CPU卡的单片机控制方法分析

摘要：本文通过对CPU卡进行简要介绍，进而以ATMEL公司的AT88SC54C CPU卡为例对CPU卡的单片机控制方法进行分析。

关键词：CPU卡；IC卡；单片机；控制

中图分类号：TP332 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 20-0000-01

MCU Control Analysis of CPU Card

Hu Xuefeng

(Qiuzhen School of Huzhou Teachers College,Huzhou313000,China)

Abstract:In this paper,a brief description of the CPU card,and then to ATMEL"s AT88SC54C CPU card,for example on the CPU card chip control method for analysis.

Keywords:CPU card;IC card;MCU;Control

一、CPU卡简介

CPU卡也称智能卡，卡内集成电路中包括微处理CPU、随机存储器RAM、用户数据存储器EEPRROM、程序存储器ROM以及芯片操作系统COS。CPU卡芯片相当于芯片内装置了一个微处理器，其功能大致与一台微型计算机相同。在生活中，人们常使用的集成电路卡（IC卡）上的金属片就是CPU芯片。由于CPU卡具有存储空间大、支持一卡多用、读取速度快等优点，已经被广泛用于金融、交警、保险、政府行业等诸多领域，并通过国家商密委和中国人民银行的认证。就外型而言，CPU卡与普通IC卡、射频卡无明显差别，但是使用性能、安全性却有巨大提升，这主要源于CPU卡内含有随机数发生器、3DES加码算法、硬件DES、3DES加密算法等，并配合操作系统就可以达到金融级别的安全等级。

二、CPU卡的单片机控制方法

（一）CPU卡的单片机控制方法分析

由于CPU卡与IC卡读写设备实现交互操作的方式都是以串行编程接口进行的，所以本文以ATMEL公司的AT88SC54C CPU卡为例，分析CPU卡的单片机控制方法。

AT88SC54C CPU卡主要组成部分包括存储器访问控制模块、512字节RAM、操作系统EEPROM、80C31微处理器、I/O模块、RSA等。CPU卡串行编程操作可以由用户发出5条不同的指令加以控制，其中控制脚为CLK（C3）、I/O（C7）、RST（C2）。串行编程接口中所包含的5个指令如表1所示：

表1串行编程接口指令集

指令智能码操作码地址数据

READ110A12…AOD7~D0（出）

EWEN10011XXXXXXXXXXX

WRITE101A12…AOD7~D0（入）

EWDS10000XXXXXXXXXXX

ERAL10010XXXXXXXXXXX

1.“读”指令（READ）。READ指令包括读存器位置的所有地址码。当指令发出后，通过地址解码，将目标存储器中的数据传送至I/O引脚，数据的输出变化与时钟下沿同步进行。

2.“允许擦写”指令（EWEN）。上电时器件会自动进入擦写禁止状态，以此来保障的数据的安全性和完整性，所以在执行任何编程指令之间应先执行“允许擦写”指令。一旦串行编程处于“允许擦写”状态，直到器件下电或执行禁止擦除指令才能关闭EWEN状态。

3.“写”指令（WRITE）。WRITE指令涵盖连续写入指定存储器中的8位数据，当最后一位数据被接收后，以规定的编程周期作为起始时间，I/O脚输出低电平，用来显示EEPROM正处于编程状态，在编程完毕之后，I/O脚输出的电平便呈高阻态。

4.“禁止擦除/写”指令（EWDS）。EWDS指令会禁止当前所有正在进行的编程模式，也就是说，在执行完编程指令后，都必须执行EWDS指令，但是READ指令不受其管制。由于READ指定独立于EWDS指令和EWEN指令，所以在任何时间段都可以单独执行。

5.“整片擦除”指令（ERAL）。ERAL指令是指将存储阵列中所有位转变为“1”，即逻辑状态，此项指令是依靠外部定时操作的。在操作码后保持I/O引脚在Vss电平10ms，重新编程前任何存储器阵列均必须执行ERAL指令。

在IC卡读写设备中，单片机MCS-51系列的P口与IC卡座CLK、I/O引脚、RES相连接，并通过此处连接与IC卡相连，通过设计一个串行编程接口操作控制程序便可以实现对所需要的串行编程接口进行操作，这也是CPU卡的单片机控制方法。

（二）应用实例

下面以IC卡预付费电度表作为CPU卡应用实例，对CPU卡的单片机控制方法进行简要总结。IC卡预付费电度表的工作原理为：用户到供电部门提出用电请求并上交一部分电费，供电部门依照该笔电费发放用户一张CPU卡，在CPU卡中写有与用户交费金额相等值的供电度数。用户只需要将CPU卡插在智能电度表的IC卡座上，CPU卡的单片机便会自动读取卡内度数，并在用户用电的过程中，单片机由始至终都会对电度表实施全方位监控。CPU卡会根据用户耗用的电量减少相应的度数，当卡内所含电度数用尽时，单片机就会自动控制电路，将用户供电线路切断。只有在用户再次到供电部门续费申请用电时，单片机监控才会恢复电度表供电。

将CPU卡作为用户与供电部门之间的缴费和供电渠道，充分体现了CPU卡极强的性能，从而保障了用电过程中用户和供电部门双方资金流动的安全性。此IC卡预付费电度表硬件组成部分为单片机监控、光电检测、电度表三大部分。在这种其中，单片机监控部分包括存储电路、声光报警电路、CPU卡接口电路、电源稳压电路、控制驱动电路、看门狗复位电路等；采用模块化设计软件部分，包括主程序模块、读写存储芯片模块、读写CPU卡子程序模块三大部分。在整个软件部分的编程中采用了C51编程，具有方便修改、清晰易懂的优势。

三、结论

综上所述，由于在CPU卡使用过程中，对内部COS文件系统子目录下的每一个工作EF进行访问时，均需要输入各自独立的密码和密钥，所以，CPU卡具有一卡多用的功能，如将电费、水费、煤气费等缴费卡合并为一张CPU卡。CPU卡在物理和逻辑上所具备的独立性以及安全性，为人们的生活带来了便利。

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[作者简介]胡雪枫（1989.10-），男，浙江省嘉兴市人，电子信息工程专业。