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第 9 章 IC 卡的接口设备

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）

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第 9 章 IC 卡的接口设备

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  1. 第9章 IC卡的接口设备

  2. 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

  3. 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。 9.1.1IC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

  4. IC卡接口电路 IC卡适配插座 与主机信息交换的接口单元 IC卡协议实现单元 微处理器＋ROM＋RAM 密码运算处理单元 ＋EEPROM IC卡接口设备 9.1.2IC卡接口设备的组成 控制与读写单元 主机 接触式IC卡接口设备总体结构框图

  5. 输 入 输 出 微处理器 射 频 模 块 天 线 读写器 专用芯片 SHC1501 非接触式IC卡 SHC1101 读卡器 计算机 非接触式IC卡接口设备总体结构框图

  6. 9.2 IC卡适配插座（IC卡座） 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。 9.2.1 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。

  7. 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

  8. 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. 9.3 IC卡的接口电路和读写控制 9.3.1 接触式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。 1、IC卡的接口电路 • 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。

  10. 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； IC卡数据接口电路 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。

  11. 电路特点： • 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；

  12. 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。

  13. 原理分析： CLK＝‘0’ Ud=UDD＋0.7 CLK＝‘1’ Ud=－0.7

  14. 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。

  15. 100mA 短路保护150～200mA

  16. 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。

  17. 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。 • 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。 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

  18. 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 7816－3规定的操作顺序。 （1）IC卡的激活（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

  19. （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。

  20. 同步IC卡的接口电路

  21. Q2 Q1 异步IC卡的接口电路

  22. fCP＝14.31 MHz fQ1＝7.155 MHz fQ2＝3. 57 MHz

  23. 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。

  24. 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_10μs；延迟10 μs SETB CLK ；置同步复位时钟H LCALL Delay_10μs ；延迟10 μs CLR CLK ; 时钟为L LCALL Delay_10μs ；延迟10 μs CLR RST ; 复位结束 RET

  25. 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_10μs ；延迟10 μs CLR CLK ; LCALL Delay_10μs ；时钟脉冲结束 JMP SP1 ；继续下一次

  26. 数据的读出过程 • 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。

  27. 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_10μs ；延迟10 μs CLR CLK； LCALL Delay_10μs ；延迟10 μs 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 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 ；

  28. （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ISO7816－3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。

  29. 异步通信接口的初始化设置为： • 通信速率初始设置为9600bps。 • 1个起始位 • 8个数据位 • 1个奇偶校验位 • 2个停止位

  30. 异步型IC卡大多拥有微处理器，在MCS－51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。异步型IC卡大多拥有微处理器，在MCS－51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。

  31. 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。

  32. 9.4 IC卡的应用设备 IC卡的应用设备主要完成两方面的工作： • 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

  33. 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；

  34. 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；

  35. 9.5 读写器（接口设备）规范 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： • 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。

  36. 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；

  37. 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RS－232串行接口标准的计算机相连；

  38. 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GB－95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

  39. 应用程序 接口设备程序处理 应用设备APD （PC） 基本应用编程接口API 物理接口 RS－232 / USB 接口设备 IC卡 IC卡 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

  40. 2、基本应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T＝1传输协议的命令分组相同。

  41. IFD向APD传送的信息初步决定如下：

  42. 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。

  43. （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。

  44. 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）

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