加密IC卡保险柜控制器的设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:详细阐述IC卡保险柜控制器的原理、硬件设计和软件设计等内容;给出电路原理图和主程序流程图。 关键词:IC卡 单片机 保险柜 随着社会的进步和为民生活水平的提高, 为们出差、旅游和度假的机会日益增加。在宾馆、饭店等居住场所都需要一保险柜来保存贵重物品和易失物品,即便在家里,也往往需要有一个地方来保存一些单据等物品。传统的手段已不能满足人们对其安全性和灵活性要求,把应用愈来愈广泛的IC卡技术应用到保险柜上,可以充分满足这方面的需求。例如,根据客户要求,可以给每个房间配备一个带有IC卡电子门锁的保险柜供他们存放物品;待客人走后,可以灵活地对保险柜的密码进行重新设置,更换IC卡。下面对我们自行设计的加密型IC卡保险柜的核心部件--控制器件一详细的介绍。 一、控制器的硬件设计 本系统的主要任务是完成对IC卡的识别和控制,因此,首先介绍一下所选用的IC卡。 1.SLE4442加密IC卡简介 目前市场上的IC卡种类较多,比较有代表性的有ATMEL公司的AT系列和SIEMENS公司的SLE系列。我们根据用户的要求和市场的供给情况选用了SIEMENS公司设计的SLE4442卡。此卡的特点是: (1)卡内有2K位的存储容量和完全独立的可编程逻辑代码存储器(PSC); (2)多存储器结构,其中包括256%26;#215;8位EEPROM,32%26;#215;1位PROM的4%26;#215;8位EEPROM型加密存储器; (3)串行口满足ISO7816同步传递协议; (4)每一字节的擦除/写入时间为2.5ms; (5)存储器可擦除1000次以上,数据可保存10年以上。 SLE4442型IC卡的触点排列及功能如图1所示。 SLE4442芯片的传送协议包括4种模式。 (1)复位和复位响应 复位可在操作期间任何时候进行。在复位响应期间,任何开始和停止条件均被禁止。复位与复位响应时序如图2所示。 (2)命令方式 每个命令由起始条件、1个3字节长的命令和停止条件构成。命令方式时序如图3所示。 起始条件:CLK处于高状态H期间,I/O的下降沿。 停止条件:CLK处于高状态H期间,I/O的上升沿。 (3)输出数据方式 在这种试上,IC卡发送数据至接口设备IFD。在CLK上第一个下降沿后,I/O上第一位有辩效,最后一个数据位之后,需要一个额外的时钟脉冲,以设置I/O处于高状态,同时准备IC卡接收新的命令。在这种方式下,任何开始和停止条件均被禁止。输出数据方式时序如图4所示。 (4)处理方式 在第一个CLK的下降沿,将I/O线从高状态H切换至低状态L并开始处理,直到低状态L的I/O被设置成高状态H结束。在这种方式下,任何开始和停止条件均被禁止。处理方式时序如图5所示。 SLE4442卡共有7个命令,每个命令包括3个字节,其命令格式及功能如表1所列。 表1 SLE4442命令 字节1控制字节 字节2地址字节 字节3数据字节 操 作 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 A7A0 D7D0 0 0 1 1 0 0 0 0 地址 无 效 读/从给定的字节地址至用户存储器结束 0 0 1 1 1 0 0 0 地址 输入数据 编程输入地址对应的用户存储区 0 0 1 1 0 1 0 0 无效 无 效 读保护存储器 0 0 1 1 1 1 0 0 地址 无 效 写保护存储器中的保护位 0 0 1 1 0 0 0 1 地址 无 效 读保密存储器 0 0 1 1 1 0 0 1 地址 输入数据 写/编程输入址对应的保密存储器 0 0 1 1 0 0 1 1 地址 输入数据 比较可编程密码PSC字节 这里只介绍比较可编程密码PSC命令的使用。比较过程由4个步骤组成: ①写错误计数器EC(至少1位)。地址0。密码比较结果将在错误计数器中反馈,3次密码出错IC卡被阻塞。 ②比较PSC字节1,地址1。写完错误计数器之后,以不同的命令格式送入3个密码字节。密码比较成功,将通过刷新错误计数器来识别,然后施加上操作电压,就可以对所有存储器进行读写操作了。 ③比较PSC字节2,地址2。 ④比较PSC字节3,地址3。 芯片在出厂时可根据用户的专门要求将可编程加密代码(PSC)存储器中编入一个专用代码。这样在使用时,就必须合法地得到这个代码,从而防止非法窃用或伪造卡片。 2.系统组成及工作原理 本系统的硬件主要由单片机、串行EEPROM、电磁阀和IC卡读/写插座组成。具体电路如图6所示。 电路中的单片机AT89C2051是89C51的简化体。20引脚为DIP封装。片内有2K字节闪烁存储器,128字节RAM,15条I/O线,全双工串行口。P1.0、P1.1分别作为片内精确模拟电压比较器的正、负输入端;P1.2作为IC卡的复位端;P1.3、P1.4分别作为IC卡的时钟线与数据线;P3.7作为IC卡工作指示灯的控制端;P1.5作为非法操作的声音报警控制;P3.4作为电磁阀门SW1的控制端。图中的U5是串行EEPROM--AT24C01,它的作用是用来随机存储每个IC卡的密码等;U4为电压比较器,用来监测电源电压:如果电源电压下降至4.5V左右就会产生报警信号。为了使系统更可靠地工作,采用CD4060设计了单片机"看门狗"电路,由4060定时产生一个复位脉冲,对单片机进行复位操作。整个电路设计中,充分考虑了能源的节约问题,所以在IC卡插入前整个电路的大部分芯片没有供电,只有门电路U1工作;当IC卡插入后,由于IC卡座的开关接通,促使门电路U1触发翻转,由T1导通使其他芯片得到供电。如果在使用过程中客人忘记拔出IC卡,电路除了要产生报警信号外,还会在30s(秒)后自动停止供电。 二、控制器的软件设计 该软件包括三部分: (1)IC卡信息的读取及AT24C01数据的读取; (2)比较校验数据,修改存储器数据; (3)各种控制功能的实现,包括门锁开启,声、光报警等操作。 限于篇幅,这里只给出了利用51汇编语言编写的加密IC卡SLE4442的读/写程序,并给出了主程序的流程图,如图7所示。 读子程序 READ:MOV R0,#30H ;设置存放IC卡读入数据的首地址为30H LCALL RESET ;调IC卡复位子程序 MOV R2,#10H ;读IC卡数据的个数送R2 LCALL START ;调起始条件子程序 MOV R5,#00110000B ;发送读的命令码 LCALL SPOUT ;调发送一个字节子程序 MOV R5,#20H ;发送IC卡的起始地址 LCALL SPOUT MOV R5,#00H ;将数据00H发送出去 LCALL SPUT LCALL STOP ;调停止条件子程序 READ1:LCALL SPINC ;调数据采集子程序 MOV A,R6 MOV @R0,A INC R0 DJNZ R2,READ1 LCALL PLUSE ;调发送脉冲子程序 RET ;读IC卡数据子程序结束 写子程序 WRT:LCALL RESET ;写IC卡数据子程序开始,调IC卡复位子程序 MOV R2,#10H ;写入IC卡的字节个数送R2 MOV R1,#40H ;将40H为首地址的内容写入IC卡 MOV R4,#30H ;R4中放的是写到IC卡起始地址30H WRT1:LCALL START ;调起始条件子程序 MOV R5,#00111000B ;发送写的命令码 LCALL SPOUT MOV A,R4 ;发出要写入的IC卡地址 MOV R5,A LCALL SPOUT MOV A,@R1 ;写入IC卡数据 MOV R5,A LCALL SPOUT LCALL STOP ;调停止条件子程序 LCALL PROCE ;调一个编程过程子程序 INC R1 ;数据指针加1,直到数据写完 INC R4 DJNZ R2,WRT1 RET ;写子程序结束 PROCE:MOV R3,#0FFH ;一个编程过程子程序 PROC1:SETB P1.2 NOP CLR P1.2 DJNZ E3,PROC1 RET SPINC:MOV R3,#08H ;数据采集子程序 SPIN1:CLR P1.2 MOV C,P1.4 MOV A,R6 RLC A MOV R6,A ;读出的一字节内容送R6 SETB P1.2 DJNZ R3,SPIN1 RET SPOUT:MOV R3,#08H ;一字节发送子程序 MOV A,R5 SPTC1:CLR P1.2 RLC A MOV P1.4,C NOP SETB P1.2 DJNZ R3,SPTC1 RET START:SETB P1.2 ;起始条件子程序 NOP CLR P1.4 NOP RET STOP:CLR P1.2 ;停止条件子程序 NOP CLR P1.4 NOP SETB P1.2 CLR C NOP SETB P1.2 NOP CLR P1.2 RET RESET:SETB P1.3 ;复位IC卡子程序 NOP CLR P1.3 NOP RET END 保险柜的安全性能是本控制器系统设计的出发点之一,为此,在软件上,将IC卡分为母卡和子卡,母卡由管理人员掌握,子卡由客人掌握。在每次客人走后,将母卡插入保险柜,那么原来的开机子卡宣布作废,这时可以插入一个新的卡形成一个新的子卡。母卡的功能是负责生成新的子卡,而不负责开门,从而确保了保险柜的安全性能。 结束语 该IC卡保险柜控制器具有结构简单、功耗低、体积小、成本低等特点,完全达到了用户的要求,目前已投入了小批量的生产。如果将现有的产品稍作改动和扩展,就能实现其他的功能。例如,给它扩展上一个语音芯片,即可进行语音提示或报警;如果将本控制器应用于防盗门就可制成IC卡防盗门,从而实现对传统防盗门的更新换代,具有广阔的市场前景。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200703/11928.html
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