基于PIC单片机的低功耗读卡器硬件设计

ByGrith4

摘要:本文提出了一个完整的基于串口的智能读卡器子系统设计方案并将其实现。读卡器的设计突出了小型化的要求,全部
器件使用贴片封装。为了减小读卡器的体积,设计中还使用了串口窃电的技术,使用串口信号线直接给读卡器供电。为此,读
卡器使用了省电的设计,采用了省电的集成电路,并大胆简化了许多传统的设计电路。
关键词:读卡器;单片机;串口窃电
1引言
: n- T! J+ E2 |. ?3 sIC卡系统保存了加密算法所需要的工作密钥,供加密算法
; h! F* f8 `5 Q* ]) ?对网络上传输的数据加密使用，是整个系统网络安全的核心。
在IC卡子系统中，读卡器是一个重要的部分。它起着管理IC
卡、在IC卡和PC或网络计算机间传递数据的重要作用。本文
以一片PIC单片机为核心完成了基于RS232串口的读卡器的
  c6 f, t8 K( P' q! Q硬件设计。
7 }0 Q" g4 @7 ?5 D  Z2微控制器的选择
读卡器是一个NC或PC和IC卡之间数据传输的媒介。当
然,这只是它的主要功能,读卡器本身除了传输数据之外还要监.
控和传输IC卡的状态。同时,由于ISO/EC7816协议本身较为
& q0 J. s7 ^+ p复杂，所以读卡器要使用可编程器件来完成此项功能。可编程
" x( {% n5 O8 r7 A/ w1 }% b$ E6 P的器件包括单片机、DSP, PLD等。由于单片机技术成熟,成本
! o( c$ C$ {2 t2 R5 J: c: a低廉,所以我们使用了单片机作为读卡器的控制器。在这里,我
0 i. l7 H2 B1 o  }; k! Q, P们使用了Mierochip 公司的PIC16C73单片机作为读卡器的控
制器。和市面上比较流行的其它CISC结构的单片机相比,Mi-
# b* R/ J7 v/ M+ y8 @4 w* z% h; K! Ncrochip公司的PIC系列单片机采用了RISC体系结构。”
% r& U- X& y0 |8 u% _: B3读卡器整体设计
( h& z7 w: |( X5 b" s4 X整个读卡器的工作电压为5V。虽然PIC 1673B单片机支持
的最低工作电压为2.5V,并且更低的电压可以降低功耗,但IC
1 d' r5 ~5 e/ z% f卡的工作电压为5v,电压一且降低IC卡将不能正常工作,因此
整个读卡器的工作电压为5V。为了臧小读卡器的体积,读卡器
除电源滤波电解电容外全部采用贴片元件。电阻电容使用体积
2 Z% c1 Y- W8 Y3 Z, o较小的0603封装。这样就可以很大程度上减小读卡器的体积。
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, {% o- V2 m. y( y1 ~电源滤波电容由于大容量贴片电解电容价格较高，故使用普通
7 s! o: K) R# @7 z) k$ E8 k电解电容。读卡器硬件的原理框图如图1所示。

2 n# b, x, N0 W! h' U! A4读卡器的硬件设计
6 R# N/ P& R  @. Q( M4.1读卡器接口的选择
读卡器与NC之间的通信，可以采用USB接口、并口、串
4 Q& _# w7 p8 B/ ~$ ~: U$ J口、PS/2口等多种方案。使用串口通信虽然速度慢,但却具有硬
件成本低和软件实现简单、运行可靠等优点。而且串口的通信速
# X  P% c4 [: i( I7 }) O( ?率完全可以满足读卡器的要求。所以读卡器采用了RS232串口
2 m! }: Z% C. b1 {, J与NC或PC主机通信的方案。
4.2串口窃电
& s9 ]6 j: V% s2 d( i  r6 A由于计算机的串口线不包含电源，外置型读卡器采用串口
与NC或PC主机通信就要外接电源。外接电源就必须使用体积
7 l7 l1 F3 t3 x2 A! O庞大的外置电源变压器。读卡器在开发中使用了串口窃电技术,
7 |, X5 H" V8 `- T" ~, l; s( Y# J) U" d6 ]使用串口的信号线充当电源线给读卡器供电。由于串口的信号
5 h! t2 u2 i" G: R* @' m: n/ i3 k线所能提供的电流较小,这就要求读卡器采用低功耗设计,尽量
( [5 y! _6 t* r0 F; I6 @* ^简化电路。读卡器使用了RTS和DTR两个管脚同时作为供电
' P/ K+ a% R$ A% f% Y6 b+ R管脚。由于RS232串口标准的1为负电压,而0为正电压,故读
卡器运行前先要由驱动程序将RTS和DTR两个管脚置零,而
0 b0 H6 g+ R5 k; l% @& S1 c由读卡器将两个信号线输人的高电压经电源稳压器件LP2950
将12V电压变为+5V,给读卡器所有器件提供电源。为防止两个
信号线中的一一个突然变为负电压损坏读卡器，在信号线的输人
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Racheler

整个读卡器的工作电压为5V