一種安全可靠的IC卡讀寫(xiě)器系統

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.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，設計以MCS-51單片機為核心的IC卡讀寫(xiě)器系統?？梢詫?shí)現查詢(xún)、安全存儲、修改密碼等功能。用戶(hù)還可以根據需要進(jìn)行功能擴充。


1 IC卡讀寫(xiě)器概述

　 人們日常生活中經(jīng)常接觸到磁卡和IC卡，它們是根據卡片上的信息載體的不同而劃分的?？ㄆ捌渥x寫(xiě)器都屬于人機接口的輸入輸出設備。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(huà)磁卡、旅館門(mén)鑰匙等。IC卡則為近幾年才出現的新型卡片，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、可以高達幾萬(wàn)次的讀寫(xiě)，所以大量應用于公交車(chē)票 、飯票 、保健卡、收費系統等。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、鍵盤(pán)、顯示、監控電路等部分組成。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)器就可以對它進(jìn)行讀寫(xiě)，實(shí)現加密、查詢(xún)、存款、取款等功能。
　 IC卡座有8個(gè)引腳，當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)和簧片就相當于一個(gè)常閉開(kāi)關(guān)。當卡未插入時(shí)，簧片閉合，P3.2腳保持低電平；當卡插入時(shí)，簧片被頂開(kāi)，P3.2腳變?yōu)楦唠娖?。當單片機檢測到P3.2腳變高，通過(guò)P1.3 使X76F100的RST引腳變高，使其復位。

2.2 單片機

　 單片機采用LG公司的GMS97C52。它有8K字節的ROM，256個(gè)字節的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IC卡是否插入，其余7個(gè)口，可作其它功能擴充。
 

圖2 X76F100Y引腳



2.3 監控電路

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

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，它為4×4結構，16個(gè)鍵。其中數字鍵11個(gè)，功能鍵4個(gè)，回車(chē)鍵1個(gè)?！?BR>

數字鍵：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、←（退格）。

功能鍵：查詢(xún)？、存儲+、取款－、改密碼* 。

查詢(xún)？：用戶(hù)通過(guò)讀密碼可以查詢(xún)卡中所存的款額。

存款+ ：用戶(hù)通過(guò)寫(xiě)密碼可以將款存入卡中。

取款－：用戶(hù)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位密碼或存取款數輸入完確認，以及新密碼輸入完確認。

2.5 顯示電路

　 顯示部份采用LED顯示器，也用I/O口實(shí)現。用于顯示系統狀態(tài)、輸入的密碼或所要存取的款額以及出錯信息等。
　 由于GMS97C52的驅動(dòng)電流有限，在P0、P2口加反向器SN74F04，增加驅動(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 程序設計

3.1 主程序流程圖

　 主程序流程圖如圖3所示。
　 開(kāi)機后，系統處于待機狀態(tài)，不斷查詢(xún)P3.2腳電平，當X76F100插入讀寫(xiě)器卡座時(shí)，P3.2腳電平變高，單片機檢測到P3.2高電平信號時(shí)，使P1.3腳電平變高，如果此時(shí)為低電平，X76F100復位，輸出32位固定的“同步復位響應”數據。然后循環(huán)掃描鍵盤(pán)顯示程序，進(jìn)行存款、取款、查詢(xún)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。當存取款時(shí)，隨后輸入所存取的款額；當修改密碼時(shí)，隨后輸入8位新密碼，輸完后按回車(chē)鍵確認。若輸入密碼正確，顯示IC卡內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)程序中設置了多個(gè)指針。
　 （1）KEY 有否按鍵按下標志。00H表示無(wú)鍵按下，01H表示有鍵按下。此標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(xún)（IQUIRE），04H表示改密碼（CHANGE PASSWORD）。
（3）DIG為允許數字鍵輸入標志，00H表示不允許，01H表示允許。此標志主要是防止輸入多余的密碼，或輸入的款數超出限額。
?。?） NUM表示輸入第幾個(gè)數字，00H表示無(wú)數字輸入，01H～08H表示輸入密碼，09H～10H表示輸入款數或新密碼，若NUM為11H，顯示出錯信息。

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(xiàn)E2PROM。SCL為時(shí)鐘輸入，SDA為雙向數據輸入輸出線(xiàn)。通過(guò)片輸入來(lái)控制對器件的訪(fǎng)問(wèn)。下面以頁(yè)寫(xiě)為例，先結合時(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。在該系統中，GMS97C52為主機，X76F100為從機。首先主機向從機發(fā)一個(gè)START命令，產(chǎn)生開(kāi)始條件，然后發(fā)寫(xiě)命令字。當從機接到命令后，向主機發(fā)一個(gè)應答信號NACK。然后跟隨8字節密碼，隨后進(jìn)入一個(gè)寫(xiě)周期，寫(xiě)周期結束后進(jìn)行密碼應答輪詢(xún)ACK Polling。X76F100要求主機用專(zhuān)用的應答命令55H進(jìn)行應答輪詢(xún)。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”，重試計數器加1，返回到啟始位置，提示重新送入寫(xiě)命令字和8字節密碼。若密碼正確，主機接著(zhù)送入8個(gè)字節的數據，ACK響應成功后，主機發(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
;調開(kāi)始命令
MOV　　　　　　A,#SECTOR_WR
;調頁(yè)寫(xiě)命令
ACALL　　　　 OUTBYTE
;調輸出字節命令
ACALL　　　　 NACK
;X76F100發(fā)應答信號
ACALL　　　　 WR_WR_PASS　
;調寫(xiě)密碼命令
ACALL　　　　 T10ms
;10ms延時(shí)開(kāi)始寫(xiě)密碼周期
ACALL　　　　 ACK_POLLING
;調密碼應答輪詢(xún)子程序
ACALL　　　　 WR_DATA
;調頁(yè)寫(xiě)數據子程序
ACALL　　　　　 STOP
;調停止命令
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
WP:MOV　　　　　 A,@R0　 ;將R0中的數據送入A中
ACALL　　　 OUTBYTE
;輸出字節子程序
ACALL　　　 NACK
　
INC　　　　　 R0
　
DJNZ　　　　 R1,WP
　
RET
　
WR_DATA: ;將數據寫(xiě)到X76F100中
MOV　　　　　R0,#DATA0
;將數據首地址送入R0
MOV　　　　　R1,#08H
;一頁(yè)有8個(gè)數據
WB: MOV　　　　　A,@R0 ;將R0中數據送入A　
ACALL　　　 OUTBYTE
;調輸出字節子程序
ACALL　　　 NACK
;從機發(fā)應答信號
INC　　　　　 R0
;下一個(gè)字節
DJNZ　　　　 R1,WB　
;循環(huán)直到R1為0
RET
　
OUTBYTE: ;主機向X76F100發(fā)字節
MOV　　　　　R2,#08H
;一個(gè)字節有8位
LOOPO:　
CLR　　　　　 SCL_76
　
RLC　　　　　 A
;移位
MOV　　　　　SDA_76,C
;將進(jìn)位送入數據線(xiàn)
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: ;密碼應答輪詢(xún)子程序
ACALL　　　 START
　
MOV　　　　 A,#55H
;主機發(fā)固定應答命令
ACALL　　　OUTBYTE
　
ACALL　　　NACK
;調從機發(fā)應答信號
JC　　　　　 PASS_ERROR
;若有進(jìn)位則密碼錯誤
RET
　
PASS_ERROR: ;密碼錯誤
ACALL　　 STOP
　
RET　
　
ACK:　
CLR　　　　SDA_76
;主機執行一個(gè)應答
ACALL　　CLOCK　
　
RET
　
NACK:　
SETB　　 SDA_76
;從機執行一個(gè)應答　
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

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

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

3 盧存偉，錢(qián)捷. 微機原理及應用系統設計. 河海大學(xué)出版社，1992年

4 X76F100 DATA SHEET. XICOR公司