接触式读写器论文.doc
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1、毕业论文论文题目 接触式IC卡读写器设计 日 期 2009年5月28日 51摘要本文首先介绍了IC卡的产生、发展、应用及其国际标准,然后介绍基于单片机的接触式IC卡的读写的设计过程,此项设计主要是实现单片机对接触式IC卡(SLE4442)的读和写。此设计实现对卡的密码(PSC)校验,读出数据,修改数据,修改密码等功能。本文根据国际标准ISO/IEC 7816及DIN S=10标准,以SLE4442为例,详细分析了逻辑加密卡的工作时序,设计了逻辑加密卡与微处理器之间的接口电路,成功地实现了两者间的数据交换。本文对系统各模块进行了方案论证与选择,重点论述了系统各模块的硬件电路设计,对软件设计和软硬
2、件综合调试进行了全面地分析与说明。本设计以单片机STC89C52RC作为主控制器,以LCD1602作为显示器,用44矩阵键盘作为输入设备,具有友好的人机界面。经过调试,本设计的硬件与软件都实现了设计任务的各项指标。关键词:STC89C52RC,SLE4442,IC卡,接触式,逻辑加密AbstractIn this paper, the generation, development and application of IC card are introduced at first, as well as the international standar. Then the paper in
3、troduces the designed process of the read-write of contact IC card based on single-chip microcomputer. The design mostly make it come true that the single-chip microcomputer achieve the read-write of contact IC card (sle4442).The design complete the function of the code (PSC) verification, reading d
4、ata, modification data, modification code of the IC card, and so on. According to the standard ISO/IEO 7816 and DIN S=10, taking SLE4442 for example, the interface device(IFD) between IC card and MPU is designed by the thorough analysis of the working timing of the synchronous logical encryption IC
5、card, which realizes data exchange at the bottom of IC card successfully. The paperproves and choices the programme of the system modules, focuses on the hardware circuit de equipment sign of the system module, analysis and describes software design, hardware and softwarede bugging completely. The d
6、esign use STC89C52RC as the main controller, use LCD1602 as displaying , use 4 4 matrix keyboard as input equipment, and having a friendly man-machine interfaces. After debugging, hardware and software of the design achieve the indicators in designed task.Keyword:STC89C52RC, SLE4442, IC card, Contac
7、t, Logic encryption目录1 绪论12 总体设计方案22.1 设计任务22.2 方案论证与选择22.2.1 控制器模块32.2.2 电源模块32.2.3 显示模块32.2.4 设置模块42.3 最终方案43 硬件电路设计53.1 STC89C52RC简介53.2逻辑加密卡SLE444263.2.1总体描述63.2.2存储器结构73.2.3传送协议与操作模式93.2.4芯片的操作命令113.2.5 PSC校验153.2.6中止与错误状态163.3 LCD1602液晶显示器173.3.1 LCD1602的引脚以及字符库介绍173.3.2 LCD1602的指令183.4系统各模块硬件
8、电路设计203.4.1下载程序模块电路图203.4.2复位和晶振电路203.4.3显示模块电路213.4.4 IC卡座电路213.4.5 设置电路223.5总体电路硬件设计224 软件设计234.1 程序流程图234.1.1 系统主程序流程图如图4.1所示234.1.2 PSC流程图如图4.2所示244.1.3 修改IC卡流程图如图4.3所示254.1.4 IC卡的刷卡流程图如图4.4所示264.2 程序设计275 软硬件综合调试285.1 软件调试285.1.1 应用KEIL软件进行程序调试285.1.2 下载程序到单片机285.2 软硬件综合调试29致谢30参考文献31附录32附录:硬件电
9、路图32附录: 本设计的部分源程序331 绪论 IC卡从诞生至今已发展了二十多年,这一张将微电子技术和计算机技术结合在一起的小卡片,在社会多个领域里得到了广泛应用,诸如金融、交通、医疗、通信以及安全管理等领域,大大提高了人们生活的现代化程度。在世界信息技术日新月异发展的今天,作为信息载体的IC卡扮演了相当重要的角色。1994年全球共生产了5.8亿张IC卡,就在这一年,我国政府为推动国民经济信息化的建设,提出了“三金”工程的重大举措,其中之一便是 “金卡工程”(即电子货币工程)。金卡工程计划用 10年 (19942003年)时间,全国400个城市3亿人口地区,发卡量达到2亿张,这其中还不包括其它
10、领域里使用的IC卡。由此可见 IC卡在国内具有的巨大发展潜力,从事 IC卡及其配套设备的设计、制造、维护以及与卡有关的应用系统的开发,对推广 IC卡的使用,有着重大意义。 当前应用最广泛的是接触式逻辑加密 IC卡,它功能适中,具有一定的逻辑加密功能,价格低廉,在实践中最富有生命力,为此本文以之作为研究对象,以最简单、明了的方法向人们展示接触式IC卡的读写。在实际应用中,接触式IC卡由于触点之间存在机械接触,容易磨损,引起接触不良。当使用环境恶劣时,灰尘、水汽、油污等都会成为 IC卡和 IC卡座的大敌,大大降低了系统的可靠性,缩短了IC卡及其读写设备的使用寿命,增加了维护成本。另外,有些IC卡设
11、备安装的地方不便于人们插拔卡,或者现场不安全,对人身安全有害,这样就限制了接触式IC卡的使用。近几年非接触式IC卡 (又称射频卡)发展迅速,以其无接触、无电源、操作方便快捷、可防止冲突、保密性好等特点,在应用中发挥了接触式IC卡所不具有的优势。但是非接触式 IC卡及其读写设备价格昂贵,远远高于接触式 IC卡,不利于普及。本文对同步型逻辑加密卡SLE4442的工作时序进行了详细分析,设计了SLE4442与微处理器之间进行数据交换的方法,包括硬件接口电路和软件的设计。经过实验,运行结果完全正确,成功的实现了IC卡的底层数据交换。在此基础上,就可以设计出各种各样的IC卡专用和通用设备。2 总体设计方
12、案2.1 设计任务设计一个基于单片机的电路,实现对接触式IC卡(sle4442)的读写。要求可以对卡进行读数据操作,并把数据显示在1602LCD上,还要求可以对卡进行写数据操作,并把数据显示在1602LCD上。设计主要内容和基本要求如下:(1)设计一个44的键盘;(2)卡、卡座与单片机的连接;(3)设计1602LCD的显示电路;(4)当在键盘上输入正确的密码时,才可以读出卡内的数据;(5)可以从键盘上随意修改卡内的数据(如:密码、具有某种意义的数据(如金钱)等);2.2 方案论证与选择根据设计任务要求,通过认真分析,基于单片机的接触式IC卡(sle4442)的读写系统的设计包含如下模块:1.控
13、制器模块、2.电源模块、3.定时模块、4.时钟模块、5.显示模块、6.设置模块、7.指示模块。系统模块图如图2.1所示:电源模块控制器模块显示模块设置模块外部设备(卡座)图2.1系统模块图为了更好地实现系统的功能,对各模块进行方案论证、选择, 方案论证选择如下:2.2.1 控制器模块根据设计要求,控制器主要用于对显示模块、设置模块、外部设备等模块进行控制和处理,使各模块能够有序正常工作。设计要求用单片机作控制器,对于控制器的选择提供以下两种方案:方案一:采用STC系列单片机。 STC单片机是由美国设计,国内宏晶公司生产的产品。该单片机具有高速运行,程序加密性强,超强抗干扰,超低功耗,高可靠性,
14、无需编程器,方便用户在线调试等优点,但该芯片购买不太方便。方案二:采用ATMEL公司的AT89系列单片机作控制器。该单片机算术运算功能强,软件编程灵活、自由度大,可用软件编程实现各种算法和逻辑控制,且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点,使其在各个领域应用广泛,该芯片购买方便。由于本设计要用到较多的I/O口,STC系列单片机有32个可编程I/O口,能够满足要求,并且它是用串口烧写,烧写程序方便。最重要的是,这有现成的STC设备供使用,所以,采用有8K字节在系统可编程Flash的STC89C52RC单片机作为本设计的控制器。本设计采用方案一。2.2.2 电源模块本设计中控制模块、显示模块
15、、指示模块、时钟模块正常工作用到的电源主要为+5V直流电压,电源虽然简单,但不能忽视,它需要功能可靠,抗干扰能力强。电源设计的两种方案如下:方案一: 电源模块采用LM7805三端不可调节的稳压集成器实现+5V直流电压。交流电源从电源插座输入,先将220V/50Hz的交流电源电压通过变压器将其电压转换为12V,然后接入电桥进行全波整流,接着通过电容和LM7805组成的电路进行滤波和稳压,得到所要求的+5V直流电压。这种电源结构简单易行,输出电压稳定,抗外界干扰能力强,且纹波电压小。方案二:从电脑主机USB接口获取5V电源。只要用相应的USB线从电脑主机即可获取5V直流电源。这种电源提供的电压稳定
16、性较差,使用时要开电脑主机,不太方便,但成本较低,只需一根USB线即可。在设计时,调试程序方便。本设计为供电和烧写程序方便,节约电子器件,所以使用电脑主机的USB电源,选用方案二。 2.2.3 显示模块 根据要求,本系统要显示的内容为0到9的数字以及相关的字符,对于显示模块的选择,主要有两种方案:方案一:采用LED数码管显示。LED数码管显示是一种经济实用的方法。LED数码管耗电与发热少,价格低廉,比较适合简单电路设计的应用。采用LED作为显示模块,该方案的优点在于硬件及编程容易,亮度高。缺点在于显示的字符数很有限,不能满足多字符同时显示。方案二:采用LCD液晶显示器显示。LCD液晶显示器能够
17、表达的信息丰富,操作界面友好。结构简单,体积小,功耗低,散热小,液晶是完全平面的显示器,画面不闪烁,显示非常稳定,屏幕调节简单、方便。本系统显示的内容较多,为了使显示界面更友好,要显示适当的文字,所以选用LCD液晶显示器显示。LCD有带中文字库的,如:12232F,也有不带中文字库的,如:LCD1602。12232F与单片机通信可采用串行和并行方式,为节约硬件资源,采用串行方式为宜,要显示的文字可直接从汉字码址表中调用,但12232F价格昂贵;LCD1602只能并行显示输出,占用较多的硬件资源,本设计显示的文字可通过内部的字符发生器来定义,但其价格较便宜。综合考虑,选择LCD1602作为本设计
18、的显示器。2.2.4 设置模块设置模块的主要功能是输入卡密码、修改卡内的数据以及一些功能键的设置,所以可通过键盘来设置,以下提供两种方案作选择:方案一:采用独立式键盘。这种方式是各按键相互独立,每个按键各接一根输入线,一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。软件设计采用查询方式和外部中断相结合的方法来设计,低电平有效。通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。采用独立式键盘电路配置灵活,软件简单。但每个按键需要占用一根输入线,在按键数量较多时,需要较多的输入口线,所以这种方法适用于按键较少或操作速度较高的场合。方案二:采用矩阵式键盘。采用44矩阵键盘输入,这种接
19、口方式适用于按键数量较多的场合,它由行线和列线组成,按键位于每个行、列的交叉处。对于矩阵式键盘,按键的位置由行号和列号唯一决定。这样,使用8个I/O口,就可以有16个按键。若使用“一键多功能”能实现更多更方便的设置。本设计要用到的按键有数字键、功能键、符号键。采用独立式键盘,需要占用相当多的I/O口;采用矩阵式键盘,使用用8个I/O口,有16个按键,可设置数字0至9共10个数字键,设置速度快,剩余的按键可用来作功能键。综合考虑,为方便快速的设置,本设计采用44矩阵式键盘。2.3 最终方案经过仔细分析与论证,系统各模块的最终方案如下:(1)控制器采用宏晶公司生产的STC89C52RC单片机;(2
20、)主机的USB直流电源;(3)显示模块采用LCD1602;(4)设置模块采用44矩阵键盘进行设置和控制。3 硬件电路设计3.1 STC89C52RC简介STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统的8051单片机,12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。STC89C52RC具有以下标准功能:8k字节Flash,512字节RAM,32 位I/O 口线,三个16 位定时器/计数器, 8个中断源,4个优先级,全双工串行口,片内有看门狗,片内晶振及时钟电路。 STC89C52RC芯片的引脚如图3.1:它跟AT89C52相比,有如下特点:
21、1. 增强型6时钟/机器周期,12时 钟/机器周期 8051 CPU2. 工作电压:5.5-3.4(5V单片机)/3.8V-2.0V(3V单片机)3. 工作频率范围:0-40MHz,相当于普通8051的0-80MHz。实际工作频率可达48MHz。 4. 用户应用程序空间4K/8K/13K/16 K/20K/32K/64K 字节 5. 片上集成1280字节/512字节RAM 6. 通用I/O口(32/36个),复位后为: 图3.1 P1、P2、P3、P4是准双向口、弱上拉(普通8051传统I/O口),P0口是开漏输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O口用时,需加上拉电阻。7. ISP
22、(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器/仿真器,可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序,8K程序3秒即可完成。8. EEPROM功能9. 看门狗10. 共3个16位定时器/计数器,其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。11. 外部中断4路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。12. 通用异步串行口(UART),还可以用定时器软件实现多个UART。13. 工作温度范围:0-75C/-40-85C 14. 封装:LQFP-44,PDIP-40,PLCC-44,PQFP-44,对于选用STC89系列的,优先选择LQF
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