CN2424494Y - 总线驱动的智能卡读写器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种总线驱动的智能卡读写器,利用微型计算机总线作为数据交换的通信接口通过智能卡读写器来读写IC卡;该智能卡读写器包括:对IC卡读写的单片机系列部分、读卡座及其切换和驱动部分;其特点在于还包括智能卡读写器和微型计算机的ISA总线或PCI总线通信的接口部分。本实用新型能方便地区分及读写存储器卡和CPU卡,且还具有数据处理速度快、应用范围广、安全性能高等优点。

Description

总线驱动的智能卡读写器

本实用新型涉及数字存储器信息的写入或读出装置，尤指一种利用微型计算机总线作为数据交换接口的总线驱动的智能卡读写器。

集成电路卡简称IC卡，又称作智能卡，分为存储器卡(Memory Card)和微处理器卡(简称CPU卡)，目前市场上传统的智能卡读写器(简称IC卡读写器)的基本逻辑框图参见图1，这些IC卡读写器与微型计算机(简称PC机)的连接都使用串行接口也既RS-232接口连接，用9芯或25芯连接器。使用串行口的好处是接口简单，但存在着以下几个方面的缺点：

1、目前IC卡读写器对不同种类IC卡的识别和处理程序都放在IC卡读写器内部，这样由于内部中央微处理器(CPU)和只读存储器(ROM)大小的限制，它所能识别和处理的已有卡的种类有限，对新种类的IC卡更是无能为力。另外大多数的IC卡读写器无安全访问模块卡(简称SAM卡)，无法对IC卡座之上的IC卡进行身份认证，安全性不是很高。

2、占用一个串行接口：目前微型计算机的主机上一般提供二个串行智能卡读写器口为：串行口1(COM1)和串行口2(COM2)，一般调制解调器(MODEM)和鼠标(MOUSE)已占用1-2个，有可能已无法连接，即使有一个空余串行口供读写器使用，但用户以后就不能再增加串行设备了。

3、速度慢：目前的IC卡读写器和PC机交换数据通过RS-232串行接口来进行，速度一般仅为9600bit/s，而且传输中误码率较大。

4、使用不方便：目前的串行接口式智能卡读写器需要一个外接电源，使用上比较麻烦。

本实用新型的目的是提供一种总线驱动的智能卡读写器，使用微型计算机的总线作为数据交换的通信接口通过IC卡读写器能够方便地读写所有的IC卡，并提供非常高的安全性和可靠性，且能使它成为PC机的一种标准配置。

为了实现上述的任务，本实用新型的解决方案是设计一种总线驱动的IC卡读写器，利用微型计算机总线作为数据交换的通信接口通过IC卡读写器来读写IC卡，该IC卡读写器包括：对IC卡读写的单片机系列部分、读卡座及其切换和驱动部分；其中：

对IC卡读写的单片机系列部分，包括单片微处理器、随机存储器、地址锁存器等；该单片微处理器、随机存储器、地址锁存器通过数据总线、地址总线、控制总线方式相连；

读卡座及其切换和驱动部分，包括时钟脉冲逻辑和电源控制逻辑、存储器卡和CPU卡读写的切换和驱动逻辑、SAM卡的卡座切换和驱动逻辑、IC卡与IC卡读写器连接的IC卡座、SAM卡与IC卡读写器连接的SAM卡座；

其特点在于：还包括IC卡读写器和微型计算机总线通信的接口部分；

该IC卡读写器和微型计算机总线的接口部分包括：微型计算机总线插槽和可编程逻辑器件；

其中该可编程逻辑器件设置成具有：数据通道逻辑、状态通道逻辑、地址译码逻辑、控制总线逻辑、存储器卡读写逻辑；

该可编程逻辑器件通过数据总线、地址总线、控制总线方式连接于微型计算机总线与单片机系列之间，且该可编程逻辑器件中的存储器卡读写逻辑连接到读卡座及其切换和驱动部分。

由本实用新型的结构特征可知，本实用新型和现有的IC卡读写器相比较具有如下有益效果：

1)本实用新型的IC卡读写器使用了总线接口方式与PC机连接，数据传输可靠性高，速度快，节省了串行口资源且能方便用户使用，更主要的是只要更新PC机程序，它能识别和处理的IC卡是无限制的，而且对于每张新类型的卡只要更新一次。

2)本实用新型的IC卡读写器可同时容纳认证身份的SAM卡和采取唯一硬件标识，极大地提高了使用IC卡的安全性，使用于商场的网络系统之中时，用户可以非常放心地在网上购物，网上进行银行帐户管理，网上身份认证等。

3)本实用新型的IC卡读写器可适用于所有PC机型，用户界面良好，适用在DOS，UNIX，Windows等所有主流操作系统下工作，操作直观方便。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细描述：

图1是现有技术的IC卡读写器逻辑框图。

图2是本实用新型的IC卡读写器逻辑框图。

图3是读卡器和微型计算机总线接口部分以及对IC卡读写的MCS-51单片机系列的电路原理图。

图4是读卡座及其切换和驱动部分电路原理图。

请参阅图2所示，本实用新型的IC卡读写器，它与PC机联在一起工作，通过微型计算机总线进行数据传输，完成对IC卡的读写以及数据处理功能，其由三部分组成：

第一部分是对IC卡读写的单片机系列部分；包括单片微处理器、随机存储器、地址锁存器等，且通过计算机的总线方式相连。

第二部分是读卡座及其切换和驱动部分；包括时钟脉冲产生逻辑和电源控制逻辑、卡座切换和驱动逻辑、IC卡与IC卡读写器连接的IC卡座、SAM卡与IC卡读写器连接的SAM卡座。

第三部分是IC卡读写器和微型计算机总线通信的接口部分；包括微型计算机总线插槽和可编程逻辑器件，该可编程逻辑器件设置成具有：数据通道逻辑、状态通道逻辑、地址译码逻辑、控制总线逻辑、存储器卡读写逻辑。

本实用新型的IC卡读写器在外观结构上可分为二部分：一部分为主控制卡部分，它插入微型计算机的总线插槽，另一部分为卡座部分，它被安装在PC机的软驱部位，通过一根屏蔽电缆线和主控制卡连接，用户在PC机的软驱部位即可方便地插拔IC卡。

下面再结合图3和图4的具体电路原理图，再详细介绍本实用新型的IC卡读写器的内容。本实用新型的IC卡读写器，主要包括三部分，第一部分是对IC卡读写的单片机系列部分；第二部分是读卡座及其切换和驱动部分；第三部分是IC卡读写器和微型计算机总线通信的接口部分。

(一)对IC卡读写的单片机系列部分(参阅图3所示)：

由单片微处理器U102、随机存储器U104、地址锁存器U103、晶振U105等器件组成了最基本的MCS-51单片机系列，完成的主要功能是：对IC卡的加电和识别、从IC卡中读取数据或向IC卡写入数据、通过可编程逻辑器件U101从微型计算机总线读取数据或向微型计算机总线写入数据；其中：

单片微处理器U102选用型号为89C51的8位单片微处理器(CPU)，该CPU之中内置了4K*8字节的只读程序存储器(ROM)，在ROM之中固化有IC卡读写器工作的程序，主要包括对IC卡的加电、识别、与PC机总线通信及处理程序。

另外单片微处理器U102(89C51)引脚定义如下：

    P0.0-P0.7    89C51数据/地址(低8位)总线，

    P2.0-P2.7    89C51高8位地址总线，

    RD           89C51读信号，

    WE           89C51写信号，

    RESET        89C51复位信号，

    X1，X2       89C51时钟输入端，

    ALE          89C51数据/地址锁存信号，

    P1.0         CPU卡RST信号，

    P1.1         SAM卡RST信号，

    P1.2        SAM卡I/O信号，

    P1.4        CPU卡I/O信号。

随机存储器U104选用型号为6264的芯片，是8K*8字节的静态随机存储器，用于存放IC卡读写器工作运行之中的参数和数据。

地址锁存器U103选用型号为74HC373的芯片，用于锁存单片微处理器U102的P0.0-P0.7数据/地址(低8位)总线之中的低8位地址总线信号。

晶振U105的频率是11.0592兆，晶振U105和电容C101、C102及电阻R101构成单片微处理器U102的时钟脉冲频率，且向单片微处理器U102提供工作时钟脉冲。

上述的单片微处理器U102、随机存储器U104、地址锁存器U103、通过数据总线、地址总线、控制总线方式相连组成了一套最基本的MCS-51单片机系列。

(二)读卡座及其切换和驱动部分(参阅图4所示)：

读卡座及其切换和驱动部分包括：

1个IC卡与IC卡读写器连接的IC卡座J301，以提供IC卡电源，时钟脉冲和读写数据等。

4个SAM卡与IC卡读写器连接的SAM卡座J302、J303、J304、J305，以提供SAM卡电源，时钟脉冲和读写数据等。

电子开关U301选用型号为4053的集成电路，是二组四选一模拟电子开关芯片，完成存储器卡和CPU卡的切换和驱动逻辑。

电子开关U302、U303选用型号为4052的集成电路，是三组二选一模拟电子开关芯片，完成4个SAM卡座J302、J303、J304、J305之间的切换和驱动逻辑。

锁存器U304选用型号为74273的集成电路，用于控制U301、U302、U303的控制状态，使U301完成存储器卡和CPU卡的切换和驱动逻辑，使U302、U303完成4个SAM卡座J302、J303、J304、J305之间的切换和驱动逻辑。

晶振U21和非门U2D、U2E提供CPU卡和SAM卡的时钟脉冲，时钟脉冲信号经过U301传送到IC卡座J301的CLK端，且时钟脉冲信号也经过U303传送到4个SAM卡座之一的CLK端；晶振U21的频率为3.579兆(MHz)，非门U2D、U2E选用型号为74HC14的集成电路。

(三)IC卡读写器和微型计算机总线通信的接口部分(参阅图3所示)：

IC卡读写器和微型计算机总线通信的接口部分包括：微型计算机总线(PCBUS)插槽PIN101和可编程逻辑器件U101，该可编程逻辑器件U101选用Altera公司的型号为EMP7128的芯片；

可编程逻辑器件U101(EMP7128)通过编程后设置成具有如下逻辑功能：

1、数据通道逻辑；

2、状态通道逻辑；

3、地址译码逻辑；

4、控制总线逻辑；

5、存储器卡读写逻辑。

其中EMP7128编程后引脚定义：

    D0-D7         PC数据总线，

    ANE           PC I/O读写允许信号，

    A0-A9         PC地址总线，

    RESET         PC复位信号，

    IOW           PC I/O写信号，

    IOR           PC I/O读信号，

    AD0-AD7       89C51数据总线，

    MA0-MA2，MA15 89C51地址线，

    MRD           89C51读信号，

    MWE           89C51写信号，

    MRST           89C51复位信号，

    PCRST          存储器卡复位信号，

    PCCLK          存储器卡时钟信号，

    PCP            存储器卡P信号，

    PCT            存储器卡T信号，

    PCIO           存储器卡I/O信号，

    PCNC           存储器卡NC信号，

    Card0          提供IC卡座电源，

    SAM1-SAM4      提供SAM卡座电源，

    SW0-SW4        读写IC卡、SAM卡是否插入的状态。

可编程逻辑器件U101通过数据总线、地址总线、控制总线方式连接于微型计算机总线与MCS-51单片机系列之间，且该可编程逻辑器件U101中的存储器卡读写逻辑连接到读卡座及其切换和驱动部分。

IC卡读写器的工作原理和流程如下：

1、PC机与MCS-51单片机系列的通信

PC机通过可编程逻辑器件U101(EMP7128)与MCS-51单片机系列中的单片微处理器U102(89C51)通信，在可编程逻辑器件U101(EMP7128)中有数据通道逻辑和状态通道逻辑的寄存器，这两个寄存器通过地址译码逻辑使得PC机和单片微处理器U102(89C51)都能读写；当PC机要向单片微处理器U102(89C51)写数据时，先将状态通道逻辑的寄存器置位，并将数据写入数据通道逻辑的寄存器；当单片微处理器U102(89C51)读到状态通道逻辑的寄存器是置位时，则从数据寄存器中读出数据。

2、存储器卡读写流程

在可编程逻辑器件U101(EPM7128)中有一个存储器卡读写逻辑，当PC机要读写存储器卡时，先将电子开关U301(4053)切换到存储器卡读写状态，在PC机读写存储器卡时，数据从PC机的数据总线通过可编程逻辑器件U101(EMP7128)，再通过电子开关U301(4053)到IC卡座J301。

3、CPU卡读写流程

当要读写CPU卡时，首先PC机将电子开关U301(4053)切换到CPU卡读写状态，在单片微处理器U102(89C51)要读写CPU卡时，数据从单片微处理器U102(89C51)的P1.0和P1.4通过电子开关U301(4053)到达IC卡座J301；同时CPU卡上的时钟信号由晶振U21和非门U2D、U2E产生。

4、SAM卡读写流程

当单片微处理器U102(89C51)要读写SAM卡时，首先PC机将电子开关U302、U303(4052)切换到4个SAM卡其中之一的SAM卡座上，在单片微处理器U102(89C51)要读写CPU卡时，数据从单片微处理器U102(89C51)的P1.1和P1.2通过电子开关U302、U303到达SAM卡座上，同时SAM卡上的时钟信号由晶振U21和非门U2D、U2E产生。安全访问模块卡(SAM卡)主要是对IC卡座上的IC卡起身份认证作用。

在本实用新型的实施例之中详细描述了IC读卡器与PC机的标准工业总线(简称ISA总线)连接方式。另外当使用PC机的周边元件扩展接口总线(简称PCI总线)时，IC读卡器与PC机的PCI总线连接方式与ISA总线连接方式相同，只是PCI总线接口的插槽引脚定义与ISA总线不同而己，其工作原理和使用方法还是与ISA总线连接方式相同，故在此就不再费笔墨进行介绍了。

综合上述，本实用新型的IC卡读写器具有如下特点和效果：

在实用新型的IC卡读写器中，对IC卡的识别和处理模块是在PC机中通过总线来进行的，由于PC机的存储器的巨大和可修改性，它能识别和处理的IC卡是无限制的。对于新开发的IC卡，只需将新卡的特性驱动程序通过软盘或光盘装入PC机中即可，在互联网络(Intemet)时代，我们只需通过网络下载即可。这样本读写设备就是一个真正意义上的通用的IC卡读写器。

本实用新型的IC卡读写器可同时在4个SAM卡座之中各插入认证身份的SAM卡，极大地提高了使用IC卡的安全性，用户可以非常放心地在网上购物，网上进行银行帐户管理等等。

本实用新型的IC卡读写器在硬件上加入了唯一序列码，序列码编码方式采用Intemet Protocol Version 4(IPv4)方式，序列码可以被网络唯一标识，更提高了网络IC卡安全性。

本实用新型的IC卡读写器采用的总线接口是目前PC机中的标准配置，PC机主板上一般有5-6个总线接口，用户一般使用一个显示卡和一个声卡占用二个总线接口，因而有较多的空余接口供用户使用。这样很容易将IC卡读写器做成一个PC机的标准配置。

本实用新型的IC卡读写器改变了原来的串行接口与PC机相连的连接方式，采用总线方式与PC机连接，不仅极大地提高了传输速率，将近提高了20倍左右，而且把误码率降到0。

Claims (3)

1、一种总线驱动的智能卡读写器，利用微型计算机总线作为数据交换的通信接口通过智能卡读写器来读写IC卡；包括：对IC卡读写的单片机系列部分、读卡座及其切换和驱动部分；其中：

对IC卡读写的单片机系列部分，包括单片微处理器、随机存储器、地址锁存器；该单片微处理器、随机存储器、地址锁存器通过数据总线、地址总线、控制总线方式相连；

读卡座及其切换和驱动部分，包括时钟脉冲逻辑和电源控制逻辑、存储器卡和CPU卡读写的切换和驱动逻辑、SAM卡的卡座切换和驱动逻辑、IC卡与智能卡读写器连接的IC卡座、SAM卡与智能卡读写器连接的SAM卡座；

其特征在于：

还包括智能卡读写器和微型计算机总线通信的接口部分；

该智能卡读写器和微型计算机总线的接口部分包括：微型计算机总线插槽和可编程逻辑器件；

其中该可编程逻辑器件设置成具有：数据通道逻辑、状态通道逻辑、地址译码逻辑、控制总线逻辑、存储器卡读写逻辑；

该可编程逻辑器件通过数据总线、地址总线、控制总线方式连接于微型计算机总线与单片机系列之间，且该可编程逻辑器件中的存储器卡读写逻辑连接到读卡座及其切换和驱动部分。

2、如权利要求1所述的总线驱动的智能卡读写器；其特征在于：所述的微型计算机总线插槽为ISA总线插槽。

3、如权利要求1所述的总线驱动的智能卡读写器；其特征在于：所述的微型计算机总线插槽为PCI总线插槽。

Images