【正文】 IC 卡發(fā)送另一個(gè)加密數(shù)據(jù)塊 TOKEN BA 給讀卡器， IC 卡產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù) Ra1,使用共享的密鑰和共同的加密算法，算出加密的數(shù)據(jù)塊 TOKEN BA，發(fā)送給讀卡 器。 加密的數(shù)據(jù)傳輸 ：通信時(shí)的數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)可能會(huì)受到非法的攻擊。若不了解加密算法和密鑰 K，攻擊者無從解釋其截獲的密文。 22 協(xié)議頭 命令應(yīng)用數(shù)據(jù)單元 協(xié)議尾 PCB CID 參見下表 CRC 一字節(jié) 一字節(jié) 2字節(jié) 表 23 命令頭 命令體 CLA INS P1 P2 LC Data Le 表 24 命令 功能描述 REQB/WUPB 建立通訊連接 SlotMARKER 輪詢 命令 ATTRIB 分配卡識別號 HLTB 暫停卡命令 IC 卡讀寫系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù) . 信號 發(fā)射技術(shù) 無線電發(fā)射機(jī)（即讀卡器）輸出的信號功率，通過線路輸送到天線，天線再以電磁波的形式輻射出去，電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)以后，由接受器的天線接受下來，天線是發(fā)射和接受電磁波的一個(gè)重要的無線電設(shè)備。如果像 915MHZ 的工作頻率中，電磁能量的傳遞在遠(yuǎn)場區(qū)域中完成，感應(yīng)耦合系統(tǒng)和微波輻射系統(tǒng)的能量產(chǎn)生和傳送的方式不同，所以對應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)也存在較大差異。另外一種是用于較高頻段的基于電磁波的反向散射耦合方式，它的理論基礎(chǔ)是電磁波傳播和反射的形成，它用于微波 電子標(biāo)簽，這兩種耦合方式盡管所使用的無線電 的頻率和作用距離不同但都 采用的是無線電技術(shù)。為了防止沖突的產(chǎn)生，在 ISO/IEC14443 TYPEB 的協(xié)議中，采用軟件時(shí)隙算法來解決。在時(shí)隙算法中，最大的問題是時(shí)隙個(gè)數(shù)的確定，隙數(shù)數(shù)量 N 對信道的傳輸性能有很大影響，如果有較多的 IC 卡處在讀卡器的作用范圍內(nèi)，而時(shí)隙數(shù)有限，則系統(tǒng)的吞吐率就會(huì)下降很快。如果準(zhǔn)備了較多的時(shí)隙，但 IC 卡較少，則會(huì)造成傳輸效率降低。動(dòng)態(tài)時(shí)隙算法的基本思想是：讀寫器在等待狀態(tài)中的循環(huán)時(shí)隙段內(nèi)發(fā)送請求命令，該命令使處于工作狀態(tài)的 IC 卡同步，然后提供 1 或 2 個(gè)時(shí)隙給處于工作狀態(tài)的 IC 卡使用， IC 卡可以選擇自己的傳送時(shí)隙，如果在這 1 或 2 個(gè)時(shí)隙內(nèi)產(chǎn)生了較多的數(shù)據(jù)沖突，則讀寫器就在下一個(gè)請求命令中增加可以使用的時(shí)隙數(shù)，直到不出現(xiàn)沖突為止。讀卡器是 系統(tǒng)信息控制和處理中心，讀寫器的主要功能有： IC 卡、上位機(jī)之間的通信控制。 IC 卡同時(shí)識別讀的功能，具備防沖突功能。 圖 31 系統(tǒng)的硬件組成 硬件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 在硬件設(shè)計(jì)時(shí)要從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、能耗以及對讀寫距離的要求等方面進(jìn)行考慮： 1. IC 卡的數(shù)據(jù)傳輸方式?jīng)Q定了 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是很好，因此穩(wěn)定性是首要的考慮問題，在設(shè)計(jì)時(shí)要采用多種措施進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)。 2. IC 卡相 對與接觸式 IC 卡的能耗比較大，對于有些嵌入式系統(tǒng)，比如有些不能經(jīng)常性更換電源并且要求維持系統(tǒng)正常工作的時(shí)間很長的系統(tǒng)來講，就對能耗要求比較苛刻。 在 系統(tǒng)中，發(fā)射的能量消耗是主要能耗，理想的工作模式是當(dāng)有 IC卡進(jìn)入工作區(qū)域時(shí)喚醒系統(tǒng)進(jìn)行工作，沒有 IC 卡時(shí)應(yīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。 主控器 主控制器 AT 內(nèi) 部有 16KB 的 Flash 存儲(chǔ)器 , 1KB 的 SRAM, 可方便地反復(fù)擦寫、修改程序 , 由于外部不用擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 , 可以簡化電路設(shè)計(jì) , 減小讀卡器的尺寸 , 同時(shí)有較多的 I/O 口提供給系統(tǒng)使用。寫卡器經(jīng)過 RS 485 通訊協(xié)議與 PC 機(jī)相連 , 通過 PC 機(jī)設(shè)置或選擇好要寫入的數(shù)據(jù)并發(fā)出寫卡命令 , 可以完成對 IC 卡的數(shù)據(jù)及密碼寫入 。寫卡器與讀卡器在硬件設(shè)計(jì)上類似 , 都是由 AT89C51 單片機(jī)控制 IC 卡讀寫芯片 MFRC500, 再加上一些必要的外圍器件組成。 MFRC500 芯片作為單片機(jī)與 卡通訊的中介 。AT45DB041 串行 E2PROM 作數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器 。 MAX232 和 MAX485 作串口信號轉(zhuǎn)換。這種總線標(biāo)準(zhǔn)只適用于數(shù)據(jù)傳送速率要求不高 ,距離小于 15 米的場合。 本系統(tǒng)中 IC 卡讀寫器與上位管理 PC 機(jī)的通信選用了 RS485 總線標(biāo)準(zhǔn) ,通信接口采用畢業(yè)論文：基于單片機(jī)的 IC 卡讀寫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 16 MAX485 芯片和 MAX232 芯片來實(shí)現(xiàn)電平和信號轉(zhuǎn)換 ,數(shù)據(jù)通訊的方向由 /RE,DE 腳來控制 ,設(shè)計(jì)中二者連在一起 ,由單片機(jī)的 來控制 ,高電平時(shí) ,數(shù)據(jù)由單片機(jī)經(jīng) MAX485 到外部串行總線 ,即處于發(fā)送狀態(tài) 。 AT89C51 端口功能 端口功能 表 31 端口功能 第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（ ） 串行輸入口 T0（ ） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0外部輸入 TXD（ ） 串行輸出口 T1（ ） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1外部輸入 INT0（ ） 外中斷 0 WR（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 INT1（ ） 外中斷 1 RD（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 IC 卡讀寫系統(tǒng)的工作距離 讀寫系統(tǒng)的工作距離由下面幾個(gè)因素決定： (1) 讀卡器天線的大小 (2) 給定天線的匹配品質(zhì) (3) 環(huán)境的影響 在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，讀卡距離要求在 5cm 以內(nèi)，因此在設(shè)計(jì)前由天線大小估計(jì)工作距離，因?yàn)? IC 卡由讀寫器產(chǎn)生的磁通量供電，卡中的集成電路可以獲得的能量隨讀寫器天線和卡之間的距離不同而變化，在國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的規(guī)定中，卡有芯片尺寸，卡的 線圈的尺寸是固定的。 另外 在設(shè)計(jì)中 還 必須考慮的一個(gè)重要參數(shù)， IC 卡的讀寫距離與 發(fā)射場場強(qiáng)有關(guān)，流入感應(yīng)天線的電流直接決定了發(fā)射場強(qiáng)的大小所以可以通過增強(qiáng)天線的驅(qū)動(dòng)能力來改善感應(yīng)距離， IC 卡的工作范圍也與天線的半徑有關(guān)，在兼顧天線電感量的基礎(chǔ)上增加天線的尺寸 也是可以增加讀寫距離的。 畢業(yè)論文：基于單片機(jī)的 IC 卡讀寫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 17 圖 33 天線電路原理圖 系統(tǒng) 讀寫控制 接口電路的設(shè)計(jì)： SLC 為串行時(shí)鐘 ,在時(shí)鐘的上升沿，數(shù)據(jù)寫入 E2PROM ；在時(shí)鐘的下降沿 ,數(shù)據(jù)從 E2PROM 被讀出 。 SW SW2 為 IC 卡卡座的 1 對常開觸點(diǎn)， SW1與 Vcc 連接， SW2 與 AT89C51 的引腳 連接，平時(shí) 通過 1 個(gè)電阻連接到地 ,當(dāng)有卡插入時(shí)， SW1 和 SW2 短接， Vcc 將 上拉到高電平 ,通過對 上的電平查詢可以知道是否有卡插入。所以，接口必須做電平轉(zhuǎn)換處理。 AT89C51 單片機(jī) TXD 端連接到 MAX232 的 T1IN 端，用于發(fā)送數(shù)據(jù)； PC 機(jī)的 RD 端連接到 MAX232 的 T1OUT端，用于接收數(shù)據(jù)； AT89C51 單片機(jī) RXD 端連接到 MAX232 的 R1OUT 端，用于接收數(shù)據(jù)； PC機(jī)的 TD 端連接到 MAX232 的 R1IN 端，用于發(fā)送數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品是一款兼容 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片。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。 30V輸入電平； 低電源電流：典型值是 8mA； 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA232E 及 ITU推薦標(biāo)準(zhǔn) ； ESD 保護(hù)大于 MILSTD883（方法 3015）標(biāo)準(zhǔn)的 2020V。其特點(diǎn)是顯示內(nèi)容豐富 (可顯示漢字 )，功 耗小，可靠性高，電路簡單，顯示內(nèi)容為 122 32 點(diǎn)陣。引腳與單片機(jī) AT89C51 的接口電路單片機(jī)讀出 IC 卡的數(shù)據(jù)通過 P0口送到液晶顯示器顯示，可分 2行共顯示 32 個(gè)字符 ，也就是 16個(gè)字 節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過上位機(jī)控制讀數(shù)據(jù)起始地址可移動(dòng)顯示數(shù)據(jù)。 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母 、數(shù)字 、 符號等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16 20 40 2 行等模塊。 1602 的引腳說明如表 2 所示、與單片機(jī) AT89C51 的接口電路如圖 5 所示。 1602 可直接顯示字符型數(shù)據(jù)， IC 卡讀出的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)需轉(zhuǎn)換成字符型數(shù)據(jù)再送到液晶屏顯示 。讀 /寫卡過程是一個(gè)很復(fù)雜的程序執(zhí)行過程 ,要執(zhí)行一系列的操作指令 ,調(diào)用多個(gè)函數(shù) ,包括裝載密碼、詢卡、驗(yàn)證密碼、讀寫卡和?？?,這一系列操作必須按固定的順序進(jìn)行。 IC卡讀寫器的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)思路，畫出讀寫器軟件結(jié)構(gòu)；對軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析。存儲(chǔ)卡是 IC 卡的一種， 它是一種用可電擦寫的可編程內(nèi)存 (E2PROM) 為核心的 IC 卡能夠多次重復(fù)使用 。 AT24C08 具有以 下特點(diǎn) ： 與 400kHz I2C 總 線 兼 容 、 低 功 耗 CMOS 技 術(shù) 、 1 000000 次 編程 /擦除周期及可保存數(shù)據(jù) 100 年以上。主程序的流程圖如圖 41 所示。 //全局變量定義 uchar data cons2[2]={0， 0}； main ( ) { uchar data *p。 Read24c02(p,addrl,2)； //從 24c02 中讀出掉電時(shí)保存的數(shù)據(jù) consl=OxOOOF。 //外部中斷 0下降沿觸發(fā) EXO=1。 //CPU 開中斷 IDL=1。 } 中斷子程序 外部中斷程序： void int1(void)interrupt 2 { if(TH1!=0x00amp。TH0!=0x00) { b=1。 TR0=0。 t=t/1000000。 TL0=0xf4。 TL1=0x00。 TR1=0。 TH0=0x1f。 TH1=0x00。 } } 串口通訊子程序 include 畢業(yè)論文：基于單片機(jī)的 IC 卡讀寫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 23 void main() { int nlis=0。 //從地址 0X02 開始，共偵聽 60臺(tái)從機(jī) switch(nlis) { case 0: //無數(shù)據(jù) nf=0。 case 1: //發(fā)送 send(): //發(fā)送 nf=1。 case 2: //接收 get()。//接收 break。 //顯示子程序 nstart=(nstart+2)/0X80。 發(fā)送數(shù)據(jù)到從機(jī) N+1 } if(exit()) break。在標(biāo)準(zhǔn)模式下，位傳輸要求低 電平維持時(shí)間最短為 4． 7 S，高電平維持時(shí)間最短為 4 s。 IzC 總線起始條件是在 SDA 線從高電平向低電平切換并維持至少 4． 7 S，停止條件是當(dāng) SCL 是高電平時(shí) SDA 線由低 電平切換并維持至少 4 s。其后，將 SCL 時(shí)鐘線置低，封鎖 IeC 總線。 對 IC 卡的操作，先要對其進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位操作要求將 IC卡復(fù)位引腳置為高電平。 IC卡復(fù)位后，發(fā) 送“設(shè)置用戶區(qū)地址”命令，確定所要進(jìn)入的用戶區(qū)，然后對相應(yīng)的訪問權(quán)限寄存器 AR 進(jìn)行確認(rèn)以確定用哪套密碼以及 是否需要認(rèn)證。 IC 卡的插入 /退出識別與上電 /下電控制技術(shù) 畢業(yè)論文：基于單片機(jī)的 IC 卡讀寫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 24 IC卡的插入與退出的識別是通過 IC卡適配插座上的感應(yīng)開關(guān)來識別的，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的 IC卡適配插座，其識別與控制過程也相當(dāng)復(fù)雜，且針對不同的卡座，其控制也各不相同， 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。 —— VPP 上升為空閑狀態(tài)； —— I/O 為狀態(tài) A； —— CLK 由相應(yīng)穩(wěn)定的時(shí)鐘 —— VCC 關(guān)閉。識別是否有卡插入 CLR RST ；使 RST=L CLR CLK ；使 CLK=L LCALL ；延遲 。如果密碼有錯(cuò)誤， IC 卡校驗(yàn) 3次便會(huì)鎖死報(bào)廢。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。然后單擊 O