片機內 的存儲器容量不會很大，但允許用戶在片外擴展存儲器。因此， CPU 可以進行操作的存儲器可分為內部程序存儲器、外部程序存儲器及內部數(shù)據(jù)存儲器、外部數(shù)據(jù)存儲器。單片機芯片上集成了很多的元器件，需要的引腳就很多，但由于工藝和成品率等原因，芯片上的引腳又不能太多。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計為多功能型。每條引線在某一時刻起什么作用，由指令和機器狀態(tài)決定。因此，單片機對外并不存在專用的數(shù)據(jù)總線和地址總線，而是采用分時復用技術來解決片外數(shù)據(jù)和地址的傳送問題。在單片機中，有 21 個 頗具特色的特殊功能寄存器 SFR。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。正是由于有了 SFR，才使一個只有 40 個腳封裝的單片機系統(tǒng)的功能獲得很大的擴充，并使 I/O 口在程序的控制下具有第二功能。利用 SFR 還可以完成對定時 /計數(shù)器、串行口和中斷的控制。單片機的另一個特點是在其內部有一個全雙工的串行接口，在程序的控制下，串行口能工作于四種方式。用戶可根據(jù)需要將它設定為移位寄存器方式，以擴充 I/O 接口和外接同步輸入、輸出設備；或用作異步通信接口，以實現(xiàn)雙機或多機通信。因此，單片機能很方便地組成分布式控制系統(tǒng)。最后，在單片機內部有一個能進行獨立操作的位處理器，它有自己的累加器以及可尋址的 RAM、特殊功能寄存器和 I/O 口，并設有專門的按位操作的指令。利用這些功能，可以方便地進行組合邏輯設計和用軟件模擬組合邏輯的功能，這一點在工業(yè)控制中十分有用。 畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 共 35 頁 AT89C51 內部結構方框圖如圖 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。這些部件集成在一塊芯片內，片內各功能部件通過內部總線相互連。 中 斷 控 制 器C P UO S C總 控 制 器串 行 口4 K BR O M1 2 K BR A M4 個 I / O 口定 時 器 / 計 數(shù) 器C / T 0 , C / T 1T 0 T 1R X D T X DP 0 P 1 P 2 P 3A L E X T A L 1X T A L 2P S E N R DW R I N T 0 I N T 1 圖 89C51內部結構 主要功能部件 89C51 的主要功能部件包括： 位 CPU。 ：振蕩頻率 0Hz~24MHz。 片內 FlashROM，片內外程序存儲器尋址范圍 64KB。 片內 RAM，片外數(shù)據(jù)存儲器尋址范圍 64KB。 個專用存儲器。 個 8 位并行 I/O 接口： P0， P1， P2， P3。 個全雙工串行接口。 個 16 位定時 /計數(shù)器 C/T0、 C/T1。 個中斷源，可編為二個優(yōu)先級。 條指令，含乘、除法各 1 條。 。 +5V 電源。