如何读写接触式IC卡

　　随着金卡工程的推进，IC卡已经已经十分广泛地应用于包括金融、交通、社保、会员卡等很多领域。

　　IC卡 （Integrated Circuit Card，集成电路卡）是继磁卡之后出现的又一种新型信息工具。IC卡在有些国家和地区也称智能卡（smart card）、智慧卡（intelligent card）、微电路卡（microcircuit card）或微芯片卡等。它是将一个微电子芯片嵌入符合ISO7816标准的卡基中，做成卡片形式。根据卡中的集成电路的不同，IC卡可以分为三类。

　　（1）存储卡

　　主要应用的是卡中的集成电路为EEPROM 。

　　它仅有数据存储能力，没有数据处理功能。如：

　　AT24C01A、AT24C02、93C46、AT45D041等。

　　（2）逻辑加密卡

　　主要应用的是卡中的集成电路包括具有加密逻辑和EEPROM。如：SLE4442、SLE4428、AT88SC102等。

　　（3）CPU卡

　　主要应用的是卡中的集成电路包括CPU 、EEPROM 、RAM 以及固化在ROM 中的COS （ 片内操作系统）。

　　IC卡读写器是IC卡与应用系统间的桥梁，在ISO国际标准中称之为接口设备IFD（Interface Device）。IFD内的CPU通过一个接口电路与IC卡相连并进行通信。

　　本文将以AT24C01存储卡为例，介绍如何利用M051控制接触式IC卡。

　　一、MuMicro M051概述

　　N u M i c r o M051系列为ARM C o r t e x - M 0 内核的32位微控制器。Cortex-M0是ARM最新的32位嵌入式处理器，拥有可与传统8位单片机匹敌的价格优势。NuMicro M051系列包括M052、M054、M058和M0516。

　　NuMicro M051内核系列最高可运行至50MHz，特别适用于需要高速控制的工业领域，NuMicro M051系列内嵌有8K/16K/32K/64K字节的flash存储器， 4kBflash用于ISP, 及 4kB SRAM。

　　多种系统级外设功能， 如I/O Port, EBI（外部总线接口）、Timer、UART、SPI、I2C、PWM、ADC、看门狗定时器和欠压检测功能， NuMicro M051系列内建这些功能可以减少系统外围元器件， 节省电路板空间和系统成本，这些功能使NuMicro M051系列适用于广泛应用。

　　同时， NuMicro M051 内建在线编程功能ISP及在系统编程功能ICP，提供用户多样的编程方式。用户可以直接在电路板上对芯片进行升级。

　　二、选择M051的理由

　　1. 宽操作电压

　　M051系列CPU和其他ARM系列CPU相比支持宽操作电压 （2.5~5.5V），现在市场上大量的IC卡都是5V的，这样就省去了电压转换问题。

　　2. I/O有准双向功能

　　GPIO具有准双向功能，兼容8051，操作IC卡的数据I/O口，省去了每次选择方向的问题，简化IC卡的读写程序。

　　3. 较大的SRAM

　　和普通8位单片机相比，具有较大的SRAM，我们可以从IC卡上读取比较大的数据块和CPU卡比较大的数据块的处理，数据处理的速度就相应的加快。

　　三、AT24C01卡介绍

　　1. 芯片特点

　　容量为128×8（1KB）、双线串行接口（双线为：时钟线SCL，串行数据线SDA）、双向数据传送协议、支持ISO/IEC7816-3同步协议、高可靠性，擦写次数可达10万个周期，数据保存期达100年。

　　2. IC卡芯片的触点描述

　　IC卡芯片各引脚、芯片触电及功能描述见图1与表1。 

　　图1 AT24C01 芯片触点 

　　3. AT24C01卡基本操作

　　时钟和数据传送：SDA上的数据仅在SCL为高电平时有效，在低电平时允许数据变化见图2。当SCL为高电平时，数据的变化表示“开始”或“停止”两种状态见图3。开始状态和停止状态的定义如下。 

　　图2 有效时序图 

　　图3 开始和停止状态

　　开始状态：SCL处于高电平时，SDA从高电平转向低电平表示一种操作的开始，所以该状态应在其他命令之前执行。

　　停止状态：SCL处于高电平时，SDA从低电平转向高电平表示一种操作的结束，将停止所有通信。

　　确认（ACK）：总线数据传送时每成功地传送一个字节数据后，接收器都必须产生一个应答信号，应答的器件在第9个时钟周期时将SDA线拉低，表示其已收到一个8位数据见图4。 

　　图4 数据接收和确认

　　四、IC卡接口原理图

　　本系统采用NuMicro M05132位微控制器实现与IC卡的接口，负责卡时钟和数据的存储与读取，预留了其他种类IC卡所需要的RST、FUS、PGM等信号，IC卡的插入与拨出是通过IC卡适配插座上的开关来识别，其硬件接口电路图如图5所示。 

　　图5 硬件接口电路图

　　五、软件设计

　　以读命令为例，介绍了AT24C01卡的操作，其C语言程序在电子制作网站下载。

　　本文采用最新ARM Cortex-M0内核的32位微控制器，具有很高的性价比，本方案已在NuTiny-SDKM051开发板验证。