基于單片機的智能IC卡讀寫器設(shè)計

1、基于單片機的智能ic卡讀寫器設(shè)計摘要：隨著社會的進步和現(xiàn)代化程度的不斷提高，人類所擁有的信息種類和數(shù)量都在成倍地增長，每天都要處理許多與個人有關(guān)的信息，而這些信息管理十分不便。因此，在實際生活中ic卡的應(yīng)用范圍非常廣泛，它有助于解決問題。ic卡讀寫器是ic卡和計算機之間的傳輸媒介，它與計算機之間通過串行口相連，本文主要應(yīng)用89c2051單片機為核心對sle4442卡進行讀寫控制。接觸式ic卡是ic卡領(lǐng)域的一項新興技術(shù),它是射頻識別技術(shù)和ic卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。首先在緒論中介紹了課題的開發(fā)意義及功能概述。 其次在主要描述了系統(tǒng)硬件工作原理，并介紹了ic卡sle4442的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理圖，論述了本

2、次畢業(yè)設(shè)計所應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個接口模塊的功能及工作過程。本系統(tǒng)是以單片機的基本語言匯編語言來進行軟件設(shè)計，指令的執(zhí)行速度快。最后具體描述了各個功能模塊的軟、硬件調(diào)試。本文撰寫的主導思想是軟、硬件結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來進行各功能模塊的編寫。關(guān)鍵詞：讀寫控制，單片機，ic卡。abstract: raise continuously along with the progress and modern degree of the society, the information category and quantities that the mankind own all be becom

3、ing doubly a growth, want to handle to be many and personal everyday relevant of information, but these information managements is very inconvenient.the application of the ic card is very extensive in the real life. it contributes to solve problem。 ic cards reading and write a machine is the ic card

4、 and of the calculator deliver medium, it goes to connect with each other with of the calculator through a string, this text applies a single slice of 89c2051 machine for the core mainly to the sle4442 cardses to carry on reading and write a control. the contact type ic card is a newly arisen techni

5、que of the ic card realm, it is the outcome that the radio frequency identifies the technique and the ic card technique to combine together.first introduced in the introduction to the topic of significance and functions outlined.secondly the text inside describes the system hardware work principle,

6、and introduce the icsle4442internal structure and chip figure, discuss the function and working process of these degree graduation project station applied each hardware interface technology and each interface module. ithis system edits collected materials the language to proceed with single the basi

7、c language of a machine the software designs, the instruction carries out the speed quick, save memory. .in conclusion concretion description soft and hardware debug of each functional module.the predominance thought that this text compose is soft, the hardware combines together, regarding hardware

8、as the foundation, proceeds the plait of each function mold piece write.key words: read and write a control, single slice machine, ic card.目錄:1 前言11 系統(tǒng)的提出及研究意義。12 系統(tǒng)的研究方向及功能概述。2 正文21 硬件設(shè)計思路。22 硬件論證方案。23 硬件各模塊的設(shè)計。2.3.1 89c2051單片機的簡介。2.3.2 sle4442ic卡的簡介： 芯片概述：芯片功能；芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)； 傳輸協(xié)議：復位和復位響應(yīng)；命令模式；輸出數(shù)據(jù)模式；處理

9、數(shù)據(jù)模式；2.3.3 sle4442的應(yīng)用： 芯片的復位方式； 芯片的操作命令格式；2.3.4 sle4442的接口技術(shù)： sle4442卡的接口電路； sle4442卡的插入/退出識別與上電/下電復位過程； sle4442卡的讀寫； sle4442卡的邏輯加密。2.3.5rs232通信接口芯片：2.3.6電路原理分析24 軟件設(shè)計思想。 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計及其分析； 軟件系統(tǒng)分析； 25 軟件程序設(shè)計3 系統(tǒng)調(diào)試4 結(jié)論5 參考文獻6 致謝附錄：附錄一：外文專業(yè)參考資料譯文附錄二：外文專業(yè)參考資料原文附錄三：電路原理圖附錄四：程序流程圖附錄五：程序清單1前言11系統(tǒng)的提出及研究意義。當今世界信息技

10、術(shù)的發(fā)展日新月異，一個以電子商務(wù)為主要特征的經(jīng)濟時代即將來臨，ic卡是一種將個人信息最有效地送入到先進的全球信息網(wǎng)絡(luò)并獲取所需結(jié)果的最有效的辦法，ic卡將成為人們聯(lián)網(wǎng)身份識別和實現(xiàn)電子支付手段。其影響面是前所未有的。智能ic卡與普通磁卡相比具有更高的安全性，為此，對智能ic卡的讀寫進行研究是非常有意義的。按卡與外界數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问絹矸?，有接觸式ic卡和非接觸式ic卡兩種。當前廣泛使用的是接觸式ic卡，本文對其進行了詳細介紹。目前,ic卡家族中檔次最高的智能ic卡,又稱cpu卡.顧名思義, 這種卡片上不但有存儲數(shù)據(jù)的存儲器和對外聯(lián)絡(luò)的通訊接口,還帶有具備數(shù)據(jù)處理能力的微處理器,實際上是一臺卡上的單

11、片微機系統(tǒng).為了管理這一系統(tǒng)中的硬件和軟件資源, 卡上存儲有進行數(shù)據(jù)讀寫和安全管理的程序,以及管理這些程序的卡上操作系統(tǒng),即cos(chip operating system).cos與我們在pc機上常見的dos和windows 等操作系統(tǒng)有很大不同,它是根據(jù)ic卡特點而開發(fā)的專用操作系統(tǒng).cos受ic 卡存儲容量和微處理器性能的限制,主要功能是:控制ic卡與外界的信息交換;管理ic卡上各種存儲器;在ic卡內(nèi)執(zhí)行讀寫器的各種操作命令.有了cpu與cos,ic卡就有了智能.因此智能ic 卡具有超強的存儲性能,提供很高的信息安全性和可靠性.12系統(tǒng)的研究方向及功能概述。 本文主要以89c2051單

12、片機為核心，ic卡讀/寫設(shè)備就是能將數(shù)據(jù)信息“寫入”ic卡或?qū)c卡內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息“讀出”或“擦除”的電子接口設(shè)備，總體來說，可將其分為通用型讀/寫設(shè)備和專用型讀/寫設(shè)備。本設(shè)計主要分析接觸型ic卡讀/寫器，作為pc機的嵌入式外設(shè)，通過串型接口實現(xiàn)交換。功能：能識別和讀/寫存儲卡；為連機型讀/寫器，做為依附于pc機的一種外設(shè)，通過rs-232c與pc機進行通信；能自動連續(xù)讀/寫，具有上電冷復位，插卡熱復位功能；卡上數(shù)據(jù)讀/寫采用雙認證方式，確保讀/寫數(shù)據(jù)的可靠性和準確性；具有一定的抗攻擊能力，即對于非法插拔，非法ic卡等具有一定的抵抗能力，可避免短路等造成的讀/寫損壞；具有聲光提示讀/寫狀態(tài)；

13、采用動態(tài)加密算法，避免ic卡被非法復制，并保證ic卡數(shù)據(jù)的安全性。2.正文 21硬件設(shè)計思路： ic卡的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。在ic卡的觸點和讀/寫設(shè)備的觸點良好接觸之前，讀/寫設(shè)備不應(yīng)對ic卡施加有關(guān)信號，以免造成不可預料的損壞。ic卡讀/寫設(shè)備作為系統(tǒng)和用戶交換的接口，必將面對各種各樣復雜的應(yīng)用環(huán)境。因此，在設(shè)計階段應(yīng)注意ic卡讀/寫設(shè)備環(huán)境。作為操作系統(tǒng),管理ic卡的硬件資源和數(shù)據(jù)資源是其基本任務(wù).ic卡上的硬件資源包括cpu,rom,eeprom和ram及通訊接口,這些都由ic卡上操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理, 使外部不能直接控制這些資源,使ic卡對外表現(xiàn)為一個黑匣子,從而加強了系統(tǒng)的保密性能. 智能

14、卡通訊管理主要功能是執(zhí)行智能ic卡的信息傳送協(xié)議, 接收讀寫器發(fā)出的指令,并對指令傳遞是否正確進行判斷.一般可采用奇偶檢,crc校驗等方式判斷傳輸錯誤.對于采用分組傳輸協(xié)議的系統(tǒng), 還可以通過分組長度變化來檢出錯誤。智能卡操作系統(tǒng)最重要的功能之一就是數(shù)據(jù)安全管理. 這可以具體地分為用戶與ic卡的鑒別,核實功能以及對傳輸數(shù)據(jù)的加密與解密操作. 智能ic卡cos的應(yīng)用管理功能是對讀寫器發(fā)來的命令進行判斷,譯碼和處理. 智能卡的各種應(yīng)用以專有文件形式存在卡上,各專有文件則是由ic 卡的指令系統(tǒng)中指令排列所組成的. 鑒別是指對ic卡本身的合法性進行驗證,判定一張ic卡是不是偽造的.如在前兩講中談到的多

15、采用多種卡上設(shè)置的讀,寫,擦除密碼作為防偽的基本手段.而cos由于可以通過內(nèi)部軟件運行來完成密碼轉(zhuǎn)換,因此智能ic 卡上實際寫入的密碼無法被讀寫器直接讀取,安全性能更強.ic卡由于其高存儲量和高保密性,應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,除覆蓋了傳統(tǒng)磁卡的全部功能外,還拓展到許多磁卡不能勝任的領(lǐng)域 22硬件論證方案： ic卡是一種集成電路卡，它的讀/寫設(shè)備是每個ic卡應(yīng)用系統(tǒng)必不可缺的周邊設(shè)備。該設(shè)備通過ic卡的8個觸點向ic卡提供電源并與ic卡相互交換信息。雖然ic卡是從磁卡發(fā)展而來的。 本ic卡讀/寫器的硬件系統(tǒng)設(shè)計主要有：ic卡的插拔檢測，ic卡的電源控制，ic 卡與cpu的接口以及必要的人機界面。軟件系

16、統(tǒng)主要由ic卡數(shù)據(jù)讀/寫模塊，串行通信模塊等組成。 sle4442是德國simens公司設(shè)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代碼存儲器。內(nèi)部電壓提升電路保證了芯片能夠以單一+5v電壓供電，較大的存儲容量能夠滿足通常應(yīng)用領(lǐng)域的各種需要，因此是目前國內(nèi)應(yīng)用較多的一種ic卡芯片。芯片采用；多存儲器結(jié)構(gòu)，2線連接協(xié)議（串行接口滿足iso7816同步傳輸協(xié)議），nmos工藝技術(shù)，每字節(jié)的擦除/寫入編程時間位。2。5ms。存儲器具有至少10000次的擦寫周期，數(shù)據(jù)保持時間至少10以上。 根據(jù)ic卡應(yīng)用系統(tǒng)的這種典型結(jié)構(gòu),開發(fā)者的主要工作包括:(1) 設(shè)計和構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫,

17、對應(yīng)用ic卡管理的數(shù)據(jù)進行分類存儲和管理.由于數(shù)據(jù)庫一般建立在小型機或微機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上,一般在相應(yīng)環(huán)境中開發(fā)設(shè)計.(2)對ic 卡上數(shù)據(jù)的存儲格式,讀寫方式,加密和安全保護方式進行規(guī)劃和設(shè)計.這些可借助ic 卡讀寫器和微機的開發(fā)系統(tǒng)來完成.(3)構(gòu)造ic卡應(yīng)用環(huán)境,建立網(wǎng)絡(luò)和讀寫工作站.作為ic卡系統(tǒng)中的發(fā)卡站和結(jié)算站,可以采用帶聯(lián)機讀寫器的小型機或微機.系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境可以是windows下的vb,foxpor,access等軟件,一般利用讀寫器廠家提供的接口函數(shù)與數(shù)據(jù)庫軟件接口.用戶刷卡使用的工作站可以采用pc機加聯(lián)機讀寫器組成,需進行用戶界面設(shè)計,能夠提供較友好的用戶界面.也可以使用便攜式的

18、脫機工作站, 一般由單片機系統(tǒng)組成,帶有液晶顯示器和小型鍵盤.這種讀寫器的用戶接口軟件, 也需在專用的單片機系統(tǒng)中開發(fā). 因此,一個ic卡應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計工作除了包括各站點的硬件配置,系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng), 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和管理軟件編程,各工作站用戶接口軟件的編程,以及ic卡上數(shù)據(jù)規(guī)劃與初始分區(qū)和數(shù)據(jù)寫。2.3硬件各模塊的設(shè)計：2.3.189c2051單片機的簡介： 本讀寫器以atmel89c2051為內(nèi)核。此型號的單片機是一種低消耗，高性能的8位cmos微處理芯片。片內(nèi)帶有2kb的閃爍可編程及可擦除只讀存儲器，與工業(yè)標準的80c51指令集相兼容，dip20封裝。片上的perom準許在線對程序存儲器重新編碼

19、，也可用常規(guī)的非易揮發(fā)存儲芯片編程。它的特點可歸納為：1.與mcs-51產(chǎn)品兼容；2.2kb的在線可重復編程閃爍存儲器；:壽命：1000次寫/擦除周期，數(shù)據(jù)保存期10年；3.寬工作電壓:范圍vcc=2.76v；4.全靜態(tài)工作方式：024mhz；5.3級程序存儲器鎖定；6.256*8位內(nèi)部ram；7.32條可編程i/o口線；8.3個16位定時/計數(shù)器；9.5個中斷源；10.可編程串行中斷；11.低功耗的閑置與掉電模式。l 復位狀態(tài)： mcs51單片機復位后, 程序計數(shù)器pc和特殊功能寄存器復位的狀態(tài)如表所示。 復位不影響片內(nèi)ram存放的內(nèi)容, 而ale、psen在復位期間將輸出高電平。由表可以看

20、出: (1) （pc）=0000h 表示復位后程序的入口地址為0000h; (2)（psw）=00h, 其中rs1(psw.4)=0, rs0(psw.3)=0, 表示復位后單片機選擇工作寄存器0組; (3)（sp）=07h 表示復位后堆棧在片內(nèi)ram的08h單元處建立;(4)p0口p3口鎖存器為全1狀態(tài), 說明復位后這些并行接口可以直接作輸入口, 無須向端口寫1; (5) 定時器/計數(shù)器、 串行口、 中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復位后的狀態(tài)對各功能部件工作狀態(tài)的影響。上電復位：l at89c2051結(jié)構(gòu)：at89c2051是一個有20個引腳的芯片，引腳配置如圖. 與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行對比后可發(fā)

21、現(xiàn)，at89c2051減少了兩個對外端口(即p0、p2口)，使它最大可能地減少了對外引腳，因而芯片尺寸有所減小。at89c2051芯片的20個引腳功能為:1.vcc 電源電壓;2.gnd 接地;3: rst復位輸入。當rst變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個機器周期時，所有i/o引腳復位至“1”。 引腳結(jié)構(gòu)：l xtal1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2來自反向振蕩放大器的輸出。p1口8位雙向i/o口。引腳p1.2p1.7提供內(nèi)部上拉，當作為輸入并被外部下拉為低電平時，它們將輸出電流(iil),這是因內(nèi)部上拉的緣故。 p3口引腳p3.0p3.5與p3.7為7個帶內(nèi)部上拉的雙向i/o引

22、腳。p3.6在內(nèi)部已與片內(nèi)比較器輸出相連，不能作為通用i/o引腳訪問。 單片機內(nèi)部，外部振蕩電路： l 單片機存儲器分類及配置： mcs51單片機存儲器的分類從物理結(jié)構(gòu)上可分為: 片內(nèi)、 片外程序存儲器（8031和8032沒有片內(nèi)程序存儲器）與片內(nèi)、 片外數(shù)據(jù)存儲器4個部分; 從尋址空間分布可分為: 程序存儲器、 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器3大部分; 從功能上可分為: 程序存儲器、 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、 特殊功能寄存器、 位地址空間和外部數(shù)據(jù)存儲器5大部分。 （a）程序存儲器; （b）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器; （c）外部數(shù)據(jù)存儲器l 特殊功能寄存器(sfr)：at89c2051中特殊功能寄存器描述，它

23、們共占用了19字節(jié)，其功能與8051sfr功能相對應(yīng)。l 程序存儲器的加密：at89c2051片內(nèi)有2個鎖定位，可以編程(p)，也可以不編程(u)，從而得到3種鎖定位保護模式。內(nèi)部結(jié)構(gòu)：l 低功耗工作方式：at89c2051有兩種低功耗工作方式：空閑方式與掉電方式。 1) 空閑方式(休眠方式)：當利用軟件使空閑方式位idl(pcon.0)=1時，單片機進入空閑方式。此時，cpu處于休眠狀態(tài)，而片內(nèi)所有其他外圍設(shè)備保持工作狀態(tài)，片內(nèi)ram和所有特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。在空閑方式下，當晶振fosc=12mhz、電源電壓vcc=6v時，電源電流icc從20ma降至5ma，而vcc=3v時，icc

24、由5.5ma降至1ma。中斷或硬件復位可以終止空閑方式。 當空閑方式由硬件復位終止時，cpu要從休眠處恢復程序的執(zhí)行，執(zhí)行2個機器周期后，內(nèi)部復位算法才起作用。此時，硬件禁止訪問內(nèi)部ram，但允許訪問端口引腳。為了防止休眠被復位終止時對端口引腳意外寫入的可能性，在生成空閑方式的指令后不應(yīng)緊跟對端口引腳的寫指令。如果不采用外部上拉，p1.0和p1.1應(yīng)置“0”；如果采用外部上拉，則應(yīng)置“1”。 2)掉電方式：掉電方式由掉電方式位pd(pcon.1)=1設(shè)置。此時，振蕩器停止工作，設(shè)置掉電方式的指令成為最后執(zhí)行的1條指令，片內(nèi)ram和特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。在掉電方式下，vccmin=2v。當

25、vcc=6v時，iccmax=100a;當vcc=3v時，iccmax=20a。退出掉電方式的唯一方法是硬件復位。硬件復位將重新定義特殊功能寄存器，但不影響片內(nèi)ram。復位的保持時間應(yīng)足夠長，以便振蕩器能重新開始工作并穩(wěn)定下來。在vcc沒有恢復到正常工作電壓之前，不應(yīng)進行復位。如果不采用外部上拉，p1.0和p1.1應(yīng)置“0”，否則置“1”。 2.3.2 sle4442ic卡的簡介：l 概述：sle4442 是德國西門子simens 公司設(shè)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代碼存儲器psc 內(nèi)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容量能夠滿足通常應(yīng)用

26、領(lǐng)域的各種需要因此是目前國內(nèi)應(yīng)用較多的一種ic 卡芯片芯片采用多存儲器結(jié)構(gòu)2 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(shù)每字節(jié)的擦除/寫入編程時間為2.5ms 存儲器具有至少10000 次的擦寫周期數(shù)據(jù)保持時間至少10 年。sle4442的觸點安排： 操作電壓 地 復位 未用 時鐘 雙向數(shù)據(jù)線 未用 未用芯片功能芯片功能：sle4442 ic 卡主要包括三個存儲器：1256x8 位eeprom 型主存儲器。地址031 為保護數(shù)據(jù)區(qū)。該區(qū)數(shù)據(jù)讀出不受限制，寫入受保護存儲內(nèi)部數(shù)據(jù)狀態(tài)的限制。當保護存儲器中第n 位n=031 為1 時，對應(yīng)主存儲器中第n 個字節(jié)允許進行擦除

27、和寫入操作。地址32255 后244 字節(jié)為應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)讀出不受限制，擦除和寫入受加密存儲器數(shù)據(jù)校驗結(jié)果的影響。這種加密校驗的控制是對整個主存儲器實施的(即包括保護數(shù)據(jù)區(qū)和應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū))。232 x1 位prom 型保護存儲器.一次性編程以保護主存儲器保護數(shù)據(jù)區(qū),防止一些固定的標識參數(shù)被改動.保護存儲器同樣受加密存儲器數(shù)據(jù)校驗結(jié)果的影響。34x8 位eeprom 型加密存儲器.第0 字節(jié)為密碼輸入錯誤計數(shù)器(ec).ec的有效位是低三位,芯片初始化時設(shè)置成”111”這一字節(jié)是可讀的(ec).的1,2,3字節(jié)為參照字存儲區(qū).這3 個字節(jié)的內(nèi)容作為一個整體被稱為可編程加密代碼(psc).其讀出寫

28、入和擦除均受自身比較操作結(jié)果的控制。芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如下：l 傳送協(xié)議：1. 復位和復位響應(yīng):復位和復位響應(yīng)是根據(jù)iso7816-3 標準來進行的。在操作期間的任意時候都可以復位。開始，地址計數(shù)器隨一個時鐘脈沖而被設(shè)置為零。當rst 線從高狀態(tài)h 置到低狀態(tài)l 時,第一個數(shù)據(jù)位(lsb)的內(nèi)容被送到i/o 上。若連續(xù)輸入32 個時鐘脈沖，主存儲器中的前四個字節(jié)地質(zhì)單元中的內(nèi)容被讀出。在第33個始終脈沖的下降沿，i/o 線被置成高狀態(tài)而關(guān)閉.2命令模式：復位響應(yīng)以后芯片等待著命令。每條命令都以一個“啟動狀態(tài)”開始。整個命令包括3 個字節(jié)。隨后經(jīng)更著一個附加脈沖并用一個“停止狀態(tài)”來結(jié)束操作。啟動

29、狀態(tài)：在clk 為高狀態(tài)h 狀態(tài)期間i/o 顯得下降沿為啟動狀態(tài)。停止狀態(tài)：在clk 為高狀態(tài)h 狀態(tài)期間i/o 顯得上升沿為停止狀態(tài)。在接受一個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)和處理數(shù)據(jù)模式。 命令模式的時序圖：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)傳送個外部設(shè)備接口(ifd)的一種操作。在第一個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?。隨后每增加一個時鐘脈沖芯片，芯片內(nèi)部的一位數(shù)據(jù)被送到i/o 線上，數(shù)據(jù)的發(fā)送從每個字節(jié)的最低位（lsb）開始。當所需要的最后一個數(shù)據(jù)送出以后，需要再附加一個時鐘脈沖來把i/o口置成高狀態(tài)，以便接受新的命令。在輸出數(shù)據(jù)期

30、間任何“啟動狀態(tài)”和“停止狀態(tài)”均被屏蔽掉.輸出數(shù)據(jù)模式的時序關(guān)系： 4.處理數(shù)據(jù)模式:這種模式是對ic 芯片作內(nèi)部處理.芯片在第一個始終脈沖的下降沿將i/o 線從高狀態(tài)拉到低狀態(tài)并開始處理。此后芯片在內(nèi)部連續(xù)計時計數(shù),直到低n 個始終脈沖之后的附加一個時鐘脈沖的下降沿i/o 線再次置高,完成芯片的處理過程。在整個處理過程中i/o 線被鎖定成低狀態(tài)。處理模式的時序關(guān)系：233sle4442卡的應(yīng)用：l 芯片的復位方式：1部復位：sle4442是基于同步夫位響應(yīng)的傳送協(xié)議。芯片的復位時序如前述。2復位：在把操作電壓連接到vcc 段之后，芯片內(nèi)部進行復位操作。i/o 線被置為高狀態(tài)。必須在對任意地

31、址進行讀操作或做一個復位響應(yīng)操作之后才可以進行數(shù)據(jù)交換。3：在clk為低狀態(tài)期間，如果rst 置為高狀態(tài)，則任何操作均無效。i/o 線被鎖定到高狀態(tài)。需要一個最小維持時間tres=5us 之后，芯片才能接受新的復位。中止狀態(tài)的時序：l 芯片的操作命令格式： 每條命令包含三個字節(jié)其排列順序如下msb 控制字 lsb msb 地址字 lsbmsb 數(shù)據(jù)線 lsb b7b6b5b4b3b2b1b0a7a6a5a4a3a2a1a0d7d6d5d4d3d2d1d0 sle4442芯片具有7種命令： 字節(jié)1（控制）b7b0字節(jié)2（地址）a7a0字節(jié)3（數(shù)據(jù)）功能命令模式30h地址數(shù)無效讀主存器輸出數(shù)據(jù)模式

32、38h地址數(shù)輸入數(shù)據(jù)改主存器處理模式34h無效無效讀保護存儲器輸出數(shù)據(jù)模式3ch地址數(shù)輸入數(shù)據(jù)修改加密處理模式31h無效無效比較校驗數(shù)據(jù)輸出模式39h地址數(shù)輸入數(shù)據(jù)修改加密處理模式33h地址數(shù)輸入數(shù)據(jù)比較校驗處理模式 2.3.4sle4442卡的接口技術(shù)：ic卡接口設(shè)備是由ic卡適配插座，ic卡電氣接口電路，用于ic卡時序生成與數(shù)據(jù)交換的微處理器以及其他主設(shè)備的連接接口組成。根據(jù)ic卡在插入或退出時，按觸點壓觸和脫離的方式區(qū)分主要有兩種，一是滑觸式結(jié)構(gòu)，這種方式，觸點處于固定位置，ic卡在插入或退出時，滑過與之不相關(guān)的位置，并滑接在固定的位置，另一類是著陸式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)下，ic卡在插入過程中

33、，觸點與ic卡同步運動，逐步下壓，并穩(wěn)定與最終位置。l ic卡的接口電路： ic卡的接口電路是連接ic卡與讀寫機具的通路，由它實現(xiàn)對ic卡的供電，并滿足不帶電插拔的要求。 一般來說，邏輯電路的“1”和“0”只是反映電壓大小的關(guān)系，都處于帶電狀態(tài)。若帶電插拔ic卡，可能會給ic卡帶來損傷，甚至損壞它。因此在插拔前應(yīng)先斷開向ic卡供電的電源。，并切斷其邏輯連接，實現(xiàn)對ic卡的保護。 ic卡的邏輯接口電路一般采用集電極開路（oc）輸出及非嵌拉保護式輸入結(jié)構(gòu)。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，整個接口電路接通，借口設(shè)備與ic卡間構(gòu)成邏輯通路；而當ic卡處于下電狀態(tài)時（v=

34、off），上拉電阻r的源端失去了供電，整個與卡的接口的電路均處于不帶電狀態(tài)。這種電路結(jié)構(gòu)簡單，可與cmos，ttl接口相兼容，上升沿阻尼較大，不易產(chǎn)生邊沿振蕩，缺點是當接口端的分布電容較大時，上升沿過緩。在作為cpu卡的時鐘驅(qū)動時（通常為3.57mhz）,就有可能產(chǎn)生丟失脈沖等現(xiàn)象。解決這一問題的辦法有兩種，第一種：是通過減小時鐘驅(qū)動端的上拉電，減小上升時間來解決；另一種是采用互補驅(qū)動方式來進行時鐘驅(qū)動，這種方式結(jié)構(gòu)復雜些，但可以實現(xiàn)更高的時鐘頻率。 所有的ic卡的接口部分都加加了箝位保護二級管，這些箝位二級管可以使各引腳上的電壓嚴格地限定在-vdvcc+vd之間，這樣，可以抑制由于線路干擾和

35、邏輯電平變化的邊沿產(chǎn)生抖動所帶來的瞬態(tài)過壓，為ic卡提供進一步的保護措施。ic卡接口設(shè)備中的ic卡供電電路也是一個相對獨立于其他回路，這是由于ic卡接口設(shè)備是一個獨立于ic卡的設(shè)備，當有卡插入時，接口設(shè)備便開始向ic卡提供其所須的電力。如果插入的是一張電源與地擊穿的壞卡，或是一個金屬片之類的物質(zhì)，就會造成供電回路的短路現(xiàn)象，若ic卡接口設(shè)備中無過流保護措施，就會造成設(shè)備的損壞。即便有保護措施，若與ic卡接口設(shè)備的其他部分共同使用一個保護回路，就會干擾整個設(shè)備的正常工作。該電路利用了帶輸出短路保護特性的78系列三端穩(wěn)壓集成電路，78l05的最大輸出電流可達150ma，短路保護電流起點在150ma

36、200ma左右，符合iso/iec7816-3所確定的范圍。當插入的卡是一個電源對地的短路負載時，u1會因輸出過載而形成短路保護，由于接口設(shè)備的供電是在u2提供的穩(wěn)壓回路上，因而不會干擾接口設(shè)備的工作，這一段路保護信息會在“短路報警指示”信號線上形成一個低電平輸出，接口設(shè)備的微處理器通過感知這一信號而切斷對ic卡接口的供電，直到該卡退出為止，u1的輸出也會隨之而轉(zhuǎn)入正常的電壓輸出范圍，以便為后續(xù)插入的ic卡提供正常的供電服務(wù)。l ic卡的插入/退出識別與上電/下電控制技術(shù)：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，對于復雜結(jié)構(gòu)的ic卡適配插座，其識別與控制過程也相當復雜

37、，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直接涉及是否能安全可靠地操作ic卡的過程。它必須嚴格地遵循iso7816-3規(guī)定，其操作如下：（1）上電過程：rst處于l狀態(tài)； （2）下電過程：rst為狀態(tài)l； vcc供電； clk為狀態(tài)l； 接口設(shè)備處于接受 vpp不起作用； 方式; vpp上升為空閑狀態(tài)； i/o為狀態(tài)a； clk由相應(yīng)穩(wěn)定的時鐘 vcc關(guān)閉。提供； 上電過程： pwron1：lcall recog ;識別是否有卡插入 clr rst ；使rst=l clr clk ；使clk=l lcall delay-0.5ms ；延遲0.5ms。使端口邏輯信號穩(wěn)定 clr

38、 pwr ；給卡供電 clr datout ；使i/o端口=l； ret ；返回下電過程：pwroff1：clr rst ；使rst=l clr clk ；使clk=l clr datout ；使i/o=l lcall delay-0.5ms ；延遲0.5ms，使端口邏輯信號穩(wěn)定 setb pwr ；給卡下電 ret ；返回 由于ic寫主存儲器時需要驗證密碼，所以執(zhí)行下面程序時請確保sle4442的密碼的正確性。如果密碼有錯誤，ic卡校驗3次便會鎖死報廢。 org 8000h ajmp main org 8100h main：mov sp，#60h write-read-card: mov r

39、0,#pswd mov r0,#0x11 inc r0 mov r0,#0x22 inc r0 mov r0,#0x33 lcall checkpassword jnz wrexit mov r0,#writebuf mov r0,#0x55 inc r0; mov r0,#0x66 mov bytenum,#0x02 mov startadr,#0x20 lcall writecard jnz wrexit mov bytenum,#0x02 mov startadr,#0x20 lcall readcard jz write-read-card wrexit:mov a,#00h $inc

40、lude(sle4442.inc); endl ic卡的讀寫技術(shù)：不同類型的ic卡其讀寫方式或數(shù)據(jù)協(xié)議方式是不同的，其地址計數(shù)器是與時鐘緊密相關(guān)的，當卡復位時，地址計數(shù)器置“0”，以后，每向卡發(fā)一個節(jié)拍的時鐘，都將使ic卡的地址計數(shù)器加“1”，這一時鐘頻率上限為50khz或280khz。復位過程：synrst：setb datout ；使能數(shù)據(jù)線 setb rst ；復位使能 lcall delay-10us ；延遲10us setb clk ；置同步復位時鐘h lcall delay-10us ；延遲10us clr clk ；時鐘為l lcall delay-10us ；延遲10us cl

41、r rst ；復位結(jié)束ret 數(shù)據(jù)字段的定位：synpos：lcall synrst ;ic卡復位 sp1：cjne r3，#00h，sp3 ；判低位 cjne r2，#00h，sp2 ；判高位 ret ；返回 sp2：dec r2 ；高位減1 sp3：dec r3 ；低位減1 setb clk ；開始建立一個時鐘脈沖 lcall delay-10us clr clk lcall delay-10us ;時鐘脈沖結(jié)束 sjmp sp1 ；繼續(xù)下一次數(shù)據(jù)的讀出過程：synread：lcall sunpos ；定位至起始地址 setb datain ；使能數(shù)據(jù)輸入線 sr1：mov r5，#08h

42、 ；置移位次數(shù)為8次 sr2：setb clk ；clk=h mov c，datin ；將數(shù)據(jù)線上的內(nèi)容輸入到c觸發(fā)器中 rlc a ；a寄存器循環(huán)左移，c的內(nèi)容進入a最低位 lcall delay-10us ;延時10us clr clk ；clk=l lcall delay-10us ；延時10us djnz r5,sr2 ;判斷是否接收完一字節(jié)，若是繼續(xù)，否則轉(zhuǎn)至sr2，繼續(xù)接收下一位 mov r0,a ;將字節(jié)內(nèi)容送（r0）單元 inc r0 ；數(shù)據(jù)存放地址加1 djnz r4，sr1 ；判斷是否接收完r4個字節(jié)，若是繼續(xù)，否則轉(zhuǎn)至sr1，繼續(xù)接收 ret ；返回 ic卡的寫操作：在器

43、件地址碼之后，緊跟著的是字節(jié)地址碼。地址碼長度為8位。時序中的數(shù)據(jù)為寫字節(jié)時，由ic卡讀/寫器中的單片機在sda發(fā)送一個8位碼長的數(shù)據(jù)；卡片每收到一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，都要通過sda回送一個“確認”信號。 ic卡的讀操作有3種：現(xiàn)行地址讀、隨機地址讀、順序讀。 ic卡芯片操作地址：對ic卡而言，a2，a1，a0地址線均為0；因此，寫地址為0a0h，讀地址為0a1h。ic卡讀寫器要能讀寫符合iso7816標準的ic卡。ic卡接口電路作為ic卡與ifd內(nèi)的cpu進行通信的唯一通道，為保證通信和數(shù)據(jù)交換的安全與可靠，其產(chǎn)生的電信號必須滿足下面的特定要求。 完成ic卡插入與退出的識別操作：ic卡接口電路對i

44、c卡插入與退出的識別，即卡的激活和釋放，有很嚴格的時序要求。如果不能滿足相應(yīng)的要求，ic卡就不能正常進行操作；嚴重時將損壞ic卡或ic卡讀寫器。(1)激活過程：為啟動對卡的操作，接口電路應(yīng)按圖1所示順序激活電路：rst處于l狀態(tài)；根據(jù)所選擇卡的類型，對vcc加電a類或b類，正常操作條件下vcc的電特性見表1；正常操作條件vcc的電特性符 號 最小值 最大值 條 件 vvcc/v 4.52.7 5.53.3 a類b類 icc/ma 60500.5 a類，在最大允許頻率b類，在最大允許頻率時鐘停止 vpp上升為空閑狀態(tài);接口電路的i/o應(yīng)置于接收狀態(tài)；向ic卡的clk提供時鐘信號(a類卡15mhz

45、，b類卡14mhz)。如圖所示，在ta時間對ic卡的clk加時鐘信號。i/o線路應(yīng)在時鐘信號加于clk的200個時鐘周期(ta)內(nèi)被置于高阻狀態(tài)z(ta 時間在ta之后)。時鐘加于clk后，保持rst為狀態(tài)l至少400周期(tb)使卡復位(tb在ta之后)。在時間tb，rst被置于狀態(tài)h。i/o上的應(yīng)答應(yīng)在rst上信號上升沿之后的40040 000個時鐘周期(tc)內(nèi)開始(tc在tb之后)。在rst處于狀態(tài)h的情況下，如果應(yīng)答信號在40 000個時鐘周期內(nèi)仍未開始，rst上的信號將返回到狀態(tài)l，且ic卡接口電路按照圖2所示對ic卡產(chǎn)生釋放。(2)釋放過程:當信息交換結(jié)束或失敗時(例如，無卡響應(yīng)

46、或卡被移出)，接口電路應(yīng)按圖2所示時序釋放電路：rst應(yīng)置為狀態(tài)l；clk應(yīng)置為狀態(tài)l(除非時鐘已在狀態(tài)l上停止)；vpp應(yīng)釋放(如果它已被激活)；i/o應(yīng)置為狀態(tài)a(在td時間內(nèi)沒有具體定義)； vcc應(yīng)釋放。通過觸點向卡提供穩(wěn)定的電源ic卡接口電路應(yīng)能在表1規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，向ic卡提供相應(yīng)穩(wěn)定的電流。l 通過觸點向卡提供穩(wěn)定的時鐘ic卡接口電路向卡提供時鐘信號。時鐘信號的實際頻率范圍在復位應(yīng)答期間，應(yīng)在以下范圍內(nèi)：a類卡，時鐘應(yīng)在15mhz；b類卡，時鐘應(yīng)在14mhz。復位后，由收到的atr(復位應(yīng)答)信號中的f(時鐘頻率變換因子)和d(比特率調(diào)整因子)來確定。時鐘信號的工作周期應(yīng)為穩(wěn)定

47、操作期間周期的40%60%。當頻率從一個值轉(zhuǎn)換到另一個值時，應(yīng)注意保證沒有比短周期的40%更短的脈沖。l 卡的邏輯加密芯片：邏輯加密卡主要是由eeprom單元陣列和密碼控制邏輯構(gòu)成的，其功能介于存儲器卡和cpu卡之間，它具有一定的保密邏輯功能，不像存儲器卡那樣能夠被自由擦寫。邏輯加密卡芯片從功能上看，主要分為兩個部分，一是eeprom單元陣列，一是保密邏輯部分。 sle4442卡內(nèi)含256*8位eeprom存儲器和32*1位保護存儲器，該保護存儲器對eeprom的前32字節(jié)進行寫/刪除保護。保護位是一次性的，不能修改。它還有一個可編程序安全碼邏輯，整個存儲器除了psc以外，均可讀，而且只有在比

48、較psc不正確后才能進行寫/刪除操作。在三次比較psc不正確后將鎖住后續(xù)的psc比較及寫/刪除操作。存儲器分配： 邏輯加密卡芯片的功能框圖： 比較從eeprom中讀出的數(shù)據(jù)和ic卡中讀出的數(shù)據(jù)是否相同： cmploop： mov a，r0 mov r6,a mov a,r1 xrl a,r6 jnz noequ djnz r7,cmploop snequ: clr sw jmp read-insert-card noequ: setb sw jmp read-insert-card$include(sle4442.inc)$include(v12c-24a.inc) end eeprom邏輯圖2.3.5rs232通信接口芯片：rs232是目前串行通信中最常用的總線，其標準rs232c是美國電子工業(yè)協(xié)會