【正文】 SO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)和IEC(國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì))共同建立了一個(gè)技術(shù)委員會(huì)ISO/IEC JTC1以制定相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這是IC卡讀寫器終端設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為ISO/IEC7816。 ISO78161，接觸式集成電路卡的物理特性本標(biāo)準(zhǔn)制定的物理特性適合于ID1型識(shí)別卡。此外，還提出了以下附加特性:防護(hù)紫外線的能力。指定強(qiáng)度磁場(chǎng)的影響；靜電影響；熱耗等。使用過程中卡的表而溫度不應(yīng)超過50攝氏度。各觸點(diǎn)間應(yīng)互相隔離，但未規(guī)定觸點(diǎn)的形狀和最大尺寸。引腳配置如圖21，觸點(diǎn)的位置如下圖22所示(以卡的接觸面的左邊和上邊為基準(zhǔn)線)。8個(gè)觸點(diǎn)所占最大面積沒有規(guī)定，(寬)mm9 .23 (高)m的矩形平面。在討論每個(gè)觸點(diǎn)的電特性之前，先將所用符號(hào)的意義敘述如下:VIH: 高電平輸入電壓 VIL: 低電平輸入電壓VOH: 高電平輸出電壓 VOL: 地電平輸出電壓TR: 信號(hào)幅度10%90%之間的上升時(shí)間TF: 信號(hào)幅度90%10%之間的下降時(shí)間CIN : 輸入電容 COUT: 輸出電容IIH : 高電平輸入電流 IIL: 低電平輸入電流IOH: 高電平輸出電流 IOL: 低電平輸出電流Icc : VCC端電源電流 IPP: VPP端編程電流所有測(cè)量是相對(duì)GND(地)定義的。流入卡中的電流被定義為正電流。另外根據(jù)給卡的電壓不同而將卡的操作條件分成A，B兩類，A類卡VCC上的電壓為5V。1) VCC觸點(diǎn):下表22是VCC觸點(diǎn)電源電壓值，本觸點(diǎn)用來提供電源電壓。有兩種可能的狀態(tài):傳號(hào)或高狀態(tài)(Z狀態(tài))，空號(hào)或低狀態(tài)(A狀態(tài))。當(dāng)卡與接口設(shè)備均處于不匹配的傳輸方式時(shí)，I/O端的邏輯狀態(tài)可能是不確定的。下表23為正常操作狀態(tài)I/O的電特性:表23正常操作條件下的I/O電特性符號(hào)條件最小值最大值單位VIHIIHVIHVILVCC﹣300VCC＋20VuAVILIILVIL0﹣1000VCC＋20VuAVOHIOH外加上拉電阻到VCCVOHVCCVCC＋20VuAVOLTR,TFIOL=1MaCIN=30pF。3）Vpp觸點(diǎn):在A類操作條件下卡內(nèi)的非易失性存儲(chǔ)器EEPROM編程或擦除時(shí)可以從Vpp端提供電源。除編程和擦除外，均處于空閑狀態(tài)。在B類操作條件下，Vpp觸點(diǎn)保留于將來使用。4)CLK觸點(diǎn):正常操作狀態(tài)下的CLK觸點(diǎn)電特性如下表25所示:表25 正常操作條件下CLK的電特性符號(hào)條件最小值最大值單位VIHIIHVIHVCC﹣20VCC＋100VuAVILIILVIL0﹣100＋20VuATR,TFCIN=30pF時(shí)鐘周期的9%CLK上的電壓保持在﹣~ VCC＋5) RST觸點(diǎn):正常操作條件下RST的電特性如下表26所示:表26正常操作條件下RST的電特性符號(hào)條件最小值最大值單位VIHIIHVIHVCC﹣20VCC＋150VuAVILIILVIL0﹣200VCC＋20VuATR,TFCIN=30pF1usRST電壓保持在﹣~ VCC＋第三章 單元電路方案選擇本章主要介紹IC卡芯片的選擇，及其IC卡的特點(diǎn)和協(xié)議，另外還有存儲(chǔ)電路、串口通信電路、鍵盤電路與顯示電路的選擇。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(chǔ)器(ROM, EPROM. EPROM),保護(hù)邏輯電路，甚至于CPU。由于本設(shè)計(jì)所采用的IC卡為接觸型邏輯加密卡（SLE4442），所以本節(jié)的內(nèi)容重點(diǎn)介紹此卡。它具有2K位的存儲(chǔ)容量和完全獨(dú)立的可編程加密代碼存儲(chǔ)器。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的一種IC卡芯片。 芯片的引腳配置芯片的引腳與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)兼容，下表31是引腳的定義和功能說明：表31 SLE4442引腳功能引腳卡觸點(diǎn)符號(hào)功能12345678C1C2C3C4C5C6C7C8VCCRSTCLKNCGNDNCI/ONC操作電壓5V復(fù)位時(shí)鐘未用地未用雙向數(shù)據(jù)線（漏極開路）未用 芯片功能SLE4442IC卡芯片主要包括三個(gè)存儲(chǔ)器：2568位EEPROM型主存儲(chǔ)器、321位PROM型保護(hù)存儲(chǔ)器和48位EEPROM型加密存儲(chǔ)器。按字節(jié)尋址，擦除寫入。在寫入時(shí)，在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(jìn)行“邏輯與”)。如果在被尋址的字節(jié)中8位沒有一個(gè)字位需要從0變?yōu)?，則可以不進(jìn)行擦除處理。主存儲(chǔ)器的地址是從00H到FFH。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(hù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)狀態(tài)的限制。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)。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(chǔ)器數(shù)據(jù)校驗(yàn)比較結(jié)果的影響。這個(gè)新輸入的“校驗(yàn)字”與原來存在在加密存儲(chǔ)器中的“參照字”進(jìn)行一對(duì)一的比較。芯片允許在有限的次數(shù)內(nèi)重試比較操作。這時(shí)整個(gè)主存儲(chǔ)器變成一個(gè)只讀存儲(chǔ)器。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）。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)。從出廠到被初始化之前，保護(hù)存儲(chǔ)器的狀態(tài)為全“1”。保護(hù)存儲(chǔ)器每個(gè)被寫“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入命令，從而使得該字節(jié)單元的數(shù)據(jù)不可再改變。保護(hù)存儲(chǔ)器本身的讀出操作不受限制。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)的寫入操作。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。密碼輸入錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的有效位是低3位。這一字節(jié)是可讀的。如果還有“1”，則將其中一個(gè)“1”寫成“0”，然后進(jìn)行比較“校驗(yàn)字”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。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。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)。而“寫入、擦除”操作也受自身“比較”操作結(jié)果的控制。 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)議類型為S=10(同步卡協(xié)議)。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)來進(jìn)行的。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。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。在復(fù)位響應(yīng)期間，“啟動(dòng)”和“停止”(見下面)狀態(tài)被忽略。每條命令都以一個(gè)“啟動(dòng)狀態(tài)”開始。隨后緊跟著一個(gè)附加脈沖并用一個(gè)“停止?fàn)顟B(tài)”來結(jié)束操作。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)。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33為輸出數(shù)據(jù)模式的時(shí)序關(guān)系。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。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)鐘脈沖來把I/O線置成H狀態(tài)，以便準(zhǔn)備接受新的命令。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。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)并開始處理。在整個(gè)處理過程中I/O線被鎖定成低狀態(tài)。首先傳送字節(jié)的最低位LSB(即B0)。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)。該命令的控制字為(30H)。從給定的字節(jié)地址(N)開始，直到整個(gè)存儲(chǔ)器的末尾。對(duì)于從地址(N)開始讀數(shù)據(jù)所需要的時(shí)鐘脈沖的數(shù)量M=(256N)8+1。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。對(duì)保護(hù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀取操作不受限制。在輸出數(shù)據(jù)模式下，所需時(shí)鐘脈沖的數(shù)量為32。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)。該命令的控制字為(38H)。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。l 寫保護(hù)存儲(chǔ)器:這一命令的執(zhí)行過程包括一個(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)行比較的過程。從而使得主存儲(chǔ)器中的信息不可更改。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。PROM用來存儲(chǔ)關(guān)鍵信息。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。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。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)誤寫成功，具有高度的可靠性。數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘從該引腳輸入。用于傳送地址和發(fā)送與接收數(shù)據(jù)，為雙向傳輸。l WP：寫保護(hù)端。 串口通信電路 該電路的芯片，選擇MAX232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。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F電平。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。一種是并行接口鍵盤電路，另一種是串行接口鍵盤電路。 顯示電路本設(shè)計(jì)采用液晶顯示器。器件型號(hào)為SMG12232B2，顯示內(nèi)容為12232點(diǎn)陣。通過讀寫器插槽與IC卡芯片通信，由51單片機(jī)控制數(shù)據(jù)傳輸過程，實(shí)現(xiàn)讀卡和寫卡操作。51單片機(jī)IC卡芯片串行通信電路掉電檢測(cè)鍵盤液晶顯示存儲(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)的操作功能來說，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 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 提供相應(yīng)的外部控制信息及其它設(shè)備的信息交換。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。 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。如果插入的是一張電源與地?fù)舸┑膲目?，或是一個(gè)金屬片之類的物質(zhì)，就會(huì)造成供電回路的短路現(xiàn)象，若IC卡接口設(shè)備中無過流保護(hù)回路，就會(huì)干擾整個(gè)設(shè)備的正常工作。下圖42所示是IC卡接口電路。=0時(shí)，VT1導(dǎo)通，IC卡的VCC得電；=1時(shí)，VT1截止，IC卡的VCC失電。檢測(cè)有無卡電源短路現(xiàn)象，以防人為破環(huán)。1）IC卡的插入/退出識(shí)別與上電/下電控制技術(shù)IC卡的插入與退出的識(shí)別是通過IC卡接口電路來識(shí)別的,如果卡己插入到正確位置，且卡是合法卡，VT2導(dǎo)通，圖46中的LED點(diǎn)亮。為了確保IC卡已準(zhǔn)確地插到位置，插入的識(shí)別過程必須加入消顫處理。輸出高電平至檢測(cè)端JNC RE_ DETECT 。延時(shí)5msMOV C,IC_SWJNC RE_DETECT 。有卡插入，進(jìn)行處理IC卡的供電控制是一個(gè)直接涉及是否能安全可靠地操作IC卡的過程。ISO78163標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的操作順序如下:IC卡的激活(上電過程):—— RST處于L狀態(tài)—— VCC供電—— 接口設(shè)備處于接收方式—— Vpp上升為空閑狀態(tài)—— CLK由相應(yīng)穩(wěn)定的時(shí)鐘提供IC卡的去激活過程(下電過程):——RST為狀態(tài)L——CLK為狀態(tài)L——Vpp不起作用——I/O為狀態(tài)A——VCC關(guān)閉由于IC卡技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在的IC卡事實(shí)上都己使用卡內(nèi)自帶升壓電路，因此Vpp控制已逐漸失去具體含義。上電控制LCALL RE_DETECT 。使RST=LCLR CLK 。使端口邏輯信號(hào)穩(wěn)定CLR POWER 。使I/O端口為高電平，準(zhǔn)備接受數(shù)