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1、第9章 IC卡的接口设备,本章主要内容,9.1 IC卡接口设备的组成 9.2 IC卡适配插座（IC卡座） 9.3 IC卡的接口电路和读写控制 9.4 IC卡的应用设备 9.5 读写器（接口设备）规范,9.1 IC卡接口设备的组成,IC卡接口设备（又称读写器/读写机具），是连接IC卡和应用系统的桥梁。,9.1.1 IC卡接口设备的基本功能,IC卡插入/退出的识别与控制（接触式卡） IC卡进/出RF区的识别和控制（非接触式卡） 向IC卡提供电源与时钟 与IC卡交换数据，并提供控制信号 提供加/解密处理与密钥管理机制 与上级设备交换数据，并提供控制信号,读卡器,计算机,非接触式IC卡 SHC1101
2、,非接触式IC卡接口设备总体结构框图,接触式IC卡的适配插座是构成IC卡和IC卡接口设备间的物理连接部件。,9.2 IC卡适配插座（IC卡座）,9.2.1 IC卡适配插座的结构形式,1、触点的接触方式,滑触式结构：IC卡插入或退出时， 滑过不相关的位置，滑接在固定的位置上。 着陆式结构：IC卡插入时，触点与卡同步运动，逐 步下压，稳定在最终位置。,2、卡的进退形式,推入拉出结构 推入推入弹出结构 压入弹出结构 压入电磁弹出结构 电动式入出卡控制结构,9.2.2 选择IC卡适配插座的重要指标,触点的电气性能 IC卡座的拔插寿命 对卡的磨损程度,9.3 IC卡的接口电路和读写控制,9.3.1 接触
3、式IC卡的接口电路,1、IC卡的接口电路,IC卡的接口电路是连接IC卡和读写机具的通路，由它实现对IC卡的供电，并满足不带电拔插的要求。,保证IC卡不带电拔插； 但是逻辑电路的输出“1”和“0”，都是带电的，故要有专门的接口电路。,IC卡数据接口电路,工作原理：,1、电路采用OC开路输出和二极管保护式输入结构；,2、当IC卡处于供电时，OC门通过上拉电阻R与电源连通，IC卡处于上电状态；,3、当IC卡处于下电时，OC门的上拉电阻R与电源断开，IC卡不带电。,OC门电路可以与CMOS、TTL电路兼容； 上升沿阻尼大； 作为CPU卡的时钟驱动电路时，由于时钟频率通常为3.57MHz，有可能丢失时钟
4、；,电路特点：,解决方案：,通过减小时钟驱动端的上拉电阻，减小上升时间来解决； 采用互补驱动方式来进行时钟驱动，电路中R是去耦电阻，可有效地抑制上升和下降沿的抖动现象。,原理分析：,CLK0 Ud=UDD0.7,CLK1 Ud=0.7,2、IC卡接口设备的供电电路,IC卡接口设备中的IC卡供电电路是一个相对独立于其他回路，并提供完善的过流保护措施的稳压电路，当卡插入时，接口设备开始向IC卡提供所需的电力。,100mA,短路保护150200mA,9.3.2 接触式IC卡的控制与读写技术,IC卡的控制和读写技术是IC卡接口设备的核心部分，也称为IC卡协议实现单元。,1、IC卡的插入/退出的识别和控
5、制技术,对于手动式拔插的IC卡适配器，IC卡的插入/退出的识别是通过IC卡适配插座上的感应开关来识别的。,卡离开该位置，适配器就会发出相反的信号。 插入的识别过程必须加入消颤处理。,卡已插到位，IC卡适配插座就会给出一个开关 接通（或断开）的信号。,消颤控制程序：,JNB IC_SW, Recog ；若无卡插入，等待 LCALL Delay-5ms ；延迟5ms JNB IC_SW , Recog ；再次判断，若无卡输入等待 RET,2、IC卡的上电/下电的控制,IC卡的供电控制是一个直接涉及是否能安全可靠地操作IC卡的过程。必须严格遵循ISO 78163规定的操作顺序。,（1）IC卡的激活（
6、上电过程）： RST处于L状态 UCC供电 接口设备处于接收方式 UPP上升为空闲状态 CLK 由相应稳定的时钟提供,（2）IC卡的去激活（下电过程）： RST处于L状态 UCC关闭 I/O为状态A UPP不起作用 CLK 为状态L,同步卡和异步卡时钟加载过程不同，靠程序来进行识别。见书P255。,同步IC卡的接口电路,异步IC卡的接口电路,Q1,Q2,fCP14.31 MHz fQ17.155 MHz fQ23. 57 MHz,3、IC卡的读写技术,IC卡的读写方式或数据协议方式是不同的，ISO 7816标准对异步型IC卡的读写协议作了充分的定义，而对于同步型IC卡，则定义了复位响应过程的协
7、议标准，好在许多IC卡都以ISO 7816同步复位响应协议作为IC卡的数据读协议方式。,（1）同步IC卡读操作的实现 数据的读出过程分为三个基本过程：复位、数据字段的定位和数据的读出。,复位过程 对符合ISO 7816同步协议标准的IC卡，其复位方式也与ISO 7816标准是相容的，因而该部分程序可描述为：,SYNRST: SETB DATOUT ；使能数据线 SETB RST ；复位使能 LCALL Delay_10s ；延迟10 s SETB CLK ；置同步复位时钟H LCALL Delay_10s ；延迟10 s CLR CLK ; 时钟为L LCALL Delay_10s ；延迟10
8、 s CLR RST ; 复位结束 RET,数据字段的定位 数据字段的定位是以复位后的时钟数目来定标的，设R2，R3为所定位的位地址数，R2为高位字节。则定位子程序：,SYNPOS: LCALL SYSRST ；IC卡复位 SP1: CJNE R3， 00H，SP3 ；判低位 CJNE R2， 00H，SP2 ；判高位 RET SP2： DEC R2 ；高位减1 SP3： DEC R3； 低位减1 SETB CLK ； 开始建立一个时钟脉冲 LCALL Delay_10s ；延迟10 s CLR CLK ; LCALL Delay_10s ；时钟脉冲结束 JMP SP1 ；继续下一次,数据的读
9、出过程 设R2，R3为被读的起始地址，R4为数据字节数。读出的数据被保存在R0的起始地址，递增若干个字节。,SYNREAD: LCALL SYSPOS ；定位到起始地址 SETB DATAIN ；使能数据输入线 SR1: MOV R5， 08H ；置移位次数为8次（一个字节） SR2： RLC A； A寄存器循环左移，C的内容进入A最低位 LCALL Delay_10s ；延迟10 s CLR CLK； LCALL Delay_10s ；延迟10 s DJNZ R5，SR2； 判断是否接收完一字节，若是继续，否则转到SR2， MOV R0，A ； 将字节内容送R0单元 INC R0；地址加1
10、DJNZ R4，SR1 ； 判断是否接收完R4个字节，若是继续， 否则 转到SR1，继续接收 RET ；,（2）异步型IC卡的协议实现 异步型IC卡的操作相对简单得多。大多带有微处理器，对卡的操作只有ATR过程和COS命令的传递和应答过程，其通信协议方式严格符合ISO78163标准。 ISO7816标准中异步通信标准的格式与计算机的异步通信格式基本相同，标准上规定的卡在3.57MHz时钟频率下的初始速率为9600bps，该速率符合现行的异步通信速率标准。 为方便读写，将IC卡的数据端口与IC卡接口设备的异步通信接口构成相应的半双工异步通信逻辑通路。,异步通信接口的初始化设置为： 通信速率初始设
11、置为9600bps。 1个起始位 8个数据位 1个奇偶校验位 2个停止位,异步型IC卡大多拥有微处理器，在MCS51或MC68系列微处理器，设置有异步通信与I/O的复用功能，利用这功能，配合相应的程序，可完整实现IC卡的接口数据协议。,9.3.3 非接触式IC卡读写机具的现状,非接触式IC卡读写机具内设置有RF电路和天线，市场出现较晚，供应商不多。,1、Type A型非接触式卡及其读写机具源于Philips公司，是专利产品，数据加密是保密的，因此使用Mifare卡还要用Philips的读写器。,2、 Type B型非接触式卡产品较多。以色列OTI公司对非接触式卡系统的发射和接收部分有深入的研究
12、。,9.4 IC卡的应用设备,面向应用需求，实现应用所需的功能操作； 完成与IC卡的数据交换。,IC卡的应用设备主要完成两方面的工作：,IC卡的应用设备的分类：,应用的IC卡数据结构明确，用户只需建立IC卡发行管理体系；即IC卡专用设备 用户在购买IC卡设备后，需进行二次开发才能使用的设备；即IC卡通用设备,9.4.1 专用的IC卡应用设备,IC卡水、电、煤气表； IC卡电话； IC卡自动售货机； IC卡POS机； IC卡读写器；,9.4.2 通用型的IC卡应用设备,通用型IC卡应用设备与专用型IC卡应用设备的区别： 专用IC卡设备可以直接安装使用，可内装与应用有关的其他设备； 通用型IC卡应
13、用设备一般只具备读写功能，与其他设备的连接则以标准数据接口方式提供； 通用型IC卡应用设备支持的卡种类多； 通用型IC卡应用设备提供开发平台，供二次开发使用；,9.5 读写器（接口设备）规范,将应用设备发出的命令传递给IC卡； IC卡将处理结果通过读写器发回给应用。,IC卡的应用设备主要用来运行应用程序的。可以是计算机或是其他设备。 所以，读写器（接口设备）是应用设备与IC卡之间的设备，其作用：,IC卡读写器的标准应包括三个方面：,应用与读写器的接口标准； 读写器本身的标准； 读写器与IC卡之间的标准；,9.5.1 IC卡读写机通用规范简介接触式IC卡,1、对读写机的功能要求： 具有识别IC卡
14、真伪的能力，相互确认时间不应超过一定值； 显示：具有显示数字、英文和汉字的能力； 设置必要的工作键； 电源：读写机能提供IC卡所需的电压和电流； 存储器：容量合理配置、信息能保存10年以上； 通信接口：至少能与符合RS232串行接口标准的计算机相连；,手持读写机具有脱机工作能力； 2、对读写机外观与结构的要求： 3、环境要求： 气候环境：规定了工作温度、相对湿度； 机械环境：对振动、冲击、碰撞有具体的规定； 4、设备安全：符合GB95信息技术设备的安全 5、可靠性机寿命 6、电磁兼容性 7、数据安全 8、测试方法,9.5.2 应用设备与读写器的接口标准,1、IC卡应用系统的层次结构,2、基本应
15、用编程接口的信息格式,应用设备APD和接口设备IFD之间的通信永远是由APD提出的，IFD返回应答。,该格式基本与T1传输协议的命令分组相同。,IFD向APD传送的信息初步决定如下：,3、基本应用编程接口的命令集,基本命令集可分为三类： 由接口设备IFD完成的； 异步卡（CPU卡）命令集； 同步卡（逻辑加密卡）命令集；,（1）接口设备命令集： 由接口设备完成，不再发送到IC卡，如复位接口设备命令、上电命令、下电命令、查询接口设备状态和下载命令、上载命令（交易数据）等。,（2）异步卡命令集： 可采用ISO/IEC 7816规定的行业间交换用命令集。,（3）同步卡命令集： 有读卡命令、写卡命令、验证密码命令和修改密码用命令集。,思考与复习,1、IC卡接口设备有哪些类型？ 2、IC卡卡座有哪2种？ 3、IC卡的电源是由哪个设备提供？与电源有关的保护措施有哪些？ 4、掌握同步卡和异步卡的接口电路（特点、上电、下电过程及其控制程序）,
