支持B類(lèi)CPU卡的5 V接觸式讀寫(xiě)器設計
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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(huì )(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(gè)方面進(jìn)行了統一規范。根據該標準，按照供給卡的電源電壓不同而將卡分為A、B兩類(lèi)，即5 V電壓的A類(lèi)卡和3 V電壓的B類(lèi)卡[1]。傳統的接觸式IC卡讀寫(xiě)器大多采用A類(lèi)接口設備或B類(lèi)接口設備，只能對單一的A類(lèi)卡或B類(lèi)卡進(jìn)行操作，而具有AB類(lèi)接口設備的讀寫(xiě)器卻應用不多。隨著(zhù)接觸式IC卡在日常生活中的廣泛應用，具有AB類(lèi)接口的讀寫(xiě)器將有廣闊的市場(chǎng)。本文設計的讀寫(xiě)器采用5 V的電源電壓供電，可以實(shí)現對B類(lèi)卡的全功能讀寫(xiě)，該技術(shù)可以解決在5 V的系統中對A類(lèi)卡和B類(lèi)卡進(jìn)行同時(shí)讀寫(xiě)的問(wèn)題。
1 系統硬件設計
本文中的IC卡讀寫(xiě)器采用ATMEL公司的高性能、低功耗的8位AVR微處理器ATMEGA32，電平轉換芯片采用美國國家半導體公司（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(shí)進(jìn)行轉換，完全可滿(mǎn)足讀寫(xiě)器設計的需要。讀寫(xiě)器硬件電路結構如圖1所示，該讀寫(xiě)器主要由3部分組成。
(1)電源。主要是為整個(gè)讀寫(xiě)器提供穩定的5 V和3 V的電源電壓。5 V電源通過(guò)USB口由上位機直接提供，可以作為讀寫(xiě)器內微處理器、蜂鳴器電路、光電指示電路的電源。5 V電源電壓通過(guò)LM1117-3.3芯片的轉換后可以得到穩定的3.3 V的電平,為后續的SN74TVC3010接口電路、卡座提供電源電壓。具體的電路如圖2所示。
(2)數據交換。PC機與讀寫(xiě)器的數據交換也即是與ATMEGA32單片機之間的數據交換，PC機通過(guò)上位機軟件向單片機發(fā)送命令以實(shí)現對卡片的讀寫(xiě)操作。本讀卡器采用RS232串口與PC機進(jìn)行通信，由于接口電平的不同，在讀卡器內部應用MAX232芯片實(shí)現了不同電平間的轉換[2]。
(3)讀寫(xiě)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(xiě)器與CPU卡進(jìn)行通信的接口，通過(guò)符合ISO 7816標準要求的8個(gè)觸點(diǎn)實(shí)現與CPU卡的連接[3]。
SN74TVC3010為一雙向電平轉換器件，在轉換過(guò)程中不需要方向控制信號。SN74TVC3010芯片包含由11個(gè)N 溝道導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(mén)在內部連接在一起，因此，其中的任一個(gè)晶體管都可以作為參考晶體管，其他的作為導通晶體管，每個(gè)導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置的電壓。由于晶體管是對稱(chēng)制造的，且I/O 信號是雙向經(jīng)過(guò)每個(gè)晶體管，所以每位的任一端口連線(xiàn)可用作低壓端[4]。
本文設計的讀寫(xiě)器中參考晶體管的一端通過(guò)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。當數據從卡座向單片機傳輸時(shí)，電壓達到3.3 V，導通晶體管關(guān)閉，單片機管腳上的電平通過(guò)上拉電阻拉至5 V。當數據從單片機向卡座傳輸時(shí)，卡座端的電壓被鉗位在3.3 V左右。這樣可準確地實(shí)現單片機與卡片之間的正常通信。
2 底層固件設計
本讀寫(xiě)器固件編程采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，編程環(huán)境為IAR Embedded Workbench，仿真及下載底層固件在A(yíng)VR Studio 4中完成。固件的整體結構如圖4所示。
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