自從1993年推出"金卡工程"以來,，我國金融和流通領(lǐng)域逐漸進(jìn)入了電子貨幣時(shí)代，各種接觸式IC卡讀寫器得到了廣泛應(yīng)用,。它將微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度,。
     接觸式集成電路（IC）卡國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC 7816）由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國際電子技術(shù)委員會(huì)(IEC)共同制定,，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接觸式IC卡領(lǐng)域的物理特性、電信號(hào)和傳輸協(xié)議等各個(gè)方面進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)范,。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn),，按照供給卡的電源電壓不同而將卡分為A、B兩類,，即5 V電壓的A類卡和3 V電壓的B類卡[1],。傳統(tǒng)的接觸式IC卡讀寫器大多采用A類接口設(shè)備或B類接口設(shè)備，只能對(duì)單一的A類卡或B類卡進(jìn)行操作,，而具有AB類接口設(shè)備的讀寫器卻應(yīng)用不多,。隨著接觸式IC卡在日常生活中的廣泛應(yīng)用，具有AB類接口的讀寫器將有廣闊的市場(chǎng),。本文設(shè)計(jì)的讀寫器采用5 V的電源電壓供電,，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)B類卡的全功能讀寫，該技術(shù)可以解決在5 V的系統(tǒng)中對(duì)A類卡和B類卡進(jìn)行同時(shí)讀寫的問題,。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　 本文中的IC卡讀寫器采用ATMEL公司的高性能,、低功耗的8位AVR微處理器ATMEGA32，電平轉(zhuǎn)換芯片采用美國國家半導(dǎo)體公司（National Semiconductor）的LM1117-3.3,，可以給卡座提供3.3 V的電源電壓,。微處理器與卡座之間的接口轉(zhuǎn)換電路采用德州儀器公司(TI)的SN74TVC3010器件,該芯片可以對(duì)10路信號(hào)同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完全可滿足讀寫器設(shè)計(jì)的需要,。讀寫器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖1所示,，該讀寫器主要由3部分組成。

    (1)電源,。主要是為整個(gè)讀寫器提供穩(wěn)定的5 V和3 V的電源電壓,。5 V電源通過USB口由上位機(jī)直接提供，可以作為讀寫器內(nèi)微處理器,、蜂鳴器電路,、光電指示電路的電源。5 V電源電壓通過LM1117-3.3芯片的轉(zhuǎn)換后可以得到穩(wěn)定的3.3 V的電平,為后續(xù)的SN74TVC3010接口電路,、卡座提供電源電壓,。具體的電路如圖2所示,。

    (2)數(shù)據(jù)交換。PC機(jī)與讀寫器的數(shù)據(jù)交換也即是與ATMEGA32單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換,，PC機(jī)通過上位機(jī)軟件向單片機(jī)發(fā)送命令以實(shí)現(xiàn)對(duì)卡片的讀寫操作,。本讀卡器采用RS232串口與PC機(jī)進(jìn)行通信，由于接口電平的不同,，在讀卡器內(nèi)部應(yīng)用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)了不同電平間的轉(zhuǎn)換[2],。
    (3)讀寫器與CPU卡的通信。在讀卡器上有一個(gè)常閉型接觸卡座,，這是讀寫器與CPU卡進(jìn)行通信的接口,，通過符合ISO 7816標(biāo)準(zhǔn)要求的8個(gè)觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與CPU卡的連接[3]。
　 SN74TVC3010為一雙向電平轉(zhuǎn)換器件,，在轉(zhuǎn)換過程中不需要方向控制信號(hào),。SN74TVC3010芯片包含由11個(gè)N 溝道導(dǎo)通晶體管組成的晶體管陣列，陣列中的所有晶體管都具有相同的電氣特性,，它們的門在內(nèi)部連接在一起,，因此，其中的任一個(gè)晶體管都可以作為參考晶體管,，其他的作為導(dǎo)通晶體管,，每個(gè)導(dǎo)通晶體管的低壓端上的最大正電壓限制為由參考晶體管設(shè)置的電壓。由于晶體管是對(duì)稱制造的,，且I/O 信號(hào)是雙向經(jīng)過每個(gè)晶體管,，所以每位的任一端口連線可用作低壓端[4]。
    本文設(shè)計(jì)的讀寫器中參考晶體管的一端通過1個(gè)200  kΩ電阻接5 V電源,，另一端接3.3 V電源,，如圖3所示。當(dāng)數(shù)據(jù)從卡座向單片機(jī)傳輸時(shí),，電壓達(dá)到3.3 V,，導(dǎo)通晶體管關(guān)閉，單片機(jī)管腳上的電平通過上拉電阻拉至5 V,。當(dāng)數(shù)據(jù)從單片機(jī)向卡座傳輸時(shí),，卡座端的電壓被鉗位在3.3 V左右。這樣可準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與卡片之間的正常通信,。

2 底層固件設(shè)計(jì)
　 本讀寫器固件編程采用C語言編寫,，編程環(huán)境為IAR Embedded Workbench，仿真及下載底層固件在AVR Studio 4中完成,。固件的整體結(jié)構(gòu)如圖4所示,。

　 單片機(jī)通過RS232串口接收上位機(jī)發(fā)送的命令，主程序按照預(yù)先設(shè)計(jì)的通信協(xié)議格式對(duì)其解析之后,，如果是正確的命令,，則轉(zhuǎn)到相應(yīng)的命令處進(jìn)行執(zhí)行,，否則向上位機(jī)返回錯(cuò)誤信息，并繼續(xù)接收新的命令,。該固件程序可以實(shí)現(xiàn)讀寫器與上位機(jī)之間通信速率在9 600 b/s,、19 200 b/s、38 400 b/s,、57 600 b/s,、76 800 b/s、115 200 b/s內(nèi)任意選擇,。
　 本讀寫器可以對(duì)符合T=0,、T=1協(xié)議的B類CPU卡進(jìn)行讀寫操作，也可以對(duì)其他的存儲(chǔ)卡,、邏輯加密卡進(jìn)行程序擴(kuò)展。T=0的協(xié)議卡以單字節(jié)的字符為基本單位,，T＝1的協(xié)議卡以有一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)分組為傳輸?shù)幕締挝?。程序設(shè)計(jì)過程中，通過判斷復(fù)位應(yīng)答來獲得卡片的協(xié)議類型,，再根據(jù)不同協(xié)議的要求執(zhí)行相應(yīng)的處理,。如圖5所示為主程序執(zhí)行流程。

    系統(tǒng)上電后,，首先執(zhí)行系統(tǒng)初始化,，包括串口的初始化、系統(tǒng)聲光電路的指示設(shè)置等,，如果發(fā)光二極管顯示正常,，表明讀寫器已經(jīng)打開，可以正常工作,。在卡片插入之后,，常閉型接觸卡座的查詢卡片狀態(tài)管腳被彈開，電壓變?yōu)楦唠娖?，說明卡片已到位,，此時(shí)按照從串口接收的有效命令對(duì)卡進(jìn)行復(fù)位、密碼校驗(yàn),、讀寫數(shù)據(jù)等操作,。
3 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)
    讀寫器的應(yīng)用軟件是讀寫器系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它主要實(shí)現(xiàn)對(duì)讀寫器參數(shù)的設(shè)置,、數(shù)據(jù)的讀寫和顯示,、IC卡狀態(tài)的判斷等，是操作讀寫器的最直觀接口[3],。
    該應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)環(huán)境為Microsoft Visual C++ 6.0,。在軟件設(shè)計(jì)過程中采用了Visual C++提供的ActiveX控件MSComm來實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的訪問,，該控件的使用不需要了解較為復(fù)雜的API函數(shù)就可以非常方便地進(jìn)行串口編程[6]。
    該應(yīng)用軟件界面友好,、使用非常方便,，只需要把串口通信的串口號(hào)、通信速率設(shè)置好,，就能成功對(duì)讀寫器進(jìn)行操作,其界面如圖6所示,。設(shè)置好串口參數(shù)，輸入相應(yīng)的讀寫指令后,，在OUTPUT框內(nèi)就可以看到讀寫器返回的結(jié)果,。

　 該接觸式讀寫器經(jīng)檢測(cè)在Windows環(huán)境能夠?qū)類CPU卡進(jìn)行全功能讀寫，可以廣泛應(yīng)用于金融,、醫(yī)療,、保險(xiǎn)等行業(yè)。同時(shí)該讀寫器的讀寫速度沒有因應(yīng)用了電平轉(zhuǎn)換電路而受到明顯的影響,，所以真正實(shí)現(xiàn)了在5 V的系統(tǒng)中對(duì)B類卡的讀寫,，這對(duì)設(shè)計(jì)AB類接口設(shè)備具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)
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[2]     何英慧,張其善.接觸式智能卡讀寫器的研制[J].電子測(cè)量技術(shù),2006,29(3):65-66.
[3]      張國云.加密型IC卡與AT89C51單片機(jī)接口程序設(shè)計(jì)[J] .電子與自動(dòng)化,2000(5):32-34.
[4]     Texas Instruments Incorporated. SN74TVC3010 10-bit voltage clamp datasheet,1999.
[5]     李瀛,王欣,吳曉波,等.基于USB接口的lC卡讀寫器[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(bào),2004,25(11):1046-1049.
[6]     李現(xiàn)勇.Visual C++串口通信技術(shù)與工程實(shí)踐（第二版）[M].北京：人民郵電出版社,2004.