基于ATM89C51单片机的IC卡读写器的设计

摘 要 IC卡是一个正蓬勃发展的边缘产业，一个与我们的生活正越来越密切的产业。在普及因特网和计算机的大潮涌来时，IC卡扮演着越来越重要的角色。IC卡读写设备大致可分为两大类:一类为专用读写设备或称脱机读写器。其特点是:充分利用IC卡存储量大，可以独立存储和工作, 不需要和主机相连就可完成数据读写的优点,可与应用设备结合或单独工作。例如:IC卡电表,水表,ATM机, 商场收款机。另一类为通用读写设备,或称联机读写器,是带有单片机和存储器的设备,通过并行或串行口与PC机或应用系统网络相连接。 在运行不同软件时可以读写不同种类的IC卡,组成不同的应用系统。如果配备开发系统软件,可对IC卡做初始规划,数据加密和初始写入,从而构成IC卡应用开发制作环境。在本设计中, 我们讨论通用开发系统基于ATM89C51单片机的IC卡读/写器的设计。通过89C51单片机来实现IC卡的读和写，在系统中设计一个复位电路，接在89C51的复位管脚上。复位电路是微机应用中重要的一环，一个好的复位电路对微机抗干扰有重要作用。另外还在单片机上接了一个时钟电路，用来设置单片机内部震荡的时间。RS232串行接口在本设计中用于单片机与PC机之间的连接， IC卡座用于插卡，实现IC卡与读写器的连接。本设计中所涉及的主要是接触式逻辑加密卡SLE4442卡。另外一些外围电路的设计使整个IC卡读写器显得完美。目 录前言 . 3第一章 概述 . 5 一 IC卡技术 5二 IC卡应用 8第二章 系统原理框图 . 10一 系统原理框图的绘制 10二 原理图 13第三章 硬件部分 . 14一 AT89C51单片机简介 . 14二 RS232串行接口 16三 SLE4442简介 18四 IC卡座 18五 外围电路 20第四章 软件部分 . 25一 工作过程、流程图 25二 用C51实现的读/写主程序 . 27 三 上位PC机通信接口软件 . 34第五章 总结 . 36一 总结 36二 致谢 37三 参考文献 38 前 言 IC卡是一个正蓬勃发展的边缘产业，一个与我们的生活正越来越密切的产业。在普及因特网和计算机的大潮涌来时，IC卡扮演着越来越重要的角色。IC卡读写设备大致可分为两大类:一类为专用读写设备或称脱机读写器。其特点是:充分利用IC卡存储量大，可以独立存储和工作, 不需要和主机相连就可完成数据读写的优点,可与应用设备结合或单独工作。例如:IC卡电表,水表,ATM机, 商场收款机。另一类为通用读写设备,或称联机读写器,是带有单片机和存储器的设备,通过并行或串行口与PC机或应用系统网络相连接。 在运行不同软件时可以读写不同种类的IC卡,组成不同的应用系统。如果配备开发系统软件,可对IC卡做初始规划,数据加密和初始写入,从而构成IC卡应用开发制作环境。在本设计中, 我们讨论通用开发系统基于ATM89c51单片机的IC卡读/写器的设计。 IC卡读/写设备由IC卡卡座,单片机,数据存储器RAM,程序存储器EEPROM,接口电路和外围设备等组成。 IC卡读/写器各部分结构与功能简单介绍如下:1.IC卡卡座 IC卡卡座是连接IC卡与读写器的。其功能包括对IC卡供电，提供读写信号和传送数据。要求提供方便的插拔方式和可靠的接触，并带有带电插拔，过流保护，插卡检测等能力。IC卡和插座的结构尺寸必须符合国际标准化组织(ISO)7816的标准。对触点数目、位置、信号名称和功能都有明确规定，以保证兼容性。2.单片机和存储器 读写器中配备单片机和ROM，RAM存储器，构成微机系统，单片机运行ROM中固化的软件，执行与IC卡和上位PC机的通信规程。控制对IC卡的读写，完成IC 卡与主机间数据的格式转换。为减轻单片机负担，提高读写速度，常配置有硬件密文转换和单元。3.接口电路和外围设备    通用读写器一般与PC机或网络联机工作, 常用标准并行或串行口与上位机连接和通讯。常用的是带有25芯或者9芯插口的RS232- C 型串行接口, 可直接接到PC 机的COM1或COM2上。此时，可利用主机的显示器作监视器，主机键盘作控制和输入，利用主机打印机输出。此时主机与读写器组成了IC卡应用与开发系统，操作与一般微机相仿，但用户界面将随所配软件而有很大不同。4.IC卡系统软件本设计的系统软件是通过C51编写的。第一章 概述一、IC卡技术 IC卡概述 1. 什么是IC 卡 IC卡是英文集成电路卡（integrted circnit card ）的缩写，其大小和名片相当，但比名片稍厚些。国际标准化组织ISO为它制定了国际标准，对卡的长度、宽度及厚度都做了比较明确的规定。制作时，将一个专用的集成电路芯片镶嵌于基片中，封装成形，即为IC卡。IC卡的概念是20世纪70年代初提出来的，法国人RoLa MdMore Mo与1970年首先将IC卡芯片放于卡片中。 2. IC卡的分类（1）根据卡中所镶嵌的集成电路的不同分类 存储卡：卡中的集成电路为EEPROM。 逻辑加密卡：卡中集成电路为带加密逻辑和EEPROM。CPU卡：卡中的集成电路包括中央处理器CPU、EPROM、随机存储器RAM以及固化在只读存储器ROM中的片内操作系统。严格的讲只有CPU才是真正的只能卡。（2）根据卡与外界数据传送的形式分类 IC卡可分为接触型与非接触型。非接触型IC卡又称射频卡。当前使用广泛的是接触型IC卡。在这种卡上，起IC芯片有8个触点可与外界接触；射频卡的集成电路不向外引出触点，因此，它除了包含前述三种IC卡的电路外，还带有射频收/发电路及其相关电路。（3）根据应用领域分类 IC卡分为金融卡和非金融卡。金融卡又分 为信用卡和现金卡。信用卡由银行发行并管理，持卡人用它作为消费时的支付工具，可使用预先设的的透支限额资金。现金卡可用作电子存折和电子钱包，不允许透支. 3. IC卡技术（1）IC卡读/写技术 IC卡是一种集成电路卡，它的读写设备是每个IC卡应用系统不可缺的周边设备。该设备通过IC卡的8个触点向IC卡提供电源与IC卡相互交换信息。虽然IC卡是从磁卡发展而来的，但他在机器读/写性能上却远优与磁卡，无需往复的机械动作即可完成人-机-卡之间的多次会话过程，使卡在应用时操作简单，给人们带来极大的便利。（2）IC卡的安全技术 信息安全的目的就是保证数据在确定的时间内，在确定的地点，在确定的条件下，只能被却定的对象使用。而IC 卡正是为了解决数据是安全问题而设计的，它采用的是半导体密码存放与软件加密技术，能够有效地阻止卡的非法复制与数据篡改，应用设备设备在脱离网络的情况下，可以对IC卡进行鉴别。 IC卡的信息安全一般具有以下特征： 保密性：既防止未经授权的使用者获取信息； 完整性：防止未经授权的信息改变（更改、删除、增加）； 可获取性：防止未经授权的截取信息；真实型：即通过一系列的技术措施验证信息的真实性；持久性：即长久时间信息保存的可靠性。 （3）数据存储技术在一个应用系统的使用中，系统必须对所有持卡人建立一份身份与使用的档案。在磁卡系统中，这组档案存放在中心数据库系统内，没次持卡人使用必须通过终端，以网络形式从数据库系统中提出那分与自己有关的档案，IC 卡的数据存储能路比磁卡要强得多，卡把持卡人有关的大量信息存放在卡中，因而使得IC卡使用的灵活性大大增强，交易的实时性也明显改善。目前，IC卡的存储容量可达近1MB。 4. IC卡的技术特点（1） 芯片的制造技术与工艺 目前，IC卡用芯片扑片采用较为先进的CMOS，BICMOS等集成电路制造工艺，具有较好的点性能及抗干扰能力，一采用CMOS工艺制造的IC 卡芯片为例，起主要技术指标为； 写入/删除次数最少可大100000次。 数据保存时间最少为10年。 工作电压为5V。 抗静电4000V左右。 噪音容限也较高。（2） IC 卡座的技术要求 IC卡卡座哈IC 卡应有良好的接触点，应有尽量小的摩擦。 具有生产制造时的质量稳定性。 具有对应用环境（温度、湿度、震动及电磁干扰等）的适应性。 其中正确的工作顺序较为重要。按有关ISO/IEC7816标准规定，在IC卡的触点和读/写设备的触点之前，读/写设备不应对磁卡施加有关点信号，以免造成不可预料的损坏。IC卡读/写设备作为系统和用户交互的接口，必将棉队各种各样复杂的应用环境，如在金融系统应用中的ATM（自动柜员机），有可能放置在露天公共场合，处于高/低温、潮湿、电磁干扰等环境；在电车、汽车自动售票系统应用中，处于振动、电磁干扰等环境。因此，在设计阶段就应注意；IC卡读/写设备环境适应性问题。二. IC卡的应用IC卡的应用领域非常广泛。它除了涵盖传统磁卡的全部功能外，还拓展到许多磁卡所不能胜任的领域。这在很大程度上归功与IC卡的大容量数据存储能力和强有力的安全特性。目前，IC 卡除在金融系统外，在非金融系统也得到了广泛的应用。如在通信领域中的公用电话卡，移动电话中的SIM卡；在交通领域中的驾驶员执照卡、停车收费卡、公交交通设施是自动收费卡及公共交通工具的自动收费卡等；另外在医疗保健、个人身份识别、预收费仪表、校园及消费娱乐领域中也得到了具体的应用。（1） 通信领域数字移动电话中的用户识别模式智能卡（SIM卡）及公用电话用IC卡。（2） 医疗卫生和计划生育管理卫生部计划发行医疗IC卡；国家计划生育委员会准备发行育龄妇女计划生育IC卡（3） 企业保险 领域用于医疗保险、失业保险、养老保险及儿童免疫接种等，目前海南、褡裢等地已发行IC保险卡。（4）交通领域用于汽车驾驶员管理、公交路费及公交或地铁自动售票，目前公安部已完成“机动车辆驾驶员违章处理IC卡”的标准起草工作，并已通过专家审定。（5） 对企、事业单位和社会团体的管理 国家工商局准备发行工商企业监管IC卡，并在部分省市试点。（6） 企、事业单位内部管理目前已包括单位职工内部管理、场区内部通行控制、校园师生管理、饭店IC