基于PIC单片机的IC卡读写器设计与应用

3 IC卡

IC卡是集成电路卡（Integrated Circuit Card）的简称，有些国家和地址称其为智能卡（Smart Card）、芯片卡（Chip Card）。国际标准化组织（ISO）在ISO7816标准中规定，IC卡是指在由聚氯乙烯（PVC）或聚氯乙烯酸脂（PVCA）材料制成的塑料卡内嵌入式处理器和存储器等IC芯片的数据卡。近年来，由于导半体技术的进步，集成化程度和存储器容量有了很大提高，并使CPU和存储器集成在一个芯片上，从而提高了数据的安全性。

在本设计中，IC卡采用的是AT45DB041B-SC芯片，该芯片的特点如一下：

• 单一的2.7V～3.6V电源；
• 串行接口结构；
• 页面编程操作，单一的循环重复编程（擦除和编程，2048页（每页264字节）主存；
• 两个264字节的SRAM数据缓存，允许在重编程非易失性存储器时接收数据；
• 内置的编程和控制定时器；
• 低功耗，4mA有源读取电流，2μA CMOS备用电流；
• 15MHz的最大时钟频率；
• 串行外围接口方式（SPI）——模式0和3；
• CMOS的TTL兼容的输入和输出；
• 5.0V可承受的输入，SI、SCK、CS（低电平有效）、RESET（低电平有效）。

在本设计的调试过程中，曾测试过IC卡的输入输出电平，结果证明这种IC卡的输入电平与TTL兼容，而输出电平与TTL不兼容。

4 IC卡的电源提供电路

在本设计中，由于IC卡的电源电压范围为 2.7～ 3.6V，而PIC单片机需要的电源为 5V，而且稳压源提供的电压也是 5V，因此，要设计一个稳压模块，给IC卡提供 3V左右的电压。设计电路如图3所示。



该电路的主要元件为LM317芯片，它是三端可调集成稳压器，输出电压为1.25～37V范围内可调。当其Vin端的输入电压在2～40V范围内变化时，电路均能正常工作，输出端Vout和调整端ADJ间的电压等于基准电压1.25V。该芯片内的基电路的工作电流IREF很小，约为50μA，由一个恒流性很好的恒流源提供，所以它的大小不受供电电压的影响，非常稳定。在图3中，B点为电压输出端，为IC卡提供电压。A点为控制端，与单片机的一个端口引脚相连，当该引脚为低电平时，三极管Q1不工作，B点输出电压约为3.15V；当该引脚为高电平时，三极管Q1工作，B点输出电压约为1.25V。在程序中查询IC卡插座中是否有IC卡，当有IC卡时，将A点所连的单片机引脚设置为低电平，从而为IC卡提供电源；当没有IC卡或对IC卡的操作结束时，将A点连的单片机引脚设置为高电平，从而不给IC卡提供电源。

IC卡的上电和下电程序如下。

IC卡上电子程序 IC卡下电子程序

POWERO N POWEROOF

BSF STATUS，RP0 BSFSTATUS，RP0

BCF TRISE，0 BCF TRISE，0

BCF RTISE，1 BCF TRISE，1

BCF STATUS，RP0 BCF STATUS，RP0

BCF PORTE，0 BSF PORTE，0

BCF PORTE，1 BSF PORTE，1

CALL DLYTIM CALL DLYTIM

RETURN RETURN

在本设计中，单片机与IC卡通信的主程序流程图如图4所示。



5 与PC机的通信

在本设计中，有PIC单片机与PC机串行通信的功能。由于本设计所用的单片机PIC16F877有USART方式，该方式可将C口的RC5和RC7设置成异步串行通信模式，因而在本设计中，与PC机的通信模块电路就比较简单。将单片机C口的RC6和RC7设置为异步串行通信模式，经过MAX232A芯片进行电平转换后，将TTL电平转换为RS232电平，再与DB9接口相连，即可实现通信。在PC机端，可以用VC等编程工具根据通信协议编写软件来控制对IC卡的读写操作。

6 结论

经过调试，本设计能够在脱离在线仿真器的情况下，上电后独立的运行程序，并能在PC机软件的控制下，实现对IC卡中任意位置的读写，其中读写的起始地址、读写数据的个数以及数据内容可以在PC机端输入或选择。

本设计已在实际应用中测试过，具有实用价值。由于本设计中所使用的PIC单片机的程序存储器较大（8KB），因而可以编写较大的程序，实现多合一该卡器并由PC机控制读写哪种芯片的IC卡。另外，由于本设计所使用单片机的程序存储器是Flash存储器，因而可以方便地实现程序的下载和升级。