一種安全可靠的IC卡讀寫(xiě)器系統(tǒng)

文章出處：http://srpd123.com 作者：不詳   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月24日

摘 要 采用XICOR公司的X76F100作串行E2PROM，設(shè)計(jì)以MCS-51單片機(jī)為核心的IC卡讀寫(xiě)器系統(tǒng)。可以實(shí)現(xiàn)查詢、安全存儲(chǔ)、修改密碼等功能。用戶還可以根據(jù)需要進(jìn)行功能擴(kuò)充。


1 IC卡讀寫(xiě)器概述

　 人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常接觸到磁卡和IC卡，它們是根據(jù)卡片上的信息載體的不同而劃分的?？ㄆ捌渥x寫(xiě)器都屬于人機(jī)接口的輸入輸出設(shè)備。磁卡是在卡片上貼一條窄窄的磁帶來(lái)記錄信息的，它主要用于車(chē)船票 、信用卡、電話磁卡、旅館門(mén)鑰匙等。IC卡則為近幾年才出現(xiàn)的新型卡片，在卡片上嵌有IC（E2PROM，有的還有CPU）。由于它保存的信息比較可靠安全、可以高達(dá)幾萬(wàn)次的讀寫(xiě)，所以大量應(yīng)用于公交車(chē)票 、飯票 、保健卡、收費(fèi)系統(tǒng)等。下面介紹一種以XICOR公司的X76F100為卡片的、用于存取款的IC卡讀寫(xiě)器方案。

2 硬件組成

　 圖1為IC卡及其讀寫(xiě)器硬件電路圖。其中讀寫(xiě)器由單片機(jī)、鍵盤(pán)、顯示、監(jiān)控電路等部分組成。IC卡采用XICOR公司的X76F100Y。

圖1 IC卡讀寫(xiě)器系統(tǒng)電路圖

2.1 IC卡及卡座

　 X76F100為128×8位的保密串行FLASH E2PROM，其中讀密碼和寫(xiě)密碼分別為64位。圖2為其智能卡Smart Card封裝的引腳圖。把芯片封裝在一個(gè)卡片上，將卡片插入IC卡讀寫(xiě)器的卡座中，讀寫(xiě)器就可以對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)加密、查詢、存款、取款等功能。
　 IC卡座有8個(gè)引腳，當(dāng)X76F100Y插入時(shí)，正好同這幾個(gè)引腳相連。另外還有兩個(gè)固定端，其中一個(gè)固定端同卡座上一個(gè)彈簧片相連，兩個(gè)觸點(diǎn)和簧片就相當(dāng)于一個(gè)常閉開(kāi)關(guān)。當(dāng)卡未插入時(shí)，簧片閉合，P3.2腳保持低電平；當(dāng)卡插入時(shí)，簧片被頂開(kāi)，P3.2腳變?yōu)楦唠娖?。?dāng)單片機(jī)檢測(cè)到P3.2腳變高，通過(guò)P1.3 使X76F100的RST引腳變高，使其復(fù)位。

2.2 單片機(jī)

　 單片機(jī)采用LG公司的GMS97C52。它有8K字節(jié)的ROM，256個(gè)字節(jié)的RAM以及32個(gè)I/O口，P1口與串行器件X25045和X76F100連接，P0、P2口用于鍵盤(pán)和顯示，P3口中P3.2用于檢測(cè)IC卡是否插入，其余7個(gè)口，可作其它功能擴(kuò)充。
 

圖2 X76F100Y引腳



2.3 監(jiān)控電路

　 監(jiān)控電路采用X25045芯片，它包括看門(mén)狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控電路和E2PROM存貯器。其功能是：上掉電時(shí)對(duì)GMS97C52產(chǎn)生RESET信號(hào)；看門(mén)狗對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，防止死機(jī)。

2.4 鍵盤(pán)電路

　 為了方便，鍵盤(pán)接口電路用I/O口實(shí)現(xiàn)，它為4×4結(jié)構(gòu)，16個(gè)鍵。其中數(shù)字鍵11個(gè)，功能鍵4個(gè)，回車(chē)鍵1個(gè)?！?BR>

數(shù)字鍵：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、←（退格）。

功能鍵：查詢？、存儲(chǔ)+、取款－、改密碼* 。

查詢？：用戶通過(guò)讀密碼可以查詢卡中所存的款額。

存款+ ：用戶通過(guò)寫(xiě)密碼可以將款存入卡中。

取款－：用戶通過(guò)寫(xiě)密碼可以從卡中取款。

改密碼*：分為修改讀密碼和寫(xiě)密碼。為方便起見(jiàn)，令讀密碼和寫(xiě)密碼一

致，按此鍵將同時(shí)修改讀密碼和寫(xiě)密碼。

回車(chē)鍵：8位密碼或存取款數(shù)輸入完確認(rèn)，以及新密碼輸入完確認(rèn)。

2.5 顯示電路

　 顯示部份采用LED顯示器，也用I/O口實(shí)現(xiàn)。用于顯示系統(tǒng)狀態(tài)、輸入的密碼或所要存取的款額以及出錯(cuò)信息等。
　 由于GMS97C52的驅(qū)動(dòng)電流有限，在P0、P2口加反向器SN74F04，增加驅(qū)動(dòng)能力。它的吸入電流為64mA，輸出電流為15mA，可以保證位選所需的吸入電流。

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 主程序流程圖

　 主程序流程圖如圖3所示。
　 開(kāi)機(jī)后，系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，不斷查詢P3.2腳電平，當(dāng)X76F100插入讀寫(xiě)器卡座時(shí)，P3.2腳電平變高，單片機(jī)檢測(cè)到P3.2高電平信號(hào)時(shí)，使P1.3腳電平變高，如果此時(shí)為低電平，X76F100復(fù)位，輸出32位固定的“同步復(fù)位響應(yīng)”數(shù)據(jù)。然后循環(huán)掃描鍵盤(pán)顯示程序，進(jìn)行存款、取款、查詢或改密碼。一次操作完成后返回，然后不斷循環(huán)。

3.2 循環(huán)鍵盤(pán)顯示程序

　　循環(huán)掃描鍵盤(pán)顯示程序如圖4所示，它采用程控掃描方式。鍵盤(pán)實(shí)際操作的順序是：先按功能鍵，然后依次輸入8位（十進(jìn)制）密碼，按回車(chē)鍵確認(rèn)。當(dāng)存取款時(shí)，隨后輸入所存取的款額；當(dāng)修改密碼時(shí)，隨后輸入8位新密碼，輸完后按回車(chē)鍵確認(rèn)。若輸入密碼正確，顯示IC卡內(nèi)存款的余額或改密碼成功信息（SUCCESS）。若密碼不正確，提示重新輸入，允許輸入密碼4次。
　　為了記錄操作中正在進(jìn)行的狀態(tài)，在鍵盤(pán)程序中設(shè)置了多個(gè)指針。
　 （1）KEY 有否按鍵按下標(biāo)志。00H表示無(wú)鍵按下，01H表示有鍵按下。此標(biāo)志用于判斷按鍵是否已松開(kāi)，防止誤操作。
　 (2）FUN為功能鍵指針，00H表示無(wú)功能鍵按下，01H表示存款（ADD），02H表示取款（SUB），03H表示查詢（IQUIRE），04H表示改密碼（CHANGE PASSWORD）。
（3）DIG為允許數(shù)字鍵輸入標(biāo)志，00H表示不允許，01H表示允許。此標(biāo)志主要是防止輸入多余的密碼，或輸入的款數(shù)超出限額。
　（4） NUM表示輸入第幾個(gè)數(shù)字，00H表示無(wú)數(shù)字輸入，01H～08H表示輸入密碼，09H～10H表示輸入款數(shù)或新密碼，若NUM為11H，顯示出錯(cuò)信息。

3.3 X76F100讀程序舉例

圖4 循環(huán)鍵盤(pán)顯示程序流程圖

　　X76F100為I2C總線E2PROM。SCL為時(shí)鐘輸入，SDA為雙向數(shù)據(jù)輸入輸出線。通過(guò)片輸入來(lái)控制對(duì)器件的訪問(wèn)。下面以頁(yè)寫(xiě)為例，先結(jié)合時(shí)序說(shuō)明X76F100的工作過(guò)程，然后給出程序。
　 頁(yè)寫(xiě)時(shí)序如圖5所示。在該系統(tǒng)中，GMS97C52為主機(jī)，X76F100為從機(jī)。首先主機(jī)向從機(jī)發(fā)一個(gè)START命令，產(chǎn)生開(kāi)始條件，然后發(fā)寫(xiě)命令字。當(dāng)從機(jī)接到命令后，向主機(jī)發(fā)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)NACK。然后跟隨8字節(jié)密碼，隨后進(jìn)入一個(gè)寫(xiě)周期，寫(xiě)周期結(jié)束后進(jìn)行密碼應(yīng)答輪詢ACK Polling。X76F100要求主機(jī)用專(zhuān)用的應(yīng)答命令55H進(jìn)行應(yīng)答輪詢。如果輸入的密碼正確，將返回一個(gè)“ACK”。如果密碼不正確，將返回“no-ACK”，重試計(jì)數(shù)器加1，返回到啟始位置，提示重新送入寫(xiě)命令字和8字節(jié)密碼。若密碼正確，主機(jī)接著送入8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，ACK響應(yīng)成功后，主機(jī)發(fā)出STOP命令完成寫(xiě)操作。下面是用寫(xiě)密碼進(jìn)行頁(yè)寫(xiě)的程序。


圖5 頁(yè)寫(xiě)時(shí)序圖（需要密碼）

WRITE_USING_WRITE_PASS: ;用寫(xiě)密碼進(jìn)行寫(xiě)操作
ACALL　　　　 START
;調(diào)開(kāi)始命令
MOV　　　　　　A,#SECTOR_WR
;調(diào)頁(yè)寫(xiě)命令
ACALL　　　　 OUTBYTE
;調(diào)輸出字節(jié)命令
ACALL　　　　 NACK
;X76F100發(fā)應(yīng)答信號(hào)
ACALL　　　　 WR_WR_PASS　
;調(diào)寫(xiě)密碼命令
ACALL　　　　 T10ms
;10ms延時(shí)開(kāi)始寫(xiě)密碼周期
ACALL　　　　 ACK_POLLING
;調(diào)密碼應(yīng)答輪詢子程序
ACALL　　　　 WR_DATA
;調(diào)頁(yè)寫(xiě)數(shù)據(jù)子程序
ACALL　　　　　 STOP
;調(diào)停止命令
ACALL　　　　 T10ms
;延時(shí)10ms寫(xiě)密碼周期
RET
　
WR_WR_PASS: ;將寫(xiě)密碼寫(xiě)入X76F100
MOV　　　　　　R0,#WR_PASS7
;將密碼首址送入R0
MOV　　　　　 R1,#08H
;寫(xiě)密碼為8個(gè)字節(jié)
WP:MOV　　　　　 A,@R0　 ;將R0中的數(shù)據(jù)送入A中
ACALL　　　 OUTBYTE
;輸出字節(jié)子程序
ACALL　　　 NACK
　
INC　　　　　 R0
　
DJNZ　　　　 R1,WP
　
RET
　
WR_DATA: ;將數(shù)據(jù)寫(xiě)到X76F100中
MOV　　　　　R0,#DATA0
;將數(shù)據(jù)首地址送入R0
MOV　　　　　R1,#08H
;一頁(yè)有8個(gè)數(shù)據(jù)
WB: MOV　　　　　A,@R0 ;將R0中數(shù)據(jù)送入A　
ACALL　　　 OUTBYTE
;調(diào)輸出字節(jié)子程序
ACALL　　　 NACK
;從機(jī)發(fā)應(yīng)答信號(hào)
INC　　　　　 R0
;下一個(gè)字節(jié)
DJNZ　　　　 R1,WB　
;循環(huán)直到R1為0
RET
　
OUTBYTE: ;主機(jī)向X76F100發(fā)字節(jié)
MOV　　　　　R2,#08H
;一個(gè)字節(jié)有8位
LOOPO:　
CLR　　　　　 SCL_76
　
RLC　　　　　 A
;移位
MOV　　　　　SDA_76,C
;將進(jìn)位送入數(shù)據(jù)線
SETB　　　　 CL_76
　
DJNZ　　　　 R2,LOOP
;循環(huán)直到R2為0
RET
　
START:　
SETB　　　　 SDA_76
　;開(kāi)始子程序
SETB　　　　 SCL_76
　
CLR　　　　　 SDA_76
　
CLR　　　　　 SCL_76
　
RET
　
STOP:　
CLR　　　　　 SDA_76
　;停止子程序
SETB　　　　 SCL_76
　
SETB　　　　 SDA_76　
　
RET
　
ACK_POLLING: ;密碼應(yīng)答輪詢子程序
ACALL　　　 START
　
MOV　　　　 A,#55H
;主機(jī)發(fā)固定應(yīng)答命令
ACALL　　　OUTBYTE
　
ACALL　　　NACK
;調(diào)從機(jī)發(fā)應(yīng)答信號(hào)
JC　　　　　 PASS_ERROR
;若有進(jìn)位則密碼錯(cuò)誤
RET
　
PASS_ERROR: ;密碼錯(cuò)誤
ACALL　　 STOP
　
RET　
　
ACK:　
CLR　　　　SDA_76
;主機(jī)執(zhí)行一個(gè)應(yīng)答
ACALL　　CLOCK　
　
RET
　
NACK:　
SETB　　 SDA_76
;從機(jī)執(zhí)行一個(gè)應(yīng)答　
ACALL　 CLOCK
　
RET
　
CLOCK:　
SETB　　SCL_76
;第9個(gè)脈沖
MOV　 C,SDA-76
;讀SDA狀態(tài)以判斷是否有應(yīng)答
CLR　　 SCL_76
　
RET　
　
T10ms:　
MOV　　R7,#064H
;10ms延時(shí)
T10A:　
MOV　　R6,#032H
　
T10B:　
DJNZ　　R6,T10B
　
DJNZ　　R7,T10A
　
RET
　

　 參 考 文 獻(xiàn)

1 詹樹(shù)仁主編. GMS90及GMS97系列單片機(jī)的工作原理及其應(yīng)用. 武漢力源電子股
　份有限公司，1998年　　　

2 趙依軍，胡戎. 單片機(jī)微機(jī)接口技術(shù). 人民郵電出版社，1989

3 盧存?zhèn)?，錢(qián)捷. 微機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 河海大學(xué)出版社，1992年

4 X76F100 DATA SHEET. XICOR公司