支持B類CPU卡的5 V接觸式讀寫器設(shè)計
文章出處：http://linbycaravans.com 作者：秦海俊,劉旭儒,史儀凱 人氣： 發(fā)表時間：2011年10月08日
自從1993年推出“金卡工程”以來，我國金融和流通領(lǐng)域逐漸進入了電子貨幣時代，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)和計算機技術(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）卡國際標準（ISO/IEC 7816）由國際標準化組織(ISO)和國際電子技術(shù)委員會(IEC)共同制定，該標準對接觸式IC卡領(lǐng)域的物理特性、電信號和傳輸協(xié)議等各個方面進行了統(tǒng)一規(guī)范。根據(jù)該標準，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，只能對單一的A類卡或B類卡進行操作，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。本文設(shè)計的讀寫器采用5 V的電源電壓供電，可以實現(xiàn)對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A類卡和B類卡進行同時讀寫的問題。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
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10路信號同時進行轉(zhuǎn)換，完全可滿足讀寫器設(shè)計的需要。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機與讀寫器的數(shù)據(jù)交換也即是與ATMEGA32單片機之間的數(shù)據(jù)交換，PC機通過上位機軟件向單片機發(fā)送命令以實現(xiàn)對卡片的讀寫操作。本讀卡器采用RS232串口與PC機進行通信，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。在讀卡器上有一個常閉型接觸卡座，這是讀寫器與CPU卡進行通信的接口，通過符合ISO 7816標準要求的8個觸點實現(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。SN74TVC3010芯片包含由11個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。由于晶體管是對稱制造的，且I/O 信號是雙向經(jīng)過每個晶體管，所以每位的任一端口連線可用作低壓端[4]。
本文設(shè)計的讀寫器中參考晶體管的一端通過1個200 kΩ電阻接5 V電源，另一端接3.3 V電源，如圖3所示。當數(shù)據(jù)從卡座向單片機傳輸時，電壓達到3.3 V，導(dǎo)通晶體管關(guān)閉，單片機管腳上的電平通過上拉電阻拉至5 V。當數(shù)據(jù)從單片機向卡座傳輸時，卡座端的電壓被鉗位在3.3 V左右。這樣可準確地實現(xiàn)單片機與卡片之間的正常通信。
2 底層固件設(shè)計
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。
