基于單片機(jī)的IC卡消費系統(tǒng)1引言隨著人們生活水平的提高，人們對生活中的方便性提出了更高的要求。在現(xiàn)實社會中常常會形成一些相對集中的人群及其對應(yīng)的某些固定行為，如：小區(qū)公共停車場的管理收費，學(xué)校學(xué)生的校園消費，計算機(jī)房的上機(jī)收費等。對于這樣的消費行為人們希望有一種簡單、安全、實用的方式以取代目前的現(xiàn)金或票證消費IC卡具有可靠性高、抗干擾強(qiáng)、耐腐蝕、可反復(fù)擦除編程、保密性好、讀寫設(shè)備簡單、便攜等優(yōu)點已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金融、醫(yī)療、電信、汽車等領(lǐng)域，是替代上述傳統(tǒng)消費方式的新型介質(zhì)。針對上述需求本設(shè)計采用SLE4442邏輯加密卡，并以51單片機(jī)為核心控制IC卡的讀寫。同時以LCD12864作為顯示模塊，4*4鍵盤作為輸入模塊以實現(xiàn)用戶對IC卡的各種操作?；趩纹瑱C(jī)的IC卡消費系統(tǒng)21方案論證作為一個完整的IC卡消費系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)有兩個終端構(gòu)成：發(fā)卡終端用戶終端。發(fā)卡終端用于用戶的注冊及充值，用戶終端用于用戶在各種消費場合的消費行為。因此本系統(tǒng)需要有IC卡接口電路以實現(xiàn)單片機(jī)對的讀寫，顯示和輸入模塊以實現(xiàn)用戶對IC卡的各種操作。1.1系統(tǒng)功能定義根據(jù)設(shè)計要求，可以先大致勾勒出要完成設(shè)計，需要兩個終端具有如下圖所示的的功能：發(fā)卡終端圖1.1發(fā)卡終端功能框圖IC卡讀寫器計算機(jī)讀取充值初始化卡號密碼當(dāng)前金額操作金額卡號密碼當(dāng)前金額基于單片機(jī)的IC卡消費系統(tǒng)3用戶終端圖1.1功能模塊框圖圖1.2用戶終端功能框圖1.2總體方案本設(shè)計通過51單片機(jī)實現(xiàn)SLE4442IC卡的讀寫操作，LCD12864作為用戶端顯示器件，4*4鍵盤用做戶輸入，蜂鳴器作為提示報警信號，通過RS-232接口實現(xiàn)與上位機(jī)的通信。整個系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心，各個模塊的功能由51單片機(jī)的I/O口控制。（其中RS-232與上位機(jī)通信部分由其他同學(xué)完成）設(shè)計任務(wù)：用戶終端：完成刷卡消費查詢余額修改密碼液晶顯示用戶輸入信息功能發(fā)卡終端：通過上位機(jī)完成IC卡的初始化充值功能（本設(shè)計不涉及上位機(jī)軟件設(shè)計）設(shè)計要求：完成該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)讀寫IC卡的設(shè)計方法提高學(xué)習(xí)新知識、新技能的能力，培養(yǎng)獨立設(shè)計的能力。2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.1系統(tǒng)硬件框圖根據(jù)系統(tǒng)功能要求，可以先大致勾勒出完成任務(wù)所需的系統(tǒng)硬件框圖如下：查詢改密消費IC卡讀寫器基于單片機(jī)的IC卡消費系統(tǒng)4發(fā)卡終端圖2.1發(fā)卡終端硬件結(jié)構(gòu)框圖用戶終端圖2.2用戶終端硬件結(jié)構(gòu)框圖主控模塊采用性價比較高的51單片機(jī)芯片，在其內(nèi)部將預(yù)設(shè)好的程序儲存，可通過程序的運行控制各個模塊使用戶進(jìn)行IC卡的消費、充值、查詢。與上位機(jī)通信模塊主要是由MAX232構(gòu)成，將其與計算機(jī)與51單片機(jī)連接起來可實現(xiàn)對IC卡的讀寫；顯示模塊采用LCD12864，用戶各種信息通過其顯示；4*4鍵盤實現(xiàn)用戶與消費終端的人機(jī)對話；蜂鳴器主要實現(xiàn)對用戶的提示。2.2IC卡模塊本設(shè)計的IC卡采用的是德國西門子公司設(shè)計的SLE4442邏輯加密卡。它具有2KRS23251單片機(jī)LCD12864顯示單元4*4鍵盤輸入單元IC卡接口電路計算機(jī)蜂鳴器報警電路51單片機(jī)IC卡接口電路基于單片機(jī)的IC卡消費系統(tǒng)5位的存儲容量和完全獨立的可編程加密代碼存儲器。內(nèi)部電壓提升電路保證了芯片能夠以單5V電壓供電，較大的存儲器容量能夠滿足應(yīng)用領(lǐng)域的各種要求。是目前國內(nèi)應(yīng)用較多的一種IC卡芯片。這種芯片的特點是采用多存儲器結(jié)構(gòu)；2線連接協(xié)議，串行接口滿足ISO7816同步傳送協(xié)議；芯片采用NMOS工藝技術(shù)，每字節(jié)的擦除/寫入編程時間為2.5ms；存儲器采用至少104次的擦除/寫入周期，數(shù)據(jù)保持時間至少為10年。2.2.1SLE4442的主要特征32位保護(hù)存儲器；256字節(jié)EEPROM；3字節(jié)用戶密碼，密碼錯誤計數(shù)：3次；工作電壓5V；溫度范圍：070；至少10萬次擦寫；至少10年數(shù)據(jù)保存期；SLE4442卡的觸點如圖所示：圖2.3SLE4442卡封裝結(jié)構(gòu)圖基于單片機(jī)的IC卡消費系統(tǒng)6SLE4442卡的引腳定義和功能如圖所示：表2.0SLE4442卡引腳功能表卡觸點符號功能C1VCC電源電壓C2RST復(fù)位C3CLK時鐘輸入C4NC未連接C5GND地線C6NC未連接C7I/O雙向數(shù)據(jù)線（漏極開路）C8NC未連接2.2.2SLE442卡的加密原理SLE4442是具有可編程安全代碼(PSC)和寫保護(hù)功能的智能型256-ByteEEPROM。SLE4442提供了一個控制存儲器擦/寫的邏輯保護(hù)代碼，SLE4442提供了一個4字節(jié)的安全存儲器，其中包含了一個錯誤計數(shù)器(EC)和3個字節(jié)的參考數(shù)據(jù)，這3個字節(jié)被稱為可編程安全代碼(PSC)，存儲器上電后除了參考數(shù)據(jù)無法正確讀取外，其它數(shù)據(jù)均可讀取，只有在對內(nèi)部的參考代碼校驗正確后才可以寫入數(shù)據(jù)，直到下電，若三次校驗不成功，錯誤計數(shù)器(EC)被減為0，此卡報廢。2.3主控模塊2.3.1主控模塊功能分析在本系統(tǒng)中，主控模塊居于非常重要的地位。它是整個系統(tǒng)的中樞，系統(tǒng)運行所需的每個操作指令都要由其發(fā)出。與上位機(jī)間的通信，對SLE4442卡的讀寫，人機(jī)對話，LCD12864的顯示都是通過主控模塊的控制實現(xiàn)的，從而使整個系統(tǒng)進(jìn)行正常的運轉(zhuǎn)和工作。針對以上分析本系統(tǒng)主控模塊中的單片機(jī)芯片采用了AT89S52芯片，此基于單片機(jī)的IC卡消費系統(tǒng)7芯片功能強(qiáng)大，能夠完全滿足系統(tǒng)運行的需求。2.3.2AT89S52芯片的功能特性AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。其主要性能如下:與MCS