基于单片机的IC卡读卡器设计

基于单片机的IC卡读卡器设计

第1章绪论

本章介绍了IC卡的发展历史和应用情况，说明了现代IC卡技术的基础知识，最后分析了目前常见的IC卡读写器终端，并提出了本课题中IC卡读写器的设计目标。

1.1 IC卡的发展和使用应用情况

卡片是作为个人身份识别的手段而引进的，而作为交易凭证的卡片则早在19世纪80年代就萌芽于英国了，1950年，美国商人设计了第一张现代的塑料信用卡，1951年美国富兰克林银行作为金融机构率先发行了信用卡，到60年代中期，人们在塑料金融交易卡的背面贴上磁条，发展成为能够自动读取信息进行在线处理的磁卡，磁卡因为结构简单，价格低廉，得到迅速推广。IC卡是近年从欧洲开始出现的，IC卡具有突出的3S特点，即Standard(国际标准化)、Smart(灵巧智能化)、和Security(安全性)。因而发展迅速，在金融、通讯、交通等众多领域中后来居上，即使那些磁卡已经普及应用的范围也将被取而代之。IC卡不仅改变了现有多种卡的使用方法和功能作用，还不断开创出新的应用领域。将IC卡和其他设备组成系统就能提供非常丰富的服务功能，把这些功能与生产或流通领域有机地结合起来，将出现令人意想不到的奇迹，创造出巨大的经济和社会效益。随着信息技术的发展，IC卡作为一种先进的信息存储介质，它的应用己经渗透到各国的经济、社会生活、军事等各个方面，将来更有着广阔的发展空间。

1.2 IC卡应用技术

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。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—机—卡之间的会话

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—机—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。

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，为IC卡的广泛应用铺平了道路。

IC卡应用范围相当广泛，这里仅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。

（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。

1.3 课题的建立以及本文完成的主要工作

本文主要包括以下内容：

1．总体方案的构思

2. 画出各模块电路图

3. 元器件的选取与购买

4. 正确焊接接硬件电路

5．软件设计中完成写主存储器、写保护存储器、写密码和校验密码操作

6. 完成SLE4442 复位应答调试

第2章方案论证

方案一

选用飞思卡尔单片机MC9S12D64做为主控芯片，该芯片是一款性能优良的单片机, 包含一个16 位中央处理单元、64 KB Flash、4 KB RAM、1 KBE2PROM、一个I2C接口、一个同步串行接口和两个异步串行通信接口等丰富资源, 能够满足系统设计的需求。具体方案如图2-1所示。

图2-1 MC9S12D64的总体设计方案

方案二

选用STC89C55RD+做为主控芯片，STC89C55是一种带16K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，具体方案如图2-2所示。

图2-2 STC89C55的总体设计方案