IC卡(Integrated Circuit Card)是將一個(gè)集成電路芯片嵌在塑料基片中，封裝為卡片形式。IC卡最早是在20世紀(jì)70年代初提出來的，由法國布爾(BULL)公司于1976年首先創(chuàng)造出來，并將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到金融、交通、醫(yī)療、身份證及餐飲等多個(gè)行業(yè)。
　　
　　我國正在致力于經(jīng)濟(jì)信息化建設(shè)，其中以“金橋”、“金卡”及“金關(guān)”三金工程為代表?！敖鹂ā惫こ蹋娮迂泿殴こ蹋┦峭七M(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)信息化的重要工程之一。它以磁卡或IC卡為媒介，利用郵電部和中國人民銀行現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，并通過“金橋”網(wǎng)構(gòu)成經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)，為銀行、商貿(mào)和旅游等部門服務(wù)。由于IC卡相對(duì)磁卡而言，不但具有防水、防潮、防磁和極高的安全、保密、防偽能力，而且使用壽命長，因而是“金卡”工程的首選產(chǎn)品。
　　
　　一、IC卡簡介
　　
　　IC卡芯片具有寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。根據(jù)嵌入卡中的集成電路的不同，可以分成以下三類。
　　
　　●存儲(chǔ)器卡：卡中的集成電路為E2 PROM;
　　
　　●邏輯加密卡：卡中的集成電路具有加密邏輯和Ez PROM；
　　
　　●CPU卡：卡中r集成電路包括中央處理器CPU、E2 PROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM以及固
　　
　　化在只讀存儲(chǔ)器ROM中的片內(nèi)操作系統(tǒng)COS(ChipOperating System)。
　　
　　IC卡按與外界數(shù)據(jù)傳遞的形式分為接觸型IC卡和非接觸型IC卡。當(dāng)前廣泛使用的是接觸型IC卡。
　　
　　由于IC卡類型不同，因而有不同的讀／寫方式及硬件要求。我們?cè)陂_發(fā)IC卡讀／寫器時(shí)，使用的是美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT24COIA存儲(chǔ)器型IC卡。AT24COIA的容量為1K位(128×8)，擦寫次數(shù)為100 000周期，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)期為100年。這種IC卡使用的模塊符合ISO/IEC7816協(xié)議，其觸點(diǎn)的安排見表1- 38和圖1- 123。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

　　本節(jié)所設(shè)計(jì)的IC卡讀／寫器的硬件框圖見圖1- 124。

　　
　　IC卡讀／寫器電路是以8031單片機(jī)為主，輔以2764、6264、8279等芯片組成的。整個(gè)電路分為三部分：基本單片機(jī)系統(tǒng)、顯示和鍵盤電路及IC卡接口電路。
　　
　　基本單片機(jī)系統(tǒng)電路由8031單片機(jī)、8KROM2764、8K RAM6264和用于地址鎖存的74LS373等芯片組成；顯示和鍵盤電路由8279芯片、LED顯示器和驅(qū)動(dòng)芯片組成。采用8279芯片可使編程簡單，節(jié)省8031的硬件資源。
　　
　　IC卡接口電路由雙向模擬開關(guān)和上拉電阻組成。由于IC卡有其獨(dú)特的電氣特性，所設(shè)計(jì)的硬件電路必須符合其電性能要求。
　　
　　根據(jù)IC卡的電氣特性設(shè)計(jì)的硬件電路見圖1- 125。

　　由于IC卡為存儲(chǔ)器芯片，若接口硬件設(shè)計(jì)不當(dāng)，輕則縮短IC卡使用壽命，重則會(huì)燒壞IC卡；而合理的設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)卡有保護(hù)作用，因而增強(qiáng)IC卡的讀／寫可靠性和延長使用壽命。本節(jié)所設(shè)計(jì)的IC卡讀／寫器，從各方面采取了不同的措施，盡可能避免了對(duì)卡的損傷。
　　
　　在IC卡的使用過程中，由于接觸式IC卡是由人工插拔來完成1次讀／寫的，而在插拔過程中，IC卡處于不穩(wěn)定接觸狀態(tài)。如果在這種情況下IC卡的接口設(shè)備帶電，則無疑會(huì)對(duì)卡造成損傷。因此，在插拔過程中，IC卡接口設(shè)備絕不允許帶電。
　　
　　在IC卡的卡座上一般都有1個(gè)狀態(tài)開關(guān)，卡座上有無卡可由開關(guān)信號(hào)反映出來。因此通過判斷此開關(guān)信號(hào)可以知道卡的有無，從而控制lC卡接口設(shè)備的上、下電。判斷此開關(guān)信號(hào)既可通過查詢方式，也可通過中斷方式。但查詢方式的響應(yīng)速度慢，尤其對(duì)于拔卡動(dòng)作。由于人工拔卡帶有很大的隨機(jī)性，若在讀／寫過程中突然拔卡，則會(huì)導(dǎo)致讀／寫失?。挥钟捎诓荒芗皶r(shí)去掉接口設(shè)備電源，容易損壞lC卡。
　　
　　因此，在設(shè)計(jì)中采用中斷方式。將開關(guān)信號(hào)分別通過“與”、“非”門，經(jīng)過整形后加到8031的2個(gè)外部中斷INTO和INT1上。這樣，只要插拔IC卡通過中斷方式及時(shí)響應(yīng)，切斷或接通接口設(shè)備電源，就可保護(hù)IC卡。
　　
　　但是，在插拔過程中，僅僅切斷電源還是不能完全避免對(duì)卡的損害。為更進(jìn)一步提高對(duì)卡的保護(hù)，在設(shè)計(jì)中將所有與卡直接接觸的信號(hào)線和電源線都通過CD4066雙向模擬開關(guān)與IC卡連接起來，并由圖1 - 125中的Pl.1來控制CD4066的導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)信號(hào)和電源的通斷。這樣，在插拔卡時(shí)，利用中斷及時(shí)響應(yīng)。在沒有卡時(shí)，迅速切斷與卡有直接連接的信號(hào)線和電源線，在硬件上確保了對(duì)卡的保護(hù)。
　　
　　如果IC卡和單片機(jī)主機(jī)共用同一組電源，它們之間就會(huì)產(chǎn)生干擾，尤其是主機(jī)對(duì)IC卡的干擾。為了避免這種互擾，在設(shè)計(jì)上采用雙電源獨(dú)立供電法，即IC卡單獨(dú)由LM317高穩(wěn)定性電源供電，而主機(jī)由7805供電。這樣，兩組電源分別向1C卡和主機(jī)供電，減弱甚至消除了IC卡與主機(jī)之間的電源干擾，提高了IC卡的讀／寫可靠性，保護(hù)了IC卡。

三、軟件設(shè)計(jì)

　　下面對(duì)AT 24COIA的讀／寫時(shí)序進(jìn)行分析，并給出程序說明。寫字節(jié)時(shí)序見圖l- 126(a)。
　　
　　通過時(shí)序圖可以看出，要寫卡必須由開始狀態(tài)啟動(dòng)，而開始狀態(tài)一定是在時(shí)鐘輸入SCL的高有效期內(nèi)；在I/O數(shù)據(jù)線SDA上有1個(gè)由低到高的跳變；緊接著送人器件地址，使卡進(jìn)行讀／寫操作。對(duì)AT24COIA卡，器件地址高4位一定為1010，最低位為0寫卡，為1讀卡。信息高位先送出，見圖1 - 126(b)。

　　I/O數(shù)據(jù)線SDA上的狀態(tài)變化一定要發(fā)生在時(shí)鐘輸入SCL的低有效期間。在時(shí)鐘的上升沿才把數(shù)據(jù)送入E2 PROM，而在讀卡上數(shù)據(jù)時(shí)，在時(shí)鐘SCL的下降沿將EZ PROM數(shù)據(jù)輸出，即SDA數(shù)據(jù)變化也發(fā)生在SCL的低有效期。因而一定要在SCL高有效期內(nèi)才能讀取卡的數(shù)據(jù)。下面給出8031編程實(shí)例。

　　綜上所述，寫卡時(shí)，在時(shí)鐘SCL低有效期向I/O數(shù)據(jù)線SDA送人數(shù)據(jù)；在時(shí)鐘SCL上升沿將數(shù)據(jù)寫入IC卡。讀卡時(shí)，在時(shí)鐘SCL下降沿，卡中數(shù)據(jù)送入I/O數(shù)據(jù)線SDA，在相應(yīng)的時(shí)鐘SCL高有效期讀取這一數(shù)據(jù)。

　　寫一字節(jié)時(shí)，由于是串行傳送，只能按位進(jìn)行，且各位必須保證連續(xù)性，因此時(shí)鐘信號(hào)SCL頻率的選擇既要滿足卡的動(dòng)態(tài)特性，又要與程序指令執(zhí)行時(shí)間相配合。
　　
　　以上原則同樣適用于讀字節(jié)程序。
　　
　　該讀／寫器已成功應(yīng)用于IC卡全自動(dòng)糧食收購系統(tǒng)，讀／寫穩(wěn)定可靠，應(yīng)用效果良好。