IC卡资料Word下载.docx

IC卡资料Word下载.docx

《IC卡资料Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《IC卡资料Word下载.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

德国从94年年底开始，还把使用了近100年的医疗证退役，由智能IC卡取代。

在港台方面，台湾发展IC卡不仅在于台湾本身的应用，还在于要发展成为世界上最重要的IC卡生产基地。

我国正在致力于经济信息化建设，早在1993年的时候我国就提出了“金桥”、“金卡”、“金关”三金工程。

由于IC卡相对磁卡而言，不但具有防水、防潮、防磁和极高的安全、保密、防伪能力，而且使用寿命长，因而是“金卡”工程的首选产品。

其总目标是：

用10年左右的时间，在全国400个大中城市及部分经济发达县区推广使用卡基支付工具，在这些覆盖了3亿城市人口的地区，发卡总量要达到2亿张，年交易额达到一万亿元。

预计十年中，按金卡工程的总目标为2亿张卡估算片达3亿张。

若ATM的应用达到台湾水平，全国就需要4.5万台ECR和POS，在全国大、中型市场的配备率如要达20%，则至少需要200万台，而这些设备的寿命仅3～5年，十年至少需要500万台以上，金卡工程对电子产品、软件户业的需求，专家当时就预测这将提供1000亿元以上的市场，对我国电子信息产业既是机遇也是挑战，更是巨大的推动力。

IC卡在这十几年的发展中不但实现了专家的预测而且还大大超出了，带来了非常巨大的经济利益。

与其相关的配套产品，比如说IC卡的读写装置，它为一些生产厂家所带来的利益也也是非常巨大的。

IC卡越来越广泛的应用，一定会带动读写装置的广泛应用，它所蕴涵的商机是巨大的。

所以本设计对IC卡读写装置进行了研究。

1.1IC卡的技术优势及其应用范围

1.1.1IC卡的技术优势

IC卡比磁卡存储容量大，可靠性和安全性高，在应用上除了覆盖磁卡的全部应用范围以外，还提供了许多磁卡所不具备的应用特性。

正是这些特性，使IC卡在脱机业务处理和联网数据一致性等方面表现出前所未有的优势。

IC卡虽然有很强的功能，但仅当IC卡加入到应用系统中，构成发行商、应用系统和持卡人之间的数据传输媒介时，才能有效地发挥其优势。

一个好的IC卡应用系统，应具备良好的应用特性和性能价格比，还要有好的安全特性。

IC卡最初是为了解决金融交易中的安全性问题而设计的，它带来全新的交易概念与巨大的优势。

很快，这一优势也为其他应用部门所看中，使之广泛应用于电话、医疗保健、路禁控制和门锁控制等等系统中。

随着时间的推移，应用范围还在不断扩大，使用IC卡的数量呈几何级数增长。

同时，为了不同应用场合的需求，IC卡制造商们人在不断地向市场推出新的IC卡，IC卡的价格将随着使用量的增加而逐年下降，所有这些，无疑又会大大推进IC卡在各个领域的普及。

IC卡在应用中的技术优势在于良好的机器读写能力、共同认可的安全防范技术和相对较大的数据存储能力：

（1）良好的机器读写性能便于人一机之间的会话

IC卡是一种电路卡，它在机器读写性能上远优于磁卡和光卡，无需往复的机械动作即可完成人一机一卡之间的多次会话过程，使卡在应用时更容易进行操作与相互验证，给卡的应用开发者和使用者都带来了极大的便利。

（2）良好的安全防范技术是卡能够脱离网络使用

IC卡采用了为国际上各种开发者与使用者所共同认可的半导体密码存放于软件加密技术，它可以有效地阻止卡的非法复制与数据的篡改。

应用设备可以在脱离网络的情况下，不需要人工干预，即可对IC卡进行鉴别，以确定该卡是否是本系统所许可的是否可在该应用场合中使用等。

通过持卡人输入PIN，与卡内一组密码比较，可以确认持卡人的身份。

这些特点使IC卡能成为传导媒体，再加上认证和数据加密等功能，使卡能够脱离网络使用。

（3）大容量的数据存储能力使IC卡成为数据媒体

在一个应用系统使用中，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，持卡人每次使用都需通过终端，以网络形式从数据库系统中提出那份与自己相关的档案。

现在IC卡的存储能力增加了，这份相关信息可以存放在IC卡中，终端设备交易的实时性明显改善，使用的灵活性也大大增加。

1.1.2IC卡的应用范围

IC卡三大特点的结合，构成了IC卡应用的强大优势，它一方面降低了对网络的依赖程度，提高了相应速度；

另一方面对发行商、应用商和持卡者三方面的利益提供了有效的保护手段，解决了以前所难于解决的关键问题，为IC卡的广泛应用铺平了道路。

IC卡应用范围相当广泛，这里根据现有的应用提供部分应用领域：

（1）应用于金融领域，可以作为信用卡、现金卡、证券卡或电子资金转账卡等。

（2）可以作为身份证明卡使用，如身份证、驾驶执照、会员卡等。

（3）在医疗、保健等领域，IC卡可以用于健康卡、少儿疫苗卡、就诊卡等。

（4）在商业及服务领域，可以用IC卡作为优惠卡、结算卡、服务卡等。

（5）在交通领域，可以用IC卡取代公交或地铁月票，可以改变原有对月票的当月有效限制为有效次数限制。

还可用于公路付费和停车付费等场合。

（6）IC卡电话卡，这是至目前为止IC卡用量最大的一种应用。

用IC卡公用电话替代磁卡电话与投币电话即可杜绝欺诈行为，又可省去携带零钱所带来的麻烦。

此外，IC卡在数字移动通讯网中，以身份卡及保密卡方式投入使用，避免了因冒用用户电话号码给用户带来的损失，是通讯行业中一个成功的应用。

（7）IC卡在门禁系统、设备使用等情形中，以钥匙卡的形式出现，使“锁”有了新的一个层次定义。

（8）IC卡还可集各种服务功能于一身，如企业的员工卡、校园“一卡通”等即属此类，持卡人可以用卡进行考勤、开门、就餐、借阅图书等。

1.2IC卡的基础知及其分类

1.2.1IC卡的基础知识

IC卡是集成电路卡（IntegratedCircuitCard）的简称，有些国家和地区称之为微芯片卡（Microchipcard）或微电路卡（MicrocircuitCard）。

IC卡的大小和磁卡相同，它把集成电路镶在塑料卡片上，芯片一般是不易挥发性存储器（ROM、CPROM、EEPROM）,保护逻辑电路，甚至是CPU。

1.2.2IC卡的分类

按照IC卡与读写设备的数据交换方式，IC卡可分为接触型IC卡和非接触型IC卡：

.接触型IC卡就是在使用时，通过有形的电极触点将卡的集成电路与外部接口设备直接接触连接来进行数据交换的IC卡。

非接触型IC卡是通过无线电波或电磁场感应的方式，将卡中集成电路内的数据与外部设备接口设备通信，卡片不用直接接触接口设备的电极就可以进行数据读写。

按照IC一卡的功能和结构又可以把IC卡分为存储型IC卡和智能型IC卡：

存储型IC卡是属于被动型，它只能实现数据的各种输入/输出。

这种类型IC卡内部电路可分为两大功能部分，数据存储部分和数据加密操作控制部分。

而并不是所有IC卡都必须具有这两大功能。

我们把只有数据存储功能的IC卡称为非加密型存储卡（MemoryCard）。

把具有数据存储功能和数据加密操作控制的IC卡称为加密型存储卡（MemoryCardwithSecurityLogic），它们有暂时或永久的数据存储能力，其内容可供处理或判断之用。

所谓智能型IC卡就是在IC卡的集成电路中带有微处理器电路的IC卡。

它是一种主动型IC卡，不仅能够管理各种数据的I/O0操作，校验来自接口设备的个人密码，而且能够根据应用系统的要求主动识别与之连接的接口设备。

因此，在智能型IC卡中能够建立各种应用系统的授权，存放多个应用系统的相关数据，并实现对数据信息存储的高可靠性、高安全性控制，可以进行复杂的信息处理和计算。

1.3IC卡的芯片技术

基于IC卡最主要的应用特性是作为一种电子信息的载体，因此各种IC卡的应用特点主要体现在IC卡存储器的类型、存储器容量的大小和卡片电路的附加功能等几个方面。

在IC卡中使用的存储器类型主要分为两大类：

易失性存储器和非易失性存储器。

易失性存储器指当电源被关断以后，数据随即消失的存储器（如RAM随机存储器）。

这种存储器一般采用CMOS技术以降低功耗。

并且采用并行力一式传输数据，因而具有高速存储数据的能力。

易失性存储器在IC卡中使用不多，一般只用在CPU卡中作为卡中CPU。

的内存储器使用。

非易失性存储器指无论电源是否关断，都具有保持数据能力的存储器。

在无源型IC卡中，绝大部分都是采用这种类型存储器。

在非易失性存储器的IC卡中又可分为如下几种：

掩膜只读型，即ROM型（ReadOnlyMemory），这种卡片是在制造时就将所需数据一次性写入，并永久性固化在芯片中。

卡片数据只可读，无法重写。

特点是存储容量大，价格低，性能稳定，存储数据可靠。

对使用来说，它只能是面对专一的用途，并且一次生产的数量要求较大。

采用ROM类型存储器的IC卡一般是一次性写入多次读取使用的IC卡也称ID（识别卡）。

另外在带有CI'

U的IC卡通常将卡的操作系统程序或监控程序置于ROM中。

一次性可编程只读型，即OTPROM型（OneTimeProgrammableROM）此IC卡与ROM卡绝大多数性能和特点一样。

其主要差别只是数据写入是可以由发卡部门来完成。

这种方式使得发卡部门有可能对卡片进行个性化处理，一旦写入完成，IC卡就只能读取，不能改写。

这种IC卡只是用于一些特殊的标识卡（如会员卡、身份证卡等）。

一次性改写或称计数型，这种IC卡的内部结构是提供一定数量的计数单元，在计数单元中的数据由生产厂家根据发行部门的要求在生产时预制。

计数单元内数据的改写形式有两种：

熔丝方式和存储单元锁死方式。

采用熔丝方式的电路芯片，其中每一个存储单元都有一个物理熔丝控制，当需要改写内容时，则把相关单元的物理熔丝烧断，使数据状态改变。

采用存储一单元锁死方式的电路芯片在每个存储单元的控制端增加一个反馈环，当需要改写内容时，把相关的控制端置位，反馈环的作用是通过把数据状态反馈到原控制端，使控制作用失效，是数据无法再改写，这和熔丝熔断效果是一样的。

这种卡片操作使用时抗干扰能力强，成本极低。

日前这种卡被广泛应用于电话计费卡，加油计费卡等等。

可擦除只读型，即EPROM型（ErasablePROM）。

这利，IC卡的数据可以通过特定的编程器写入。

如果要改写数据，必须首先将卡片通过特制的紫外线光照射，删除存储器中的全部内容，然后再用编程器重新写入数据。

这种IC卡在使用时只能整体擦除和写入，制造成本也比较高，所以很快被其他类型的IC卡所取代。

电可擦除型，即EEPROM（ElectronicallyErasablePROM）。

这中存储器芯片与前而所述的几种相比有较大的性能飞跃。

首先，芯片的存储单元内容可以用接口设备的电信号直接进行按页或字节，甚至按位改写。

而且重复擦除次数多，一般可达万次甚至10万次，数据保持时间也长，数据刷新间隔时间一般可达10年，甚至100年。

目前采用EEPROM存储器的非加密型IC卡的容量已达64K位，并且还以较高的速度增加。

基于EEPROM芯片的特性优良，它己经成为目前IC卡中使用最多的类型。

混合型，在实际的加密型IC卡和带CPU的智能卡芯片中，常常采用混合型存储器结构，即在芯片内部同时采用了多种存储器电路。

这主要是基于不同种类的存储器所占体积不同，而这种体积的差异在超微芯片的生产制造中极其重要，从应用的可靠性和安全性来说，不同类型的存储器具有各自独有的性能特点和优势。

采用这种混合类型存储器设计结构的另一个原因是存储器的数据存储速度和数据传送方式的要求。

综上所述，在IC卡芯片中，有多种存储器类型结构存在。

这种情况的出现是随着半导体电路设计技术和制造技术的逐渐发展而形成的结果。

另一方面在实际应用中，各种类型的IC卡对于不同的应用要求又显示出其各自的特色和优势。

因此，在实际应用系统中，选择什么类型的IC卡，使得系统的成本和性能达到最佳，需要认真比较，综合分析。

第2章IC卡收费装置的硬件设计

在本设计中，研究的是IC卡的收费装置，简单的说就是对IC卡进行读和写的装置的研究。

这种收费装置也可称为“读写设备、读写器或读写终端”。

IC卡读写装置的种类很多，功能上也由于不同的需要差别也很大，但就其对卡的操作功能来说，都应该具备以下几个基本功能：

（1）IC卡的识别和控制。

（2）向IC卡提供其所需的稳定的电源与时钟信号。

（3）实现与卡的数据交换，并提供相应的控制信号。

（对于加密数据系统，应提供相应的加密解密处理及密钥管理机制。

提供相应的外部控制信息及其它设备的信息交换）。

IC卡读写器硬件电路设计

2.2.1功能要求

本课题设计实现的通用型接触式IC卡读写器需要实现以下具体的功能：

（1）能够对IC卡进行识别。

（2）为IC提供稳定的时钟信号。

（3）有显示装置显示对IC卡操作前后，IC卡中的数据。

（4）有键盘用于对IC卡进行具体的操作（数据的读出和写入）。

2.2.2模块框图

图2-1IC卡读写器模块框图

2.2.3AT89C52微控制器

如上图2-1所示在本设计中的微控制器器件选用的是ATMEL公司的AT89C52芯片。

AT89C52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，带有8K字节的Flash可编程可擦写只读存储器（EPROM）。

它与工业标准的80C51和80C52指令集和引脚排列兼容。

片内的Flash允许程序存储器进行在系统编程或者使用传统的非易失性存储器编程器进行擦写。

图2-2AT89C52的引脚图

AT89C52具有以下的特性：

8K字节的FLASH，256字节的RAM,32条I/O线，3个16位的定时/计数器，一个具有6个中断向量的二级中断体系结构，一个全双工的串行口，片内振荡器和时钟电路。

另外，AT89C52使用静态逻辑技术设计，可以以低到0HZ的频率运行，并且支持两种软件可选择的省电模式。

空闲模式停止CPU运转，同时允许RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。

下电模式则保存RAM的内容，但停止振荡器，禁止所有其它的芯片功能，直到下一次硬件复位。

AT89C52芯片在本设计中实现以下主要的一些功能：

（1）检测IC卡是否插入。

（2）和接触式IC卡接口电路连接，为接触式IC卡的触点提供信号。

（3）为键盘显示电路提供信号。

在具体连接上，AT89C52芯片的X1和X2脚接晶体振荡电路，频率为12MHZ。

利用其Pl口与接触式IC卡接口电路和复位电路相连，其中的P1.0至P1.1口用于和IC卡的卡座相连，RESET和上点复位电路相连。

其P0口用于连接显示电路，P2口用于连接一个4乘4的键盘。

P3口中的P3.2口也就是INT0口用于检测IC卡是否插入。

下面根据各个不同部分的电路来具体的说明各个电路的具体的功能和作用。

2.2.4IC卡的选择及读写操作

本设计中采用的是一种ATMEL公司生产的AT24C02存储式IC卡。

它的存储容量为2K，2.5～5V低电压供电，双线串行接口，双向数据传输，它的擦/写次数可以达到10万次以上，其中保存数据的时间可以达到100年以上。

它是目前国内使用最多的IC卡之一。

AT24C02中带有片内地址寄存器。

每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。

所有字节均以单一操作方式读取。

为降低总的写入时间，一次操作可写入多达8个字节的数据。

下面是其引脚图。

图2-3AT24C02的引脚图

图2-4AT24C02的设计连接图

上图2-4是本设计中AT24C02的电路连接图，其中AT24C02的1，2，3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址，它们和4号引脚都接地。

第8和第4引脚分别接正负电源。

第5脚SDA为串行数据的输入输出端，数据通过这条I2C总线进行串行传输，它和AT89C52的P1.1口相连接。

第6脚是SCL，它是串行时钟输入线，它和AT89C52的P1.0口相连接，SDA和SCL和正电源的之间都要加上一个上拉电阻，电阻的大小为5.1K。

第7脚需要接地，它是用来写保护的。

AT24C02中带有片内地址寄存器，每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。

下面对AT24C02的读写方式进行说明。

SDA和SCL：

在AT24C02中与逻辑控制有关的引出端线只有两条：

SCL和SDA，所有的地址、数据及读/写控制命令等信号都从SDA端输入/输出。

为了区分SDA线上的数据、地址、操作命令以及各种状态的“开始”与“结束”，卡片中设计了多个逻辑控制单元。

其中启动和停止逻辑单元产生控制读/写操作的“开始”和“停止”标志信号。

“开始”状态：

当SCL处于高电平时，SDA从高电平转向低电平，即产生“开始”标志信号。

“停止”状态：

当SCL处于高电平时，SDA从低电平转向高电平，即产生一个“停止”标志信号，如下图所示。

图2-5读/写操作的启动与停止时序图

由图2-5可以看出SDA和SCL各自通过一个上拉电阻拉到高电平。

当SCL为高电平时对应的SDA上的数据有效；

而当SCL为低电平时，允许SDA上的数据变化。

数据输入/输出应答逻辑单元产生数据输入/输出操作应答信号。

操作是所有的地址和数据字都以8位码串行输入/输出于卡片。

卡片每收到一个8位码长的地址码或数据字后，都以置SDA线为低电平方式“确认”应答信号。

其波形如下图所示。

图2-6输入/输出的确认时序图

IC卡的写操作：

在器件地址码之后，紧跟着的是字节地址码。

地址码长度为八位。

时序中的数据为写字节时，由IC卡读/写器中的单片机在SDA发送一个八位码长的数据；

卡片每收到一个数据字节后，都要通过SDA回送一个“确认”信号（ACK）。

写操作时序图如下所示。

图2-7写操作时序图

IC卡的读操作：

读操作有三种：

现行地址读、随机地址读及顺序读。

（1）现行地址读：

如果最后一次操作的地址在N，则现行地址为N+1。

（2）随机地址读：

从选定的地址单元开始读，时序中器件地址和字地址概念同写操作，不同的是，IC卡读/写器中的单片机在给出数据字地址码之后，不发生任何数据字，而是在卡片发出“确认”应答之后，又发出一个“开始”状态，进入“现行地址读”操作。

单片机读如1个数据字后，使SDA处于高电平，随后产生一个“停止”状态，结束。

图2-8读操作时序图

（3）顺序读：

可以从“现行地址读”和“随机地址读”开始。

当IC卡读/写器中的单片机收到第一个数据字后，不发“停止”状态，而是回答一个“确认”信号。

一旦卡片收到单片机发出的“确认”信号，则将卡片内地址计数器的地址自动加1，并将此地址单元中的数据从SDA线上串行输出。

只要单片机收到数据字后回答“确认”信号，顺序读操作就继续进行，直到单片机发出“停止”信号为止。

IC卡的芯片操作地址（器件地址）

表2-1AT24C02的操作地址

1

0

A2

A0

A1

R/W

2.2.5复位电路

单片机的复位电路一般都是由外部电路来实现的，在本设计中只需要对单片机实现复位就可以了，所以不需要复杂的复位电路，用简单的上电复位电路就可以了。

图2-9上电复位电路图

2.2.6读写器的键盘电路

在本设计中要求IC卡读/写终端除了完成基本的IC卡数据读写功能，还要提供其他功能。

脱机型读写器要求可以脱离上位机独立工作，所以要求IC卡读/写器要有键盘和显示功能作为用户的操作界面。

操作界面是用户是对设备进行操作和控制的接口，一般包括键盘和显示。

用户根据显示的提示，使用键盘输入命令，从显示得到设备输出的结果。

这一部分是人机对话的部分，是人在使用机器时和机器对话的窗口。

键盘实质上是一组按键开关的集合，控制CPU通过按键来识别特定的用户命令从而转入相应的程序来执行用户命令。

键盘的软硬件设计涉及下面几个方面的问题。

（1）按键的确认：

键的闭合与否反应在电压上就是呈现出高电平或低电平，如果高电平表示断开，那么低电平则表示闭合，通过电平的高低状态的检测便可确认键按下与否。

图2-10按键的抖动示意图

常见的键盘都是机械开关式的，由于机械咬合的特性以及操作人员手部的不稳定，在按键闭合和松开的瞬间会产生抖动的现象，如上图2-10所示。

抖动现象一般持续10ms左右的时间。

如果不采取措施消除抖动干扰，在程序中就会出现一个按键被反复按下的错误。

这个时候我们就要想办法消除键盘的抖动，常用的消除抖动的方法有硬件和软件消除两种方法。

在硬件上通常采用的是双D触发器构成RS触发器，通过分析RS触发器的特性可以知道，输入端有微小的抖动对输出的影响是非常小的，这种电路也常使用在单按键电路中，在本设计中采用的键盘的按键有16个用硬件消除抖动的方法就显得太麻烦了，因此在设计中采用的是软件消除的办法，软件消除的方法很多，最常用的方法是延迟操作，其原理就是在读取第一个键值后，延迟一段时间后，再次读取键值，判断和前一次读取的键值是否相同，如果相同就认为读取了正确的键值。

（2）按键接口设计和按键识别方法：

按键接口设计有两种方法，独立式按键和矩阵式键盘。

独立式按键是各键互相独立，每个按键各接一根输入线，在没有键按下的时候，P1口的电平是高电平，当有其中有键被按下的时候，和那个被按下的键相对应的P1口的就接地，这时其电平就会变成低电平，所以判断独立式键盘的哪个键被按下很简单，只要检测输入线的电平就可以来识别按键的状态。

这种方法电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键需占用一根输入口线，I/O资源浪费大。

故此方法只适用于按键少，或其他控制功能很简单的场合。

矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，它把键盘输入线分为行线和列线，按键位于行、列的交叉点上。

按键的识别需要软件分别扫描行线和列线，根据