IC卡保險柜控制器設計管理論文

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摘要：詳細闡述ic卡保險柜控制器的原理、硬件設計和軟件設計等內容；給出電路原理圖和主程序流程圖。

關鍵詞：IC卡單片機保險柜

隨著社會的進步和為民生活水平的提高，為們出差、旅游和度假的機會日益增加。在賓館、飯店等居住場所都需要一保險柜來保存貴重物品和易失物品，即便在家里，也往往需要有一個地方來保存一些單據等物品。傳統的手段已不能滿足人們對其安全性和靈活性要求，把應用愈來愈廣泛的IC卡技術應用到保險柜上，可以充分滿足這方面的需求。例如，根據客戶要求，可以給每個房間配備一個帶有IC卡電子門鎖的保險柜供他們存放物品；待客人走后，可以靈活地對保險柜的密碼進行重新設置，更換IC卡。下面對我們自行設計的加密型IC卡保險柜的核心部件--控制器件一詳細的介紹。

一、控制器的硬件設計

本系統的主要任務是完成對IC卡的識別和控制，因此，首先介紹一下所選用的IC卡。

1.SLE4442加密IC卡簡介

目前市場上的IC卡種類較多，比較有代表性的有ATMEL公司的AT系列和SIEMENS公司的SLE系列。我們根據用戶的要求和市場的供給情況選用了SIEMENS公司設計的SLE4442卡。此卡的特點是：

（1）卡內有2K位的存儲容量和完全獨立的可編程邏輯代碼存儲器（PSC）；

（2）多存儲器結構，其中包括256×8位EEPROM，32×1位PROM的4×8位EEPROM型加密存儲器；

（3）串行口滿足ISO7816同步傳遞協議；

（4）每一字節的擦除/寫入時間為2.5ms；

（5）存儲器可擦除1000次以上，數據可保存10年以上。

SLE4442型IC卡的觸點排列及功能如圖1所示。

SLE4442芯片的傳送協議包括4種模式。

（1）復位和復位響應

復位可在操作期間任何時候進行。在復位響應期間，任何開始和停止條件均被禁止。復位與復位響應時序如圖2所示。

（2）命令方式

每個命令由起始條件、1個3字節長的命令和停止條件構成。命令方式時序如圖3所示。

起始條件：CLK處于高狀態H期間，I/O的下降沿。

停止條件：CLK處于高狀態H期間，I/O的上升沿。

（3）輸出數據方式

在這種試上，IC卡發送數據至接口設備IFD。在CLK上第一個下降沿后，I/O上第一位有辯效，最后一個數據位之后，需要一個額外的時鐘脈沖，以設置I/O處于高狀態，同時準備IC卡接收新的命令。在這種方式下，任何開始和停止條件均被禁止。輸出數據方式時序如圖4所示。

（4）處理方式

在第一個CLK的下降沿，將I/O線從高狀態H切換至低狀態L并開始處理，直到低狀態L的I/O被設置成高狀態H結束。在這種方式下，任何開始和停止條件均被禁止。處理方式時序如圖5所示。

SLE4442卡共有7個命令，每個命令包括3個字節，其命令格式及功能如表1所列。

表1SLE4442命令

字節1控制字節字節2地址字節字節3數據字節操作

B7B6B5B4B3B2B1B0A7A0D7D0

00110000地址無效讀/從給定的字節地址至用戶存儲器結束

00111000地址輸入數據編程輸入地址對應的用戶存儲區

00110100無效無效讀保護存儲器

00111100地址無效寫保護存儲器中的保護位

00110001地址無效讀保密存儲器

00111001地址輸入數據寫/編程輸入址對應的保密存儲器

00110011地址輸入數據比較可編程密碼PSC字節

這里只介紹比較可編程密碼PSC命令的使用。比較過程由4個步驟組成：

①寫錯誤計數器EC（至少1位）。地址0。密碼比較結果將在錯誤計數器中反饋，3次密碼出錯IC卡被阻塞。

②比較PSC字節1，地址1。寫完錯誤計數器之后，以不同的命令格式送入3個密碼字節。密碼比較成功，將通過刷新錯誤計數器來識別，然后施加上操作電壓，就可以對所有存儲器進行讀寫操作了。

③比較PSC字節2，地址2。

④比較PSC字節3，地址3。

芯片在出廠時可根據用戶的專門要求將可編程加密代碼（PSC）存儲器中編入一個專用代碼。這樣在使用時，就必須合法地得到這個代碼，從而防止非法竊用或偽造卡片。

2.系統組成及工作原理

本系統的硬件主要由單片機、串行EEPROM、電磁閥和IC卡讀/寫插座組成。具體電路如圖6所示。

電路中的單片機AT89C2051是89C51的簡化體。20引腳為DIP封裝。片內有2K字節閃爍存儲器，128字節RAM，15條I/O線，全雙工串行口。P1.0、P1.1分別作為片內精確模擬電壓比較器的正、負輸入端；P1.2作為IC卡的復位端；P1.3、P1.4分別作為IC卡的時鐘線與數據線；P3.7作為IC卡工作指示燈的控制端；P1.5作為非法操作的聲音報警控制；P3.4作為電磁閥門SW1的控制端。圖中的U5是串行EEPROM--AT24C01，它的作用是用來隨機存儲每個IC卡的密碼等；U4為電壓比較器，用來監測電源電壓：如果電源電壓下降至4.5V左右就會產生報警信號。為了使系統更可靠地工作，采用CD4060設計了單片機"看門狗"電路，由4060定時產生一個復位脈沖，對單片機進行復位操作。整個電路設計中，充分考慮了能源的節約問題，所以在IC卡插入前整個電路的大部分芯片沒有供電，只有門電路U1工作；當IC卡插入后，由于IC卡座的開關接通，促使門電路U1觸發翻轉，由T1導通使其他芯片得到供電。如果在使用過程中客人忘記拔出IC卡，電路除了要產生報警信號外，還會在30s（秒）后自動停止供電。

二、控制器的軟件設計

該軟件包括三部分：

（1）IC卡信息的讀取及AT24C01數據的讀取；

（2）比較校驗數據，修改存儲器數據；

（3）各種控制功能的實現，包括門鎖開啟，聲、光報警等操作。

限于篇幅，這里只給出了利用51匯編語言編寫的加密IC卡SLE4442的讀/寫程序，并給出了主程序的流程圖，如圖7所示。

讀子程序

READ：MOVR0，#30H；設置存放IC卡讀入數據的首地址為30H

LCALLRESET；調IC卡復位子程序

MOVR2，#10H；讀IC卡數據的個數送R2

LCALLSTART；調起始條件子程序

MOVR5，#00110000B；發送讀的命令碼

LCALLSPOUT；調發送一個字節子程序

MOVR5，#20H；發送IC卡的起始地址

LCALLSPOUT

MOVR5，#00H；將數據00H發送出去

LCALLSPUT

LCALLSTOP；調停止條件子程序

READ1：LCALLSPINC；調數據采集子程序

MOVA，R6

MOV@R0，A

INCR0

DJNZR2，READ1

LCALLPLUSE；調發送脈沖子程序

RET；讀IC卡數據子程序結束

寫子程序

WRT：LCALLRESET；寫IC卡數據子程序開始，調IC卡復位子程序

MOVR2，#10H；寫入IC卡的字節個數送R2

MOVR1，#40H；將40H為首地址的內容寫入IC卡

MOVR4，#30H；R4中放的是寫到IC卡起始地址30H

WRT1：LCALLSTART；調起始條件子程序

MOVR5，#00111000B；發送寫的命令碼

LCALLSPOUT

MOVA，R4；發出要寫入的IC卡地址

MOVR5，A

LCALLSPOUT

MOVA，@R1；寫入IC卡數據

MOVR5，A

LCALLSPOUT

LCALLSTOP；調停止條件子程序

LCALLPROCE；調一個編程過程子程序

INCR1；數據指針加1，直到數據寫完

INCR4

DJNZR2，WRT1

RET；寫子程序結束

PROCE：MOVR3，#0FFH；一個編程過程子程序

PROC1：SETBP1.2

NOP

CLRP1.2

DJNZE3，PROC1

RET

SPINC：MOVR3，#08H；數據采集子程序

SPIN1：CLRP1.2

MOVC，P1.4

MOVA，R6

RLCA

MOVR6，A；讀出的一字節內容送R6

SETBP1.2

DJNZR3，SPIN1

RET

SPOUT：MOVR3，#08H；一字節發送子程序

MOVA，R5

SPTC1：CLRP1.2

RLCA

MOVP1.4，C

NOP

SETBP1.2

DJNZR3，SPTC1

RET

START：SETBP1.2；起始條件子程序

NOP

CLRP1.4

NOP

RET

STOP：CLRP1.2；停止條件子程序

NOP

CLRP1.4

NOP

SETBP1.2

CLRC

NOP

SETBP1.2

NOP

CLRP1.2

RET

RESET：SETBP1.3；復位IC卡子程序

NOP

CLRP1.3

NOP

RET

END

保險柜的安全性能是本控制器系統設計的出發點之一，為此，在軟件上，將IC卡分為母卡和子卡，母卡由管理人員掌握，子卡由客人掌握。在每次客人走后，將母卡插入保險柜，那么原來的開機子卡宣布作廢，這時可以插入一個新的卡形成一個新的子卡。母卡的功能是負責生成新的子卡，而不負責開門，從而確保了保險柜的安全性能。

結束語

該IC卡保險柜控制器具有結構簡單、功耗低、體積小、成本低等特點，完全達到了用戶的要求，目前已投入了小批量的生產。如果將現有的產品稍作改動和擴展，就能實現其他的功能。例如，給它擴展上一個語音芯片，即可進行語音提示或報警；如果將本控制器應用于防盜門就可制成IC卡防盜門，從而實現對傳統防盜門的更新換代，具有廣闊的市場前景。