【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 址的字節(jié)中8位沒(méi)有一個(gè)字位需要從0變?yōu)?，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)?，則可以不做寫(xiě)入處理。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)果的影響。當(dāng)需要修改應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容時(shí)，必須首先輸入一個(gè)3字節(jié)長(zhǎng)的“校驗(yàn)字”。這個(gè)新輸入的“校驗(yàn)字”與原來(lái)存在在加密存儲(chǔ)器中的“參照字”進(jìn)行一對(duì)一的比較。只有當(dāng)兩者完全一致時(shí)，芯片的加密控制邏輯才打開(kāi)芯片的主存儲(chǔ)器，允許后面的擦除和寫(xiě)入操作。芯片允許在有限的次數(shù)內(nèi)重試比較操作。如果在連續(xù)三次比較失敗之后，芯片的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“0”，并將鎖死主存儲(chǔ)器，禁止隨后的任何比較操作和寫(xiě)入擦除操作。這時(shí)整個(gè)主存儲(chǔ)器變成一個(gè)只讀存儲(chǔ)器。芯片中各存儲(chǔ)器的內(nèi)容不能再改變。2）保護(hù)存儲(chǔ)器是一個(gè)321位的一次性可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）。它是按字位方式尋址和寫(xiě)入。保護(hù)存儲(chǔ)器從0~32的每一位對(duì)應(yīng)著主存儲(chǔ)器地址從0到31的字節(jié)。因此可以理解為每個(gè)字節(jié)單元的控制熔絲。從出廠到被初始化之前，保護(hù)存儲(chǔ)器的狀態(tài)為全“1”。從控制方面來(lái)說(shuō)，保護(hù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容只能從“1寫(xiě)成“0”而不能從“0”擦除成“1”。保護(hù)存儲(chǔ)器每個(gè)被寫(xiě)“0”的單元所對(duì)應(yīng)控制的主存儲(chǔ)器的字節(jié)單元將不再接收任何擦除和寫(xiě)入命令，從而使得該字節(jié)單元的數(shù)據(jù)不可再改變。從使用方面來(lái)講，如果需要防止一些固定的標(biāo)識(shí)參數(shù)被改動(dòng)，可以將這類(lèi)參數(shù)先寫(xiě)入主存儲(chǔ)器的保護(hù)存儲(chǔ)區(qū)，然后將對(duì)應(yīng)單元的保護(hù)存儲(chǔ)器的字位寫(xiě)位“0”，從而使這一部分單元中的參數(shù)內(nèi)容永遠(yuǎn)不可更改。保護(hù)存儲(chǔ)器本身的讀出操作不受限制。但對(duì)其寫(xiě)入操作仍然受到加密存儲(chǔ)器比較校驗(yàn)操作結(jié)果的控制。當(dāng)輸入的“校驗(yàn)字”與芯片內(nèi)的“參照字”‘一致，則可以執(zhí)行后續(xù)的寫(xiě)入操作。如果比較不成功，則控制邏輯將閉鎖保護(hù)存儲(chǔ)器。3)加密存儲(chǔ)器:加密存儲(chǔ)器是一個(gè)48位的EEPROM型存儲(chǔ)器。在這個(gè)存儲(chǔ)器中，第0字節(jié)為“密碼輸入錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器”(EC)。密碼輸入錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的有效位是低3位。在芯片初始化時(shí)，計(jì)數(shù)器設(shè)置成111。這一字節(jié)是可讀的。每次比較密碼時(shí)，先判斷計(jì)數(shù)器中是否還有“1”。如果還有“1”，則將其中一個(gè)“1”寫(xiě)成“0”，然后進(jìn)行比較“校驗(yàn)字”操作。如果比較結(jié)果一致，密碼錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器將允許進(jìn)行擦除操作(芯片不能自動(dòng)進(jìn)行擦除操作)，同時(shí)打開(kāi)主存儲(chǔ)器、保護(hù)存儲(chǔ)器和加密存儲(chǔ)器，并允許進(jìn)行擦除和寫(xiě)入操作。如果比較結(jié)果不一致，則密碼錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器中為“1”的個(gè)數(shù)將減少一位。只要計(jì)數(shù)器的內(nèi)容不全為0，則芯片的比較“校驗(yàn)字”操作還允許進(jìn)行。當(dāng)密碼計(jì)數(shù)器減數(shù)為零，則芯片的存儲(chǔ)單元將全部鎖死。加密存儲(chǔ)器的第1,2,3字節(jié)為“參照字”存儲(chǔ)區(qū)。這3個(gè)字節(jié)的內(nèi)容作為一個(gè)整體披稱為可編程加密代碼(PSC)。值得注意的是:這3個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在PSC比較成功前是不可讀的，只能進(jìn)行比較操作。而“寫(xiě)入、擦除”操作也受自身“比較”操作結(jié)果的控制。只有當(dāng)“比較”成功，加密存儲(chǔ)器各字節(jié)內(nèi)容才可以進(jìn)行讀出、寫(xiě)入和擦除。 SLE4442芯片傳送協(xié)議傳送協(xié)議是在接口設(shè)備IFD與IC卡的集成電路之間的兩線連接協(xié)議，SLE4442芯片的協(xié)議類(lèi)型為S=10(同步卡協(xié)議)。I/O線上數(shù)據(jù)變化只在CLK信號(hào)的下降沿才有效。傳送協(xié)議包括4種模式:l 復(fù)位和復(fù)位響應(yīng)l 命令模式l 輸出數(shù)據(jù)模式l 處理模式1)復(fù)位和復(fù)位響應(yīng):復(fù)位響應(yīng)是根據(jù)ISO 78163標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行的。在操作期間的任何時(shí)候都可以復(fù)位。當(dāng)RST線從H狀態(tài)置到L狀態(tài)時(shí)，第一個(gè)數(shù)據(jù)位的內(nèi)容被送到I/O線上。若連續(xù)輸入32個(gè)時(shí)鐘脈沖，主存儲(chǔ)器中的前4個(gè)字節(jié)地址單元中的內(nèi)容被讀出。在第33個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿，I/O線被置成H狀態(tài)而關(guān)閉。圖31為芯片復(fù)位即復(fù)位響應(yīng)的時(shí)序關(guān)系。在復(fù)位響應(yīng)期間，“啟動(dòng)”和“停止”(見(jiàn)下面)狀態(tài)被忽略。圖31芯片復(fù)位及復(fù)位響應(yīng)的時(shí)序關(guān)系2)命令模式:復(fù)位響應(yīng)之后，芯片等待著命令。每條命令都以一個(gè)“啟動(dòng)狀態(tài)”開(kāi)始。整個(gè)命令包括三個(gè)字節(jié)(命令含義后面解釋)。隨后緊跟著一個(gè)附加脈沖并用一個(gè)“停止?fàn)顟B(tài)”來(lái)結(jié)束操作。圖32為命令模式時(shí)序關(guān)系。啟動(dòng)狀態(tài):在CLK為H狀態(tài)期間，I/O線的下降沿為啟動(dòng)狀態(tài)。停止?fàn)顟B(tài):在CLK為H狀態(tài)期間，I/O線的上升沿為停止?fàn)顟B(tài)。在接受一個(gè)命令之后，有兩種可能的模式:輸出數(shù)據(jù)模式(即讀數(shù)據(jù)模式)和處理數(shù)據(jù)模式。圖32命令模式的時(shí)序關(guān)系3) 輸出數(shù)據(jù)模式：這種模式是將IC卡芯片中的數(shù)據(jù)傳送給外部接口設(shè)備的一種操作。圖33為輸出數(shù)據(jù)模式的時(shí)序關(guān)系。在第一個(gè)CLK脈沖的下降沿之后，I/O線上的第一位數(shù)據(jù)變?yōu)橛行?。隨后每增加一個(gè)時(shí)鐘脈沖，芯片內(nèi)部的一位數(shù)據(jù)被送到I/O線上。其輸出的順序是從每個(gè)字節(jié)的最低位開(kāi)始。當(dāng)所需要的最后一個(gè)數(shù)據(jù)送出以后，需要再附加一個(gè)時(shí)鐘脈沖來(lái)把I/O線置成H狀態(tài)，以便準(zhǔn)備接受新的命令。在輸出數(shù)據(jù)期間，任何“啟動(dòng)狀態(tài)”和“停止?fàn)顟B(tài)”均被屏蔽掉。圖33輸出數(shù)據(jù)模式的時(shí)序關(guān)系4) 處理數(shù)據(jù)模式:這種模式是對(duì)IC卡芯片做內(nèi)部處理。圖34為處理數(shù)據(jù)模式的時(shí)序關(guān)系。芯片在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿將I/O從H狀態(tài)拉為L(zhǎng)狀態(tài)并開(kāi)始處理。此后芯片在內(nèi)部連續(xù)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，直到第N個(gè)時(shí)鐘脈沖之后的附加時(shí)鐘脈沖的下降沿I/O線被再次置高，完成芯片的處理過(guò)程。在整個(gè)處理過(guò)程中I/O線被鎖定成低狀態(tài)。圖34處理數(shù)據(jù)模式的時(shí)序關(guān)系 芯片的操作命令 1)命令的格式:每條命令包含三個(gè)字節(jié)，其順序如下:MSB控制字 LSBMSB地址字 LSBMSB數(shù)據(jù)字 LSBB7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0A7 A6A5 A4 A3 A2 A1 A0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D0命令的傳送總是從控制字節(jié)開(kāi)始。首先傳送字節(jié)的最低位LSB(即B0)。控制字節(jié)傳送完畢以后，依次傳送地址字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)，傳送順序均從各字節(jié)最低位開(kāi)始。在最后一位D7傳送完成之后，需要增加一個(gè)附加脈沖把I/O線置成高狀態(tài)。SLE4442芯片具有七種命令，其格式和功能見(jiàn)下表32表32命令格式及功能字節(jié)1（控制）字節(jié)2（地址）字節(jié)3（數(shù)據(jù)）功能命令模式30H38 H34 H3B H31 H39 H33 H地址數(shù)地址數(shù)無(wú)效地址數(shù)無(wú)效地址數(shù)地址數(shù)無(wú)效輸入數(shù)據(jù)無(wú)效輸入數(shù)據(jù)無(wú)效輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)讀存儲(chǔ)器修改存儲(chǔ)器讀保護(hù)存儲(chǔ)器寫(xiě)保護(hù)存儲(chǔ)器讀加密存儲(chǔ)器修改加密存儲(chǔ)器比較校驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)模式處理模式輸出數(shù)據(jù)模式處理模式輸出數(shù)據(jù)模式處理模式處理模式2)有關(guān)命令的說(shuō)明:l 讀主存儲(chǔ)器:該命令是指讀出主存儲(chǔ)器的內(nèi)容。該命令的控制字為(30H)。對(duì)于每個(gè)字節(jié)來(lái)說(shuō)總是從最低位開(kāi)始讀出。從給定的字節(jié)地址(N)開(kāi)始，直到整個(gè)存儲(chǔ)器的末尾。在該命令輸入以后，接口設(shè)備IFD必須提供足夠的時(shí)鐘脈沖。對(duì)于從地址(N)開(kāi)始讀數(shù)據(jù)所需要的時(shí)鐘脈沖的數(shù)量M=(256N)8+1。對(duì)主存儲(chǔ)器做讀操作不受限制。l 讀保護(hù)存儲(chǔ)器:該命令的控制字為(34H).在連續(xù)輸入32個(gè)時(shí)鐘脈沖情況下，芯片將保護(hù)存儲(chǔ)器內(nèi)各位內(nèi)容傳送到I/O線上。最后一個(gè)附加時(shí)鐘將I/O線置為H狀態(tài)。對(duì)保護(hù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀取操作不受限制。l 讀加密存儲(chǔ)器:該命令類(lèi)似于讀保護(hù)存儲(chǔ)器那樣，可以讀出4個(gè)字節(jié)的加密存儲(chǔ)器的內(nèi)容。在輸出數(shù)據(jù)模式下，所需時(shí)鐘脈沖的數(shù)量為32。其后再附加一個(gè)時(shí)鐘脈沖將I/O線置成高狀態(tài)。如果可編程加密代碼（PSC）的校驗(yàn)不成功(除第0字節(jié)可讀除外)，I/O線總保持低狀態(tài)。l 修改主存儲(chǔ)器:該命令就是根據(jù)所傳送地址字節(jié)數(shù)據(jù)，尋址主存儲(chǔ)器的EEPROM字節(jié)，然后修改字節(jié)內(nèi)容。該命令的控制字為(38H)。在處理模式期間，可能有幾種情況：——擦除和寫(xiě)入至少需要5ms——只寫(xiě)入不擦除，——只擦除不寫(xiě)入，l 修改加密存儲(chǔ)器:該命令是根據(jù)所傳送的字節(jié)數(shù)和要修改的數(shù)據(jù)，將加密存儲(chǔ)器中相應(yīng)字節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行修改。該命令的控制字為(39H)，該命令只能在可編程加密代碼 (PSC)比較成功之后才能進(jìn)行。該命令的執(zhí)行時(shí)間和所需的時(shí)鐘脈沖與修改主存儲(chǔ)器的情況相同。l 寫(xiě)保護(hù)存儲(chǔ)器:這一命令的執(zhí)行過(guò)程包括一個(gè)把被輸入的數(shù)據(jù)與在EEPROM中對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的過(guò)程。在確認(rèn)一致的情況下，保護(hù)字位被寫(xiě)0。從而使得主存儲(chǔ)器中的信息不可更改。如果數(shù)據(jù)比較結(jié)果不一致，則保護(hù)字位的寫(xiě)操作將被禁止。該命令所需時(shí)鐘脈沖和執(zhí)行時(shí)間與修改主存儲(chǔ)器命令的情況相同。 存儲(chǔ)芯片的選擇在此讀寫(xiě)系統(tǒng)中，單片機(jī)必須擴(kuò)展片外E178。PROM用來(lái)存儲(chǔ)關(guān)鍵信息。工程上常用的E178。PROM的28系列的芯片具有編程簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)，但是在此讀寫(xiě)系統(tǒng)中其容量比實(shí)際要求的要大，若選用此系列的芯片不但能浪費(fèi)絕大部分的存儲(chǔ)單元，而且占用外部的存儲(chǔ)空間，增加了譯碼線路，并且增加了線路板的面積。因此，本系統(tǒng)選用美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的AT24C02芯片，不但能最大限度地利用其容量，且不用地址譯碼，不占用外存空間。該芯片存儲(chǔ)容量為256字節(jié)，采用I2C串行總線協(xié)議與單片機(jī)通信，該芯片采用低功耗CMOS工藝制造，可以在無(wú)電源狀態(tài)下長(zhǎng)期可靠存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)重要數(shù)據(jù)，工作壽命可達(dá)106次。當(dāng)IC卡插入系統(tǒng)時(shí)，卡內(nèi)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)在AT24C02芯片中，從而實(shí)現(xiàn)了重要數(shù)據(jù)的備份，提高了讀寫(xiě)器的可靠性與穩(wěn)定性。AT24C02芯片還具有體積小巧的特點(diǎn)，并且采用特殊的工作時(shí)序，絕不會(huì)誤寫(xiě)成功，具有高度的可靠性。圖35 AT24C02管腳圖l SCL：串行時(shí)鐘輸入線。數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘從該引腳輸入。l SDA：串行數(shù)據(jù)/地址線。用于傳送地址和發(fā)送與接收數(shù)據(jù)，為雙向傳輸。l A0、AA2：器件地址輸入端。l WP：寫(xiě)保護(hù)端。WP=1為寫(xiě)保護(hù)，只能讀出不能寫(xiě)入，WP=0時(shí)器件允許進(jìn)行正常的讀寫(xiě)操作。 串口通信電路 該電路的芯片，選擇MAX232芯片。該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口RS232電平是10V ~+10V，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是TTL電平0 ~+5V,max232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。該器件符合TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA232F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F電平。主要特點(diǎn) l 單5V電源工作；l 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器；l 177。30V輸入電平；l 低電源電流：典型值是8mA；l 符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn) EIA/；l ESD保護(hù)大于MILSTD883（方法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000V。圖35是MAX232的引腳圖圖36 MAX232的引腳 鍵盤(pán)電路選擇鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)通常有兩種方案。一種是并行接口鍵盤(pán)電路，另一種是串行接口鍵盤(pán)電路。在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)IC卡讀寫(xiě)器的輸入需要，選擇采用一個(gè)44的16按鍵矩陣式鍵盤(pán)接口，分別作為0~9的數(shù)字輸入， 6個(gè)功能按鍵輸入。 顯示電路本設(shè)計(jì)采用液晶顯示器。其特點(diǎn)是顯示內(nèi)容豐富(可顯示漢字)，功耗小，可靠性高，電路簡(jiǎn)單。器件型號(hào)為SMG12232B2，顯示內(nèi)容為12232點(diǎn)陣。第四章 硬件電路設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的讀寫(xiě)器以8051單片機(jī)為核心，配以IC卡接口電路、串行通信電路、存儲(chǔ)電路、掉電檢測(cè)電路、鍵盤(pán)顯示電路等部分。通過(guò)讀寫(xiě)器插槽與IC卡芯片通信，由51單片機(jī)控制數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，實(shí)現(xiàn)讀卡和寫(xiě)卡操作。圖41為系統(tǒng)的總體框圖。51單片機(jī)IC卡芯片串行通信電路掉電檢測(cè)鍵盤(pán)液晶顯示存儲(chǔ)模塊圖41 總體框圖IC卡接口設(shè)備的種類(lèi)很多，功能上由于不同的應(yīng)用需要，差別也很大，但就其對(duì)卡 (以接觸式卡為例)的操作功能來(lái)說(shuō)，都應(yīng)具備以下幾個(gè)基本功能:l IC卡的插入/退出的識(shí)別與控制(接觸式卡):IC卡進(jìn)/出RF區(qū)的識(shí)別和控制(非接觸式卡)。l 向IC卡提供其所需的穩(wěn)定的電源與時(shí)鐘信號(hào)。l 實(shí)現(xiàn)與卡的數(shù)據(jù)交換，并提供相應(yīng)的控制信號(hào)。l 對(duì)于加密數(shù)據(jù)系統(tǒng)，應(yīng)提供相應(yīng)的加密解密處理及密鑰管理機(jī)制。l 提供相應(yīng)的外部控制信息及其它設(shè)備的信息交換。很多讀寫(xiě)設(shè)備除了對(duì)卡的基本操作外，還設(shè)計(jì)了其他一些重要功能:l 必要的控制界面和顯示界面。l 提供數(shù)據(jù)通訊接口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。l 網(wǎng)絡(luò)控制功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程適時(shí)控制。 接觸式IC卡的接口電路和一般控制IC卡的接口電路是連接IC卡與讀寫(xiě)設(shè)備的通路，由它實(shí)現(xiàn)對(duì)IC卡的供電，并滿足不帶電插拔的要求。IC卡接口設(shè)備中的IC卡供電電路應(yīng)是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立于其他回路，并提供完善的過(guò)流保護(hù)措施的穩(wěn)壓電路，這是由于IC卡接口設(shè)備是一個(gè)獨(dú)立于IC卡的設(shè)備，當(dāng)有卡插入時(shí)，接口設(shè)備便開(kāi)始向IC卡提供其所需的電力。如果插入的是一張電源與地?fù)舸┑膲目ǎ蚴且粋€(gè)金屬片之類(lèi)的物質(zhì)，就會(huì)造成供電回路的短路現(xiàn)象，若IC卡接口設(shè)備中無(wú)過(guò)流保護(hù)回路，就會(huì)干擾整個(gè)設(shè)備的正常工作。為了提高IC卡操作的可靠性，必須有上下電控制電路、卡插入檢測(cè)電路、卡短路檢測(cè)電路。下圖42