IC卡保險(xiǎn)柜控制器設(shè)計(jì)管理論文
時間：2022-06-25 09:25:00
導(dǎo)語：IC卡保險(xiǎn)柜控制器設(shè)計(jì)管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。
摘要：詳細(xì)闡述ic卡保險(xiǎn)柜控制器的原理、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)容；給出電路原理圖和主程序流程圖。
關(guān)鍵詞：IC卡單片機(jī)保險(xiǎn)柜
隨著社會的進(jìn)步和為民生活水平的提高，為們出差、旅游和度假的機(jī)會日益增加。在賓館、飯店等居住場所都需要一保險(xiǎn)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(jù)等物品。傳統(tǒng)的手段已不能滿足人們對其安全性和靈活性要求，把應(yīng)用愈來愈廣泛的IC卡技術(shù)應(yīng)用到保險(xiǎn)柜上，可以充分滿足這方面的需求。例如，根據(jù)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(xiǎn)柜供他們存放物品；待客人走后，可以靈活地對保險(xiǎn)柜的密碼進(jìn)行重新設(shè)置，更換IC卡。下面對我們自行設(shè)計(jì)的加密型IC卡保險(xiǎn)柜的核心部件--控制器件一詳細(xì)的介紹。
一、控制器的硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的主要任務(wù)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(jù)用戶的要求和市場的供給情況選用了SIEMENS公司設(shè)計(jì)的SLE4442卡。此卡的特點(diǎn)是：
（1）卡內(nèi)有2K位的存儲容量和完全獨(dú)立的可編程邏輯代碼存儲器（PSC）；
（2）多存儲器結(jié)構(gòu)，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(xié)議；
（4）每一字節(jié)的擦除/寫入時間為2.5ms；
（5）存儲器可擦除1000次以上，數(shù)據(jù)可保存10年以上。
SLE4442型IC卡的觸點(diǎn)排列及功能如圖1所示。
SLE4442芯片的傳送協(xié)議包括4種模式。
（1）復(fù)位和復(fù)位響應(yīng)
復(fù)位可在操作期間任何時候進(jìn)行。在復(fù)位響應(yīng)期間，任何開始和停止條件均被禁止。復(fù)位與復(fù)位響應(yīng)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(jié)長的命令和停止條件構(gòu)成。命令方式時序如圖3所示。
起始條件：CLK處于高狀態(tài)H期間，I/O的下降沿。
停止條件：CLK處于高狀態(tài)H期間，I/O的上升沿。
（3）輸出數(shù)據(jù)方式
在這種試上，IC卡發(fā)送數(shù)據(jù)至接口設(shè)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(shù)據(jù)位之后，需要一個額外的時鐘脈沖，以設(shè)置I/O處于高狀態(tài)，同時準(zhǔn)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(shù)據(jù)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(tài)H切換至低狀態(tài)L并開始處理，直到低狀態(tài)L的I/O被設(shè)置成高狀態(tài)H結(jié)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(jié)，其命令格式及功能如表1所列。
表1SLE4442命令
字節(jié)1控制字節(jié)字節(jié)2地址字節(jié)字節(jié)3數(shù)據(jù)字節(jié)操作
B7B6B5B4B3B2B1B0A7A0D7D0
00110000地址無效讀/從給定的字節(jié)地址至用戶存儲器結(jié)束
00111000地址輸入數(shù)據(jù)編程輸入地址對應(yīng)的用戶存儲區(qū)
00110100無效無效讀保護(hù)存儲器
00111100地址無效寫保護(hù)存儲器中的保護(hù)位
00110001地址無效讀保密存儲器
00111001地址輸入數(shù)據(jù)寫/編程輸入址對應(yīng)的保密存儲器
00110011地址輸入數(shù)據(jù)比較可編程密碼PSC字節(jié)
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(jì)數(shù)器EC（至少1位）。地址0。密碼比較結(jié)果將在錯誤計(jì)數(shù)器中反饋，3次密碼出錯IC卡被阻塞。
②比較PSC字節(jié)1，地址1。寫完錯誤計(jì)數(shù)器之后，以不同的命令格式送入3個密碼字節(jié)。密碼比較成功，將通過刷新錯誤計(jì)數(shù)器來識別，然后施加上操作電壓，就可以對所有存儲器進(jìn)行讀寫操作了。
③比較PSC字節(jié)2，地址2。
④比較PSC字節(jié)3，地址3。
芯片在出廠時可根據(jù)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(tǒng)組成及工作原理
本系統(tǒng)的硬件主要由單片機(jī)、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(jī)AT89C2051是89C51的簡化體。20引腳為DIP封裝。片內(nèi)有2K字節(jié)閃爍存儲器，128字節(jié)RAM，15條I/O線，全雙工串行口。P1.0、P1.1分別作為片內(nèi)精確模擬電壓比較器的正、負(fù)輸入端；P1.2作為IC卡的復(fù)位端；P1.3、P1.4分別作為IC卡的時鐘線與數(shù)據(jù)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(bào)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(jī)存儲每個IC卡的密碼等；U4為電壓比較器，用來監(jiān)測電源電壓：如果電源電壓下降至4.5V左右就會產(chǎn)生報(bào)警信號。為了使系統(tǒng)更可靠地工作，采用CD4060設(shè)計(jì)了單片機(jī)"看門狗"電路，由4060定時產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖，對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。整個電路設(shè)計(jì)中，充分考慮了能源的節(jié)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(dāng)IC卡插入后，由于IC卡座的開關(guān)接通，促使門電路U1觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，由T1導(dǎo)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(chǎn)生報(bào)警信號外，還會在30s（秒）后自動停止供電。
二、控制器的軟件設(shè)計(jì)
該軟件包括三部分：
（1）IC卡信息的讀取及AT24C01數(shù)據(jù)的讀取；
（2）比較校驗(yàn)數(shù)據(jù)，修改存儲器數(shù)據(jù)；
（3）各種控制功能的實(shí)現(xiàn)，包括門鎖開啟，聲、光報(bào)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(shè)置存放IC卡讀入數(shù)據(jù)的首地址為30H
LCALLRESET；調(diào)IC卡復(fù)位子程序
MOVR2，#10H；讀IC卡數(shù)據(jù)的個數(shù)送R2
LCALLSTART；調(diào)起始條件子程序
MOVR5，#00110000B；發(fā)送讀的命令碼
LCALLSPOUT；調(diào)發(fā)送一個字節(jié)子程序
MOVR5，#20H；發(fā)送IC卡的起始地址
LCALLSPOUT
MOVR5，#00H；將數(shù)據(jù)00H發(fā)送出去
LCALLSPUT
LCALLSTOP；調(diào)停止條件子程序
READ1：LCALLSPINC；調(diào)數(shù)據(jù)采集子程序
MOVA，R6
MOV@R0，A
INCR0
DJNZR2，READ1
LCALLPLUSE；調(diào)發(fā)送脈沖子程序
RET；讀IC卡數(shù)據(jù)子程序結(jié)束
寫子程序
WRT：LCALLRESET；寫IC卡數(shù)據(jù)子程序開始，調(diào)IC卡復(fù)位子程序
MOVR2，#10H；寫入IC卡的字節(jié)個數(shù)送R2
MOVR1，#40H；將40H為首地址的內(nèi)容寫入IC卡
MOVR4，#30H；R4中放的是寫到IC卡起始地址30H
WRT1：LCALLSTART；調(diào)起始條件子程序
MOVR5，#00111000B；發(fā)送寫的命令碼
LCALLSPOUT
MOVA，R4；發(fā)出要寫入的IC卡地址
MOVR5，A
LCALLSPOUT
MOVA，@R1；寫入IC卡數(shù)據(jù)
MOVR5，A
LCALLSPOUT
LCALLSTOP；調(diào)停止條件子程序
LCALLPROCE；調(diào)一個編程過程子程序
INCR1；數(shù)據(jù)指針加1，直到數(shù)據(jù)寫完
INCR4
DJNZR2，WRT1
RET；寫子程序結(jié)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(shù)據(jù)采集子程序
SPIN1：CLRP1.2
MOVC，P1.4
MOVA，R6
RLCA
MOVR6，A；讀出的一字節(jié)內(nèi)容送R6
SETBP1.2
DJNZR3，SPIN1
RET
SPOUT：MOVR3，#08H；一字節(jié)發(fā)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(fù)位IC卡子程序
NOP
CLRP1.3
NOP
RET
END
保險(xiǎn)柜的安全性能是本控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)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(xiǎn)柜，那么原來的開機(jī)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(fù)責(zé)生成新的子卡，而不負(fù)責(zé)開門，從而確保了保險(xiǎn)柜的安全性能。
結(jié)束語
該IC卡保險(xiǎn)柜控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、體積小、成本低等特點(diǎn)，完全達(dá)到了用戶的要求，目前已投入了小批量的生產(chǎn)。如果將現(xiàn)有的產(chǎn)品稍作改動和擴(kuò)展，就能實(shí)現(xiàn)其他的功能。例如，給它擴(kuò)展上一個語音芯片，即可進(jìn)行語音提示或報(bào)警；如果將本控制器應(yīng)用于防盜門就可制成IC卡防盜門，從而實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)防盜門的更新?lián)Q代，具有廣闊的市場前景。