【正文】 .............................參 考 文 獻(xiàn) ......................................................................................................................THE DESIGN OF CONTACTLESS IC CARD READER..................................................附錄 1 系統(tǒng)整體電路圖 ...................................................................................................附錄 2 程序源代碼 ..........................................................................................................1 引言 課題背景當(dāng)今世界微電子技術(shù)和 IT 技術(shù)的發(fā)展日新月異，信息技術(shù)已廣泛地滲透到社會生活的各個領(lǐng)域，在經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。作為信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的分支——智能卡即 IC（Integrated Circuit）卡的出現(xiàn)，就以其超小的體積、先進(jìn)的集成電路芯片技術(shù)以及特殊的保密措施和無法被破譯及仿造的特點(diǎn)，頗受人們的青睞，這種將微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起的精靈，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代程度。一個非接觸 IC 卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 11 所示。它沒有接觸式 IC 卡的電氣觸點(diǎn)，而是通過無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，相對于傳統(tǒng)的接觸式 IC 卡,非接觸式 IC 卡與讀寫器之間無機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。它的迅猛發(fā)展大有替代各種磁卡和接觸式 IC 卡這勢。 設(shè)計的目的和意義現(xiàn)在我國已經(jīng)開始在很多城市的公共交通、考勤系統(tǒng)、第二代身份證、校園一卡通等方面都大量使用非接觸式 IC 卡，因此各種的 IC 卡讀寫器也隨之涌現(xiàn)，不同的讀卡器之間的性能和價格都不同。這些射頻芯片外圍電路簡單，設(shè)計方便，但由于該類芯片價格較貴，因此限制了一些對成本要求比較苛刻的場合使用而未得到較好的推廣。本非接觸式 IC 卡讀寫器系統(tǒng)的硬件由單片機(jī)、非接觸式 IC 卡讀寫部件、接收和發(fā)送線圈、電源、復(fù)位和蜂鳴器電路及與上位機(jī)（PC 機(jī)）的通信接口等構(gòu)成。并可通過串行通信接口與 PC 機(jī)的異步通信口進(jìn)行通信。2 IC 卡簡介 “卡”的發(fā)展歷程隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步， “卡”的類型及相關(guān)的設(shè)備也在不斷的發(fā)展、變化、更新，應(yīng)用范圍也隨之更加廣泛。 光電（檢測）卡常用光電（檢測）卡有兩種，一種是打孔光電卡，即在專用的 PVC 塑料片上加工出特定的密碼通孔，用專門的光電讀卡器來讀出這些密碼孔所代表的信息。 磁卡磁卡是利用貼在卡上的磁條來記錄持卡人的帳戶、姓名等信息的。由于出現(xiàn)得較早，且容易生產(chǎn)和推廣，目前世界范圍內(nèi)磁卡的發(fā)行量已超過數(shù)十億張。但磁卡仍有其不足之處： 首先，磁卡保密性差，雖然比光電卡的保密性好，但磁條上的信息還是比較容易讀出，非法修改磁條上的內(nèi)容也較容易，所以大多情況下磁卡都是作為靜態(tài)數(shù)據(jù)輸入使用。另外，磁卡應(yīng)用方式比較單一、受限制，磁卡的方便應(yīng)用需要有可靠的計算機(jī)系統(tǒng)和中央數(shù)據(jù)庫的支持，在金融行業(yè)，作為金融交易卡的磁卡，一般配合強(qiáng)大、可靠的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用，金額、交易記錄等信息，均保存在金融機(jī)構(gòu)計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，用戶所持的卡片只是提供用戶的主帳號等索引信息，便于在數(shù)據(jù)庫中迅速找到用戶數(shù)據(jù)。 IC 卡 IC 卡是集成電路卡(Integrated Circuit Card)的簡稱，也叫做靈巧卡(Smart Card)或智能卡(Intelligent Card)的。莫瑞諾（Roland Moreno）第一次將可進(jìn)行編程設(shè)置的 IC 卡芯片放于卡片中，使卡片具有多種功能而形成了世界第一張 IC 卡，并將這項技術(shù)應(yīng)用到金融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個行業(yè)，它將微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度。 IC 卡的分類 從 IC 卡誕生至今的三十多年里，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及信息安全技術(shù)等的發(fā)展，IC 卡種類更加豐富，技術(shù)也更趨成熟，已在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)卡中所鑲嵌的集成電路的不同可劃分? 非加密存儲器卡（Memory Card） 卡內(nèi)的集成電路芯片主要是 EEPROM，具有數(shù)據(jù)存儲功能，為了能把它封裝在 的塑料卡基中，特制在 的薄型結(jié)構(gòu)。這類卡信息存儲方便，使用簡單，價格便宜，很多場合可替代磁卡，但由于其本身不具有數(shù)據(jù)處理功能和硬件加密功能, 因此，只能用于保密性要求不高的應(yīng)用場合。常見的存儲卡有 ATMEL公司的 AT24C1AT24C64 等。適用于有一定保密要求的場合，如食堂就餐卡、電話卡、公共事業(yè)收費(fèi)卡。? CPU 卡也稱智能卡，卡內(nèi)的集成電路中帶有微處理器 CPU、存儲單元（包括隨機(jī)存儲器RAM、程序存儲器 ROM（FLASH） 、用戶數(shù)據(jù)存儲器 EEPROM）以及芯片操作系統(tǒng) COS。CPU 卡的容量有大有小，價格比邏輯加密卡要高。CPU 卡適用于何密性要求特別高的場合，如金融卡、軍事密令傳遞卡等。D、Schlumberger 等? 超級智能卡在 CPU 卡的基礎(chǔ)上增加鍵盤、液晶顯示器、電源，即在為一超級智能卡，有的卡有還具有指紋識別裝置。 按照應(yīng)用領(lǐng)域來分? 金融卡也稱為銀行卡，又可分為信用卡和現(xiàn)金卡兩種。? 非金融卡也稱也非銀行卡，涉及范圍十分廣泛，實(shí)際包含金融卡這外的所有領(lǐng)域，諸如電信、旅游、教育和公交等等。? 非接觸式 IC 卡該類卡與 IC 卡設(shè)備無電路接觸，而是通過非接觸式的讀寫技術(shù)進(jìn)行讀寫（如光或無線技術(shù)） 。國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC1053ISO/IEC14443 等標(biāo)準(zhǔn)，系列闡述了對非接觸式 IC 卡的規(guī)定。 根據(jù)卡與外界進(jìn)行交換時的數(shù)據(jù)傳輸方式不同劃分? 串行 IC 卡：IC 卡與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，數(shù)據(jù)流按照串行方式輸入輸出，電極觸點(diǎn)較少，一般為 6 個或者 8 個。國際標(biāo)準(zhǔn) ISO7816 所定義的 IC 卡就是此種卡。主要具有兩方面的好處，一是數(shù)據(jù)交換速度提高，二是現(xiàn)有條件下存儲容量可以顯著增加。非接觸式 IC 卡與讀寫器之間通過無線電波來完成讀寫。另一部分則是結(jié)合數(shù)據(jù)信號，指揮芯片完成數(shù)據(jù)的讀取、修改、存儲等，并返回給讀寫器。 非接觸式 IC 卡具有的優(yōu)良特性1）可靠性高非接觸式 IC 卡與讀寫器之間無機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。2）操作方便，快捷由于非接觸通訊，讀寫器在 15cm 范圍內(nèi)就可以對卡片操作，所以不必插拔卡，非常方便用戶使用。3）防沖突非接觸式卡中有快速防沖突機(jī)制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此，讀寫器可以“同時”處理多張非接觸式 IC 卡。4）可以適合于多種應(yīng)用非接觸式卡的存儲結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使它一卡多用，能應(yīng)用于不同的系統(tǒng)，用戶可根據(jù)不同的應(yīng)用設(shè)定不同的密碼和訪問條件。非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向驗證機(jī)制，即讀寫器驗證 IC 卡的合法性，同時 IC 卡也驗證讀寫器的合法性。此外，卡中各個扇區(qū)都有自己的操作密碼的訪問條件。 按照工作距離可分為：? 密耦合卡（1mm 以內(nèi)）? 近耦合卡（近距離卡，15cm 以內(nèi)）? 疏耦合卡（遠(yuǎn)距離卡，1m 以內(nèi)）? 遠(yuǎn)耦合卡（1m 以上） 按照卡內(nèi)芯片的供電方式可他為：? 有源卡——卡內(nèi)帶電池? 無源卡——卡內(nèi)為設(shè)備工作時由讀寫設(shè)備通過無線方式供電。 微波方式采用微波方式的 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)由包括天線的讀寫器和無觸點(diǎn)的射頻卡構(gòu)成。同時讀寫器設(shè)有與計算機(jī)連接的通訊接口，可以聯(lián)網(wǎng)組成系統(tǒng)。電磁感應(yīng)方式采用電感禍合，使用兩個金屬線圈，流過它們的電流以兩種不同頻率變化來表示二進(jìn)制的“1”和“0，這種數(shù)據(jù)傳送方法稱為頻率調(diào)制。一個典型的非接觸 IC 卡無線識別系統(tǒng)由兩部分組成:一是被稱為射頻識別標(biāo)志的應(yīng)答器，二是尋呼器。非接觸 IC 卡內(nèi)部電路即為應(yīng)答器。一種通用非接觸式 IC 卡讀寫系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。該非接觸 IC 卡系統(tǒng)的工作過程為:上位機(jī)向讀寫器發(fā)送命令，讀寫器接到該命令后分析執(zhí)行，將上位機(jī)的命令信號編碼后加載在頻率為 的載波信號上經(jīng)天線向外發(fā)送，如無源非接觸 IC 卡進(jìn)入讀寫器工作區(qū)域則可接收到此脈沖信號，此時卡內(nèi)芯片中的射頻接口模塊由此信號獲得電源電壓后產(chǎn)生復(fù)位信號建立時鐘信號。讀寫器將非接觸 IC 卡的返回信息傳給上位機(jī)。 IC 卡的國際標(biāo)準(zhǔn) IC 卡的國際標(biāo)準(zhǔn)分為接觸式 IC 卡的國際標(biāo)準(zhǔn)和非接觸式 IC 卡的國際標(biāo)準(zhǔn)兩種，由于接觸式 IC 卡應(yīng)用較早，其國際標(biāo)準(zhǔn)比較完善，非接觸式 IC 卡近年來才開始推廣使用，其國際標(biāo)準(zhǔn)有些已經(jīng)通過，有些正在制定與計論之中。 非接觸式 IC 卡的國際標(biāo)準(zhǔn)非接觸式 IC 卡表面無觸點(diǎn)，因此接口投備與非接觸式卡的通信方式與接觸式卡不同，提供電源的方式也不同，為此 ISO/IEC 根據(jù)接口設(shè)備與 IC 卡作用距離的不同而定義了三個國際標(biāo)準(zhǔn)，如表 21 所示：表 21 非接觸式 IC 卡的國際標(biāo)準(zhǔn) 其中 ISO/IEC 14443 又分為 TypeA 和 TypeB 兩個標(biāo)準(zhǔn)。而 TypeB 則采用 ASK 10%調(diào)幅方式，3 系統(tǒng)總體設(shè)計本系統(tǒng)采用 e5550/U2270B 的非接觸卡讀寫系統(tǒng)示意圖非接觸 IC 卡是一種接口電路。TEMIC 系列射頻卡內(nèi)有 264bit 的 EEPROM，被分成 8 塊，每塊為 33bit，其中 bit0 是 lock 位，此位一旦寫“1”后，該塊數(shù)據(jù)就不能再作任何修改。TEMIC 系列射頻卡特點(diǎn)為：（1） 低功耗、低電壓的 CMOS 結(jié)構(gòu)；（2） 無線電源供給，無線數(shù)據(jù)傳輸；（3） 射頻頻率為 100~150KHZ；（4） 264bit 的 EEPROM，且有寫保護(hù)功能；（5） 加密邏輯、喚醒功能，多種波特率，多種編碼方式。為1時，該區(qū)為只讀區(qū)；為0時，該區(qū)為既可讀又可寫區(qū)。（8） 具備增強(qiáng)防護(hù)功能，以免非接觸卡式 EEPROM 的誤編程。（10） EEPROM 操作的一些其他選項： 射頻卡 內(nèi)部 64 位信息由 5 個區(qū)組成:9 個引導(dǎo)位“1”,10 個行奇校驗位“P0～P9”,4 個列奇校驗位“PC0～PC3”,40 位數(shù)據(jù)位“D00～D93”和一個停止位“0”。當(dāng)它輸出數(shù)據(jù)流時,首先是輸出 9 個引導(dǎo)位, 然后是 10 組由 4 個數(shù)據(jù)位和 1 個行奇校驗位組成的數(shù)據(jù)串,之后是 1 組由 4 個列奇校驗位組成的數(shù)據(jù)串,最后是停止位“0” 。 “D20～D93”是 4 組 32 位的晶片信息,即卡號。 系統(tǒng)的主控模塊本系統(tǒng)選用 ATMEL 公司的 AT89C52 單片機(jī)為主控模塊，AT89C52 是一種內(nèi)含 8kbyte ROM 且有 256 單元 RAM，并與 MCS51 系列的指令系統(tǒng)和管腳完全兼容的低電壓、高性能COMS 8 位微控制器，同時片內(nèi)具有 Watchdog 功能，當(dāng)程序由于某種干擾而死機(jī)時，系統(tǒng)可以可靠復(fù)位，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨(dú)立的寄存器。 系統(tǒng)的讀寫模塊本系統(tǒng)的讀寫模塊采用 ATMEL 公司 TEMIC 系列射頻卡的讀寫基站芯片 U2270B 為核心，其引腳圖如圖 33 所示：U2270B 是德國 Temic 公司生產(chǎn)的射頻卡基站讀寫專用芯片, U2270B 基站讀寫器的基本性能如下：(1) 載波頻率 fosc 范圍為 100～150kHz。(3) 適用的調(diào)制方式為曼徹斯特碼（簡稱曼碼）和雙相位碼。(5) 調(diào)諧能力。(7) 處于備用工作方式時，其功耗甚低。 U2270B 不同的引腳有不同的功能，其引腳說明如表 31 所列： 表 31 U2270B 引腳說明引腳 符號 引腳說明 引腳 符號 引腳說明1 GND 地 9 COIL1 天線驅(qū)動端12 Output 數(shù)據(jù)輸出端 10 Vext 外部電源輸出端3 OE 數(shù)據(jù)輸出使能 11 DVs 天線驅(qū)動電源輸入4 Input 數(shù)據(jù)輸入 12 Vbatt 電池電源輸入5 MS 共模/差分模式選擇 13 Standby 空閑模式6 CFE 射頻載波使能 14 Vs 工作電源輸 入（5V)7 DGND 數(shù)字地 15 RF 射頻頻率調(diào)整端圖 33 U2270B 引腳圖8 COIL2 天線驅(qū)動端2 16 HIPASS 直流去耦 系統(tǒng)通信模塊在本非接觸式 IC 卡讀寫系統(tǒng)中，一般都以標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)平臺((PC 個人計算機(jī)、Macintosh 計算機(jī)或工作站)為核心，采用串行通信接口與被測或被控設(shè)備連接，通過軟件來實(shí)現(xiàn)對這些設(shè)備的訪問。在讀卡機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中利用串行接口實(shí)現(xiàn)主機(jī)與讀卡器連接，并按通信協(xié)議編制好通信軟件實(shí)現(xiàn)主機(jī)對讀卡器的控制。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，一般都以標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)平臺為核心，采用合適的接口連接方式實(shí)現(xiàn)計算機(jī)與被測或被控設(shè)備連接，通過軟件來實(shí)現(xiàn)對這些設(shè)備的訪問。然而要使系統(tǒng)正常而又可靠的工作，選用合適的串行接口，編制好通信協(xié)議(軟件)，是至關(guān)重要的一環(huán)，盡管串行接口有多種型號，但它們的基本任務(wù)都相同 。串行傳送數(shù)據(jù)是一位一位依次順序傳送的，而計算機(jī)處理數(shù)據(jù)是并行的。而在計算機(jī)接收由測控