一种多路接触式密钥IC卡读写装置

1.一种多路接触式密钥IC卡读写装置，其特征在于，该装置包括数据发送电路（1）和数据接收电路（2），所述数据发送电路（1）包括第一MOS场效应管（11）、第二MOS场效应管（12）、第一上拉电阻（13）和n个并联的通道选通电路（14），所述第一MOS场效应管（11）的源极接地，第一MOS场效应管（11）的漏极接第一上拉电阻（13）和第二MOS场效应管（12）的栅极，所述第二MOS场效应管（12）的源极接地，第二MOS场效应管（12）的漏极与n个并联的通道选通电路（14）的公共端连接，所述通道选通电路（14）包括第三MOS场效应管（141）和第二上拉电阻（142），所述第三MOS场效应管（141）的漏极与第二上拉电阻（142）连接，n个第三MOS场效应管（141）的源极连接成公共端；
所述数据接收电路（2）包括第四MOS场效应管（21）、第三上拉电阻（22）和n个锗二极管（23），所述第四MOS场效应管（21）的漏极与第三上拉电阻（22）连接，n个锗二极管（23）的正极与第四MOS场效应管（21）的源极连接，n个锗二极管（23）与n个通道选通电路（14）一一对应，锗二极管（23）的负极与第三MOS场效应管（141）的漏极连接，第一MOS场效应管（11）的栅极和第四MOS场效应管（21）的栅极连接。

一种多路接触式密钥IC卡读写装置\n技术领域\n[0001] 本发明属于票卡读写器领域，涉及一种票卡读写器的密钥模块读写装置。\n背景技术\n[0002] 电子票卡被广泛地用于食堂就餐卡、电话卡、公共事业收费卡等场合。由于电子票卡中包含钱包等敏感数据，因此需要采用密钥保护。票卡读写器在对电子票卡进行操作时，首先需要获取该票卡的密钥。因此票卡读写器中需要安装电子票卡的密钥计算模块。\n[0003] 在实践中，密钥计算模块通常是一种接触式智能IC卡，通过装载特殊的卡片操作系统(COS)实现密钥的计算功能。接触式IC卡是一种规范的产品，不论其外形，还是其内部芯片的电气特性，都需满足ISO/IEC 7816协议。接触式IC卡包含如下触点：供电脚，用于接入外部的电源；地脚，用于接入外部的电源地；复位脚，用以接收负脉冲实现对IC卡进行复位；时钟脚，用以接收外部的时钟信号；数据脚，用以数据的输入和输出。\n[0004] 由于票卡处理器往往需要处理多个发卡方发行的票卡，因此票卡读写器内往往需要安装多个密钥模块，这要求读写器的微处理器需要具备接入多路的ISO7816的能力。\n[0005] 目前读写器的微处理器与智能卡间的接口形式有以下几种：\n[0006] 1.微处理器自带ISO7816接口。由于只有少数微处理器带ISO7816接口，对微处理器选型带来较大的限制。且这些微处理器往往只带有一路ISO7816接口，无法对多个智能卡进行读写。\n[0007] 2.微处理器采用专门的接触式IC卡接口芯片对智能卡进行操作。由于单路的ISO7816接口芯片只支持一路的智能IC卡，因此多路智能IC卡需要使用多个ISO7816接口芯片、成本较高。此外使用专用芯片，需要开发专门的接口软件。\n[0008] 3.微处理器使用I/O管脚，以软件模拟ISO7816逻辑的时序。由于ISO7816对时序的精度要求较高，用软件模拟较为复杂，通常需要汇编编程以满足精确的时序要求，编程十分复杂，且需要消耗大量的CPU计算资源。\n发明内容\n[0009] 技术问题：本发明提供一种成本低廉、调试简单、可提高票卡处理效率的多路接触式密钥IC卡读写装置。\n[0010] 技术方案：本发明的多路接触式密钥IC卡读写装置，包括数据发送电路和数据接收电路，数据发送电路包括第一MOS场效应管、第二MOS场效应管、第一上拉电阻和n个并联的通道选通电路，第一MOS场效应管的源极接地，漏极接第一上拉电阻和第二MOS场效应管的栅极，第二MOS场效应管的源极接地，漏极与n个并联的通道选通电路的公共端连接，通道选通电路包括第三MOS场效应管和第二上拉电阻，第三MOS场效应管的漏极与第二上拉电阻连接，n个第三MOS场效应管的源极连接成公共端；数据接收电路包括第四MOS场效应管、第三上拉电阻和n个锗二极管，第四MOS场效应管的漏极与第三上拉电阻连接，n个锗二极管的正极与第四MOS场效应管的源极连接，n个锗二极管与n个通道选通电路一一对应，锗二极管的负极与第三MOS场效应管的漏极连接，第一MOS场效应管的栅极和第四MOS场效应管的栅极连接。\n[0011] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：\n[0012] 本发明的接口电路只使用微处理器的一路异步串行通信接口和若干I/O脚资源，这些资源是绝大多数的微处理器都具备的。\n[0013] 本发明只采用少量半导体器件和电阻即可实现多路ISO7816接口，成本低廉、调试简单。\n[0014] 本发明通过设置不同的异步串行通信接口的波特率以支持常见各种速率的密钥IC卡。\n[0015] 除在数据通信前需设置相应的通道的选择I/O脚状态和重新设置异步串行通信接口的波特率外，本发明对密钥IC卡进行操作的数据通信方式与常用的普通微处理器的异步串行通信接口收发数据的通信方式相同，程序设计简单。\n[0016] 由于程序中，异步串行通信接口数据通信通常可以采用中断的方式工作，因此使用本发明在对密钥IC卡进行通信时，读写器处理器可以同步进行其它的处理，提高票卡的处理效率。\n附图说明\n[0017] 图1是本发明结构原理示意图。\n[0018] 图2是本发明通信流程示意图。\n具体实施方式\n[0019] 本发明的多路接触式密钥IC卡读写装置，包括数据发送电路1和数据接收电路2，数据发送电路1包括第一MOS场效应管11、第二MOS场效应管12、第一上拉电阻13和n个并联的通道选通电路14。微处理器异步串行通信的数据输出脚作为数据发送电路的输入接第一MOS场效应管11的栅极，第一MOS场效应管11源极接地，漏极接第一上拉电阻13，形成一个反相器，第一MOS场效应管的漏极为该反向器的输出，接第二MOS场效应管12的栅极；第二MOS场效应管12的源极接地，漏极与n个并联的通道选通电路14的公共端连接，通道选通电路14包括第三MOS场效应管141和第二上拉电阻142，第三MOS场效应管141的漏极与第二上拉电阻142连接并与密钥IC卡的数据脚相连，n个第三MOS场效应管141的源极连接成公共端，每一路的通道选通电路与第二MOS场效应管12分别组成一路与非门电路，每一路的通道选通电路的第三MOS场效应管141的漏极为该路与非门的输出，一一对应地接n个密钥IC卡的数据脚；微处理器还需要提供n个I/O接口并一一对应地与n个通道选通电路的第三MOS场效应管141的栅极连接，在工作时，只有一路被选通的密钥IC卡通道对应的I/O接口状态为高，其它I/O接口状态保持为低。\n[0020] 当微处理器通过异步串行通信接口向密钥IC卡发送数据时，若数据位为高，第一MOS场效应管11导通，漏极状态为低，第二MOS场效应管12截止，此时所有的通道选通电路的第三MOS场效应管141截止，第三MOS场效应管141的漏极输出为高；若数据位为低，第一MOS场效应管11截止，漏极状态为高，第二MOS场效应管12导通，此时若某通道选通电路的第三MOS场效应管141的栅极为高，则该第三MOS场效应管141导通，漏极输出为低，若某通道选通电路的第三MOS场效应管141的栅极为低，则该第三MOS场效应管141截止，漏极输出为高。由此，实现通过异步串行通信接口向指定的通道的密钥IC卡数据脚发送数据。\n[0021] 数据接收电路2包括第四MOS场效应管21、第三上拉电阻22和n个锗二极管23，第四MOS场效应管21的漏极与第三上拉电阻22连接，n个锗二极管23的正极与第四MOS场效应管21的源极连接，n个锗二极管23与n个通道选通电路14一一对应，锗二极管23的负极与第三MOS场效应管141的漏极连接，锗二极管23的负极分别接各密钥IC卡的数据脚，第一MOS场效应管11的栅极和第四MOS场效应管21的栅极以及微处理器的异步串行通信接口数据输出脚连接，第四MOS场效应管21的漏极接微处理器的异步串行通信接口的数据输入脚。\n[0022] 异步串行通信接口的数据输出脚为整个接收电路的使能端，当该使能端状态为低时，第四MOS场效应管21截止，漏极状态为高；当该使能端状态为高时，若所有的密钥IC卡输出为高时，n个锗二极管23的正极连接的公共端状态为高，第四MOS场效应管21截止，漏极状态为高，若其中某一路的密钥IC卡输出为低时，n个锗二极管23的正极连接的公共端状态为高，第四MOS场效应管21导通，漏极状态为低。因此，该接收电路只在串行通信接口的数据输出脚保持为高时工作，实现密钥IC卡向异步串行通信接口的数据接收脚发送数据的功能。\n[0023] 本发明中，使用有源晶振的输出与所有的密钥IC卡的时钟脚相连，向密钥IC卡提供时钟信号，该时钟信号不能超过5M HZ，通常选用3.5712M HZ频率。\n[0024] 微处理器还需要n个I/O接口分别用以复位各密钥IC卡，n个用作对密钥IC卡进行复位的I/O接口分别与各个密钥IC卡的复位脚相连。在对某一路密钥IC卡进行复位时，微处理器向该路密钥IC卡对应的复位用I/O接口输出宽度为0.1秒以上的负脉冲，并保持其他所有的复位用I/O脚状态为高，即实现对密钥IC卡的复位。\n[0025] 本发明中，微处理器在对密钥IC卡进行读写时，首先需将相应IC卡通道的选择I/O脚状态置高，其他通道选择I/O脚状态置低；其次设置串口的波特率，串口波特率＝时钟频率×密钥IC卡波特率矫正参数÷密钥IC卡时钟率转换因子；设置串口为8位数据位、偶检验、1位停止位模式，其后即可使用异步串行通信接口以异步通信的方式与密钥IC卡进行通信。\n[0026] 本发明中，当数据发送完毕后异步串行通信接口收到的第一个字符发生错误，则微处理器重新通过异步串行通信接口发送数据帧；当异步串行通信接口后续接收到的数据发生错误或接收到的数据不符合ISO7816的规定，则对该路密钥IC卡进行复位操作。\n[0027] 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。