一種安全可靠的IC卡讀寫器系統(tǒng)

　　1 IC卡讀寫器概述

　　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。卡片及其讀寫器都屬于人機(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記錄信息的，它主要用于車船票 、信用卡、電話磁卡、旅館門鑰匙等。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)幾萬次的讀寫，所以大量應(yīng)用于公交車票 、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卡讀寫器方案。

　　2 硬件組成

　　圖1為IC卡及其讀寫器硬件電路圖。其中讀寫器由單片機(jī)、鍵盤、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卡讀寫器的卡座中，讀寫器就可以對(duì)它進(jìn)行讀寫，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，P3.2腳變?yōu)楦唠娖健．?dāng)單片機(jī)檢測(cè)到P3.2腳變高，通過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);看門狗對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，防止死機(jī)。

　　2.4 鍵盤電路

　　為了方便，鍵盤接口電路用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)，回車鍵1個(gè)。

　　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?：用戶通過讀密碼可以查詢卡中所存的款額。

　　存款+ ：用戶通過寫密碼可以將款存入卡中。

　　取款-：用戶通過寫密碼可以從卡中取款。

　　改密碼*：分為修改讀密碼和寫密碼。為方便起見，令讀密碼和寫密碼一致，按此鍵將同時(shí)修改讀密碼和寫密碼。

　　回車鍵：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)鍵盤顯示程序

　　循環(huán)掃描鍵盤顯示程序如圖4所示，它采用程控掃描方式。鍵盤實(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，防止誤操作。

　　(2)FUN為功能鍵指針，00H表示無功能鍵按下，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。通過片輸入來控制對(duì)器件的訪問。下面以頁寫為例，先結(jié)合時(shí)序說明X76F100的工作過程，然后給出程序。頁寫時(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)生開始條件，然后發(fā)寫命令字。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)寫周期，寫周期結(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命令完成寫操作。下面是用寫密碼進(jìn)行頁寫的程序。

　　圖5 頁寫時(shí)序圖(需要密碼)

　　WRITE_USING_WRITE_PASS: ;用寫密碼進(jìn)行寫操作

　　ACALL　　　　 START;調(diào)開始命令

　　MOV　　　　　　A,#SECTOR_WR;調(diào)頁寫命令

　　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)寫密碼命令

　　ACALL　　　　 T10ms;10ms延時(shí)開始寫密碼周期

　　ACALL　　　　 ACK_POLLING;調(diào)密碼應(yīng)答輪詢子程序

　　ACALL　　　　 WR_DATA;調(diào)頁寫數(shù)據(jù)子程序

　　ACALL　　　　　 STOP;調(diào)停止命令

　　ACALL　　　　 T10ms;延時(shí)10ms寫密碼周期

　　RET

　　WR_WR_PASS: ;將寫密碼寫入X76F100

　　MOV　　　　　　R0,#WR_PASS7;將密碼首址送入R0

　　MOV　　　　　 R1,#08H;寫密碼為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)寫到X76F100中

　　MOV　　　　　R0,#DATA0;將數(shù)據(jù)首地址送入R0

　　MOV　　　　　R1,#08H;一頁有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)ィX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