基于IC总线的IC卡读写器设计论文文档格式.docx

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指导老师：

严娟娟

（三峡大学电气与新能源学院）

摘要：

本文介绍了I2C总线技术以及生活中各种类型的IC卡，并以AT89C51单片机为控制核心，配以矩阵键盘电路，数码管显示电路和存储电路等其他电路，设计出IC卡四种类型中的普通存储卡。

由51单片机控制可以实现存储，显示和清除的功能。

用户还可以根据个人需要进行其他的功能扩展。

关键词：

I2C单片机AT24C02IC卡读写器

Abstract：

ThisarticledescribestheI2CbustechnologyandthevarioustypesofICcardsinlife，UsingAT89C51microcontrollerasthecontrolcenter,togetherwiththekeyboardmatrixcircuit,digitalcontrolcircuitandmemorycircuitandothercircuitstodesigntheOrdinarymemorycardreaderthatoneof

thefourtypesoftheICcard。

SCMcanbeachievedbythe51store,displayandclearfunctions.Userscanalsoperformotherpersonalneedsextensions.

Keyword：

I2CmicrocontrollerAT24C02ICcardReader

前言

I2C总线是一种由PHILIPS公司开发的由数据线（SDA）和时钟线（SCL）组成的双线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。

I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。

由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。

总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。

I2C总线的另一个优点是，它支持多主控，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。

一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。

当然，在任何时间主线上只能有一个主控。

且其还是具备总线仲裁和高低速设备同步等功能的多主机总线。

具有广泛的开发前景。

IC卡技术正是在此基础上发展起来的。

并成为了一个发展迅猛的产业，一个与我们的生活，工作，学习密切相关的产业。

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卡制造商们仍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，在普及因特网和计算机的大潮涌来时，IC卡扮演着越来越重要的角色。

在本设计中，我们以接触式普通存储IC卡为例，采用AT89C51单片机作为读卡器的主控芯片，通过I2C总线协议实现对IC存储卡AT24C02进行数据存储，取出显示和清除的操作。

在整个系统中，我们用键盘对IC卡进行写操作，通过8位数码管显示器显示读取的数据，并且可用键盘按键将原有数据清除，从而重新存储数据的功能。

本文在第二章对系统的硬件设计部分和软件设计部分进行了详细的介绍，整个系统基本达到设计的要求。

1概述

1.1IC卡简介

IC卡又称集成电路卡（IntegratedCircuitCard），或又叫智能卡（SmartCard）,有些国家和地区称之为微芯片卡（Microchipcard）或微电路卡（MicrocircuitCard）。

它是将集成电路芯片镶嵌于塑料基片之中，并被封装成卡片的形式，其外形与普通信用卡完全相同，尺寸大小符合ISO7816标准，芯片一般是不易挥发性存储器（ROM,EPROM.EPROM）,保护逻辑电路，甚至于CPU。

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，被广泛的应用于移动数据计算场合，如医疗卫生、保险、金融、交通、电信、国防以及日常生活等各个领域。

虽然IC卡本身并不创造任何价值，但是，如果将IC卡和其它设备组成系统就能够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。

1.2IC卡的优点

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。

1.3IC卡的分类

IC卡根据不同的角度可以分成四大类：

一根据卡与外界数据交换的界面不同划分为：

（1）接触式IC卡：

该类卡是通过IC卡读写设备的触点与IC卡的触点接触后进行数据的读写。

国际标准ISO7816对此类卡的机械特性、电器特性等进行了严格的规定。

（2）非接触式IC卡：

该类卡与IC卡设备无电路接触，而是通过非接触式的读写技术进行读写（如光或无线技术）。

其内嵌芯片除了CPU、逻辑单元、存储单元外，增加了射频收发电路。

国际标准ISO10536系列阐述了对非接触式IC卡的规定。

该类卡一般用在使用频繁、信息量相对较少，可靠性要求较高的场合。

（3）双界面卡：

将接触式IC卡与非接触式IC卡组合到一张卡片中，操作独立，但可以共用CPU和存储空间。

二根据卡与外界进行交换时的数据传输方式不同划分为：

（1）串行IC卡：

IC卡与外界进行数据交换时，数据流按照串行方式输入输出，电极触点较少，一般为6个或者8个。

由于串行IC卡接口简单、使用方便，目前使用量最大。

国际标准ISO7816所定义的IC卡就是此种卡。

（2）并行IC卡：

IC卡与外界进行数据交换时以并行方式进行，有较多的电极触点，一般在28到68之间。

主要具有两方面的好处，一是数据交换速度提高，二是现有条件下存储容量可以显著增加。

三根据卡的应用领域不同划分为：

（1）金融卡：

又可以分为信用卡和现金卡两种，主要应用在金融方面。

（2）非金融卡：

实际包含金融卡之外的所有领域，诸如电信、旅游、教育和公交等。

四根据镶嵌的芯片的不同划分为：

（1）普通存储卡：

卡内芯片为电可擦除可编程只读存储EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableRead-onlyMemory），以及地址译码电路和指令译码电路。

为了能把它封装在0.76mm的塑料卡基中，特制成0.3mm的薄型结构。

存储卡属于被动型卡，通常采用同步通信方式。

这种卡片存储方便、使用简单、价格便宜，在很多场合可以替代磁卡。

但该类IC卡不具备保密功能，因而一般用于存放不需要保密的信息。

例如医疗上用的急救卡、餐饮业用的客户菜单卡。

常见的存储卡有ATMEL公司的AT24C16、AT24C64等。

（2）逻辑加密卡：

该类卡片除了具有存储卡的EEPROM外，还带有加密逻辑，每次读/写卡之前要先进行密码验证。

如果连续几次密码验证错误，卡片将会自锁，成为死卡。

从数据管理、密码校验和识别方面来说，逻辑加密卡也是一种被动型卡，采用同步方式进行通信。

该类卡片存储量相对较小，价格相对便宜，适用于有一定保密要求的场合，如食堂就餐卡、电话卡、公共事业收费卡。

常见的逻辑加密卡有SIEMENS公司的SLE4442、SLE4428，ATMEL公司的AT88SC1608等。

（3）CPU卡：

该类芯片内部包含微处理器单元（CPU）、存储单元（RAM、ROM和EEPROM）、和输入/输出接口单元。

其中，RAM用于存放运算过程中的中间数据，ROM中固化有片内操作系统COS（CardOperatingSystem），而EEPROM用于存放持卡人的个人信息以及发行单位的有关信息。

CPU管理信息的加/解密和传输，严格防范非法访问卡内信息，发现数次非法访问，将锁死相应的信息区（也可用高一级命令解锁）。

CPU卡的容量有大有小，价格比逻辑加密卡要高。

但CPU卡的良好的处理能力和上佳的保密性能，使其成为IC卡发展的主要方向。

CPU卡适用于保密性要求特别高的场合，如金融卡、军事密令传递卡等。

国际上比较著名的CPU卡提供商有Gemplus、G&

D、Schlumberger等。

（4）超级智能卡：

在CPU卡的基础上增加键盘、液晶显示器、电源，即成为一超级智能卡，有的卡上还具有指纹识别装置。

VISA国际信用卡组织试验的一种超级卡即带有20个健，可显示16个字符，除有计时、计算机汇率换算功能外，还存储有个人信息、医疗、旅行用数据和电话号码等

1.4IC卡的应用

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卡的3S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:

●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。

●可以作为身份证明卡使用，如身份证、驾驶执照、会员卡等。

●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.

●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。

●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。

●IC卡电话卡，这是至目前为止IC卡用