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IC卡接口芯片TDA8007的读写器设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

3 读写器的硬件组成

读写器的硬件部分主要由IC接口管理芯片TDA8007、MCUAT89C52、外部数据存储器W24257S、串口电平转换芯片MAX3226、安全IC卡座(即SAM卡座)、应用IC卡座、键盘口供电的串口通信线及其它相关元器件组成。

图2所示为通过PC机控制管理的外置于PC机的接触式CPU IC卡读写器。通过定制的数据线,该读写器的5V直流电源可直接由键盘口提供,同时数据线还负责PC机与读写器的串行数据交换。在大部分IC卡读写应用中,都涉及到IC卡的认证和数据读写的国解密问题,所以本读写器除了提供一个供用户使用的IC卡接口卡座外,还内置了一个SAM卡,即安全IC卡卡座,以方便安装SAM卡,保证应用IC卡读写时的数据安全,保护用户的利益。
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    硬件的其它组成部分,如处理器,目前采用Atmel的89C52。其4KB的Flash程序存储器可以满足读写器的程序空间需要。由于PC机与89C52、89C52与TDA8007的数据交换要求的暂存数据空间比较大,89C52提供的256字节不够,需外加一片数据存储器。本读写器中使用的是华邦的W24257S。其有32KB存储容量,IC接口部分的主要芯片为Philips的TDA8007。

4 IC卡接口芯片应用

下面介绍一下TDA8007及其应用。TDA8007的原理结构如图3所示。

TDA8007芯片能够提供两个能同时满足ISO7816标准及EMV和GSM11-11标准的IC卡读写接口。在本读写器中,一个用于与应用IC通信,另一个用于与安全IC卡通信。与上文CPU卡的触点图相对应,CLKi、RSTi、VCCi、I/Oi、GNDCi、PRESi、C4i、C8i(其中i=1,2;C4i、C8i未用;PRESi可用于检测IC卡是否插入。具体应用可参看TDA8007的技术文档)都直接由TDA8007提供给IC卡接口相连,MCU只需通过其接口控制并行通信来管理TDA8007,便可实现对IC卡的上电、下电及读写数据处理。其中,微处理器既可以通过总线复用把TDA8007内部的所有寄存器作为外部存储器,用MOVX寻址,也可以通过非总线复用方式访问,此时TDA8007用AD0~AD3来区分内部各寄存器。另外,TDA8007的片选信号和外部中断信号线可以方便读写器处理多个IC卡头。TDA8007的特别硬件ESD处理、接口短路处理、电源出错处理等也给IC卡和IC卡读写器提供了比较高的安全保护;同时,TDA8007内部集成的电源管理功能允许TDA8007的供电范围可达2.7~6.0V,并且TDA8007通过电源管理可以给IC卡提供5.0V、3.0V及1.8V的电源,以适合不同工作电压的IC卡应用。

图3 IC卡接口芯片TDA8007的原理框图

    本读写器是通过总线复用对TDA8007的寄存器进行控制的。其中MCU的P1.5为TDA8007的片选,P0口为与之通信的8位数据线,TDA8007的各寄存器预先被宏定义的成微处理器的一个外部数据单元(下面电程序处的定义),从而方便MCU访问。下面结合TDA8007寄存器的定义和位分配,给出应用TDA8007接口芯片对IC卡进行上电激活和下电的程序。TDA8007的寄存器主要三类。第一类,通用寄存器:①卡槽选择CSR;②硬件状态HSR;③定时器TOR1、TOR2、TOR3。第二类,ISO7816串行处理寄存器:①串行状态USR;②混合状态MSR;③串行发送UTR;④串行接收URR;⑤队列控制FCR。第三类,卡专属寄存器:①可编程分频PDR;②保护时间GTR;③串行控制UCR1、UCR2;④时钟配置CCR;⑤上电控制PCR。注意:对于卡专属的寄存器,即卡接口1、卡接口2分别对应的寄存器,逻辑上具有相同的名及访问地址,因而,对不同的瞳操作,需要通过CSR选择对应的卡槽来切换卡专卡属寄存器的映射的物理空间。所以,接口设备每次从一个卡的上下电或读写转向另一卡,都需要访CSR设定对应的卡槽。对于每个寄存器的位定义不再多述,主动性者可参看TDA8007的技术文档。

5 上下电过程及具体程序

图4为IC卡的上电时序图。要实现之,需对PCR进行写操作。其中START=PCR.0,RSTIN=PCR.2,VUP上升表示激活了TDA8007中的电压转换电路。当START置高时,只要能检测到选定卡槽中的IC卡存在,且没有TDA8007能检测到并在HSR中指示的硬件错误出现,则对应IC卡接口的VCC1或VCC2将能被提供响应的电平(5V、3V或1.8V)。随后对应卡的I/O数据线被置成高状态(Z状态),给IC卡提供设定的时钟信号,常用为3.5712MHz。大约在START置高108ETU后,RSTIN置高。因为R

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