IC卡预付费远传式仪表设计.docx

摘要IC卡技术是以计兑机、通信技术等现代化科学技术为基础发展起来的一项新技术。本文是在对IC卡技术探讨的基础上，对具有逻辑加密功能的IC卡在仪表限制系统中的应用进行探讨。论文首先总结了前人的探讨成果，结合现在电表收费中存在的弊端进行了分析，介绍了IC卡技术的相关学问、发展状况和应用,并对IC卡在传输中的平安问题做了阐述。本文以电表为例对IC卡在仪表中的应用进行了深化探讨。IC卡电表预付费限制系统采纳硬件和软件相结合的方法，通过汇编语言编程实现IC卡在电表终端的刷卡消费。本系统所涉及的主要内容有：IC卡的基础学向：硬件的选用、硬件设计和功能分析；主程序、插卡中断子程序、用户卡子程序、脉冲中断子程序和显示子程序的软件设计以及数据平安设计,通过对系统中涉及的硬件的选用和组合，使整个系统的功耗和稳定性达到较好效果。通过对IC卡的选用和内部存储器的合理安排以及对程序的合理设计增加了IC卡中数据的平安性。本文对IC卡密码平安和数据校验等几个方面进行了探讨。经济发达的国家现在都以信息产业，即由现代通信产业、计算BUte业、集成电路产业和软件产业所构成的新兴产业群，作为整个社会经济发展的基础。可以这样说，在人类有史以来所形成的各种产业中，没有哪种能仃这么迅猛发展的势头，没有哪种能具有这么广泛的渗透性，没有哪一种能有这么深化地变更与影响人们的生活乃至思维方式.信息产业确定着本世纪的力气对比，世界各国无不向这个新的制高点冲击。关健词：IC卡，电度表，ISO7816,单片机AbstractI-hetechnologyabouttheICCardisarecentlyrisingtechnology.itbasedonIhecomputerandComniunication.ThispaperistheapplicationandresearchforthelogiccrjptographlcICcardinIhC11tcrbasedontheRmndationintechniqueofICCard.Alfirst,thccurrentachievementsinthefieldareSUmmariZed.'Ihispaperanalyzestheexistingabuseoftheelectrodynamicmeter'schargeIiowadaysjntroduccstherelatedknowlcdgc.dccclopingstateandapplicationaboutICCiirdtechnology,andClHbOnuCSthesecurityproblemaboutthetransmissionwithICcanJ.ThispapertakestheprepaidelectrodynamicmeterasanexampletoIbecardofICintheapplicationthoroughstudy.ThcntrollingsystemoftheprepaidClectnxlynamicmeterwithICcardcombineshardwareandsftwjrcknowledgeanJaccomplishcsconsumptionoftheelectrodynamicInetertenninalwithICcardthroughassemblylanguageprogramming.Thissystem'smaincontentinvolvesthebaseknowledgeoftheICcard,thchardwareChOosCStousewith<lcsign,systc11ofthehardwareprimarilytoanalyzewiththeCunclion;ThCmainPrOCedUrejheICcardbreaksub-roce<lure,theCUSgmercardSUb-PnXredglhepulsebreaksub-p11xredureandthedisplay-sub-proceduredesignanddataSeCUriIy.Thesysteminconsumptionandstabilityisoptinalcf11xtthroughselectionhaiwarc.ThcCanrSsecuritywithdataisenhancedthroughprogramminginreason.IheICciphercodesecuityanddatacheckarediscussedinthethesis.Keywords:ICcard*thedectrodynamicmeter*ISO7816>microchipcomputer摘要1Abstract2引言11. 结论21.1 本文探讨的背景及目的21.2 本文探讨的主要内容及组织结构22. IC卡的发展与应用42.1 信息和金卡工程42.1.1 信息和信息社会42.1.2 金卡工程42.2 IC卡的兴起52.3 国内外IC卡的应用状况63. IC卡技术与平安83.1 IC卡的物理特性8IC卡的构成8IC卡的触点功能83.2 IC卡存储器83.3 IC卡的操作过程93.4 IC卡的平安性104. Ie卡预付费电表系统分析124.1 现状分析124.2 IC卡预付费电表工作过程124.3 设计功能135. IC卡预付费电表系统设计155.1 硬件选择155.1.1 单片机选择155.1.2 存储芯片的选用18IC卡的选用215.1.4 显示驱动芯片的选用295.2 硬件设计325.3 IC卡电度表的限制软件35IC卡的认证365.3.2程序设计限制软件365.4 系统抗干扰分析405.5 系统平安性分析43结论44参考文献46附录系统总图47致谢49ic卡作为信息载体在近半个世纪的发展中时人类信息技术的发展起到r巨大的作用。IC卡一出现便受到了人们的重视，如今它的发展已经验存储卡、逻辑加密卡到现在的智能卡阶段，并有取代感卡的趋势。所以，对IC卡的探讨也成为信息技术探讨中的重要部分。IC卡技术的不断发展以及国内相关行业服务意识的提将，在与居民用户日常牛.活相关的计量表中运用IC卡技术已经得到了快速的推广和广泛的应用。目前在电表、水表、燃气表以及暖气热力表中都已经起先采纳IC卡作为杪表收费、限制以及数据管理的媒介。IC卡是集成电路卡(IntergratedCircuitCard)的简称，它是把具有存储、加密及数据处理实力的芯片镶嵌F物料基片之中，这种既具有智能性，又便于携带的卡片，为现代信息的处理和传递供应了一种全新手段，它一出现就倍受亚视。1987年起，国际标准化组织ISO特地为IC卡制定了国际标准，IS0IECI78I6-1.2,3,4,5,6.这些标准为IC卡在全世界范围内的推广和应用创建了规范化的前提和条件。IC卡又被称作开创市场之卡，也就是说，IC卡不仅改进了现有多种卡的运用方法和功能作用，它还不断开创出新的应用领域，带微处理罂的IC卡称之为智能IC卡，它被认为是世界上最小的个人计算机。正犹如计算机或各种数据通信网络样IC卡本身并不创建任何价值0即使是高度智能化的IC卡，和386、486的计和机的处理实力比较相差其远，它仅仅具有部分计算机的功能。但是，假如把IC卡和其它设符组成系统就能供应特别丰富的服务功能。把这些功能和生产领域有机的结合起来，招创建出巨大的经济和社会效益。1. 绪论1.1 本文探讨的背景及目的当今世界信息技术的发展已广泛地渗透到社会各领域，并在世界经济和社会发展中发挥着越来越重要的作用。目前，各个发达国家都在致力于信息化建设，在美国提出"国信息基础设施Nn(NaliOnalInfbrmaIiOnlnfiastruciure)支配"之后，欧共体、日本、韩国、新加坡等国家也都相继制定了信息i速马路支配，以此来加速本国经济的发展.中国是一个发展中的国家，作为加速发展国民经济的战略举措，中国政府正在致力于国民经济信息化的建设，以“金桥”、“金卡”、“金关”、“金税”工程为代表的“金系列”工程的实施，就是中国政府为推动国民经济信息化建设所实行的全要行动。这些工程的建成，将对国民经济发展和社会信息化水平的提高作出主动的贡献。利用现代信息技术来改造和装备各个部门，逐步建设一个比较发达的信息社会，对发展中国家来说，是场全新的技术革命和社会改革，我们须要在实践中努力探究和提高。如何将人类的社会活动和生产活动与现代化的信息系统和流通手段联系在起是特别重要的，只有这样才能更好地发挥人们的聪就才智，才能使人类享受到信息化带来的高度精神文明和物质文明。IC卡作为信息栽体在近半个世纪的发展中对人类信息技术的发展起到了巨大的作用。IC卡一出现便受到了人们的全视，如今它的发展已经验存储卡、逻辑加密卡到现在的智能卡阶段，并有取代磁卡的趋势。所以，对IC卡的探讨也成为信息技术探讨中的重要部分。IC卡技术的不断发展以及国内相关行业服务意识的提高，在与居民用户日常生活相关的计量表中运用IC卡技术已经得到了快速的推广和广泛的应用。目前在电表、水表、燃气表以及暖气热力表中都已经起先采纳IC卡作为杪表收费、限制以及数据管理的媒介。如今，IC卡技术在金融、交通、学校、医疗、通信、仪表等领域已获得越来越广泛的应用。本文在探讨IC卡的基础上以IC卡预付费电表系统的设计为例说明IC卡的应用。IC卡预付费电表是将IC卡技术与计算机技术相结合的低成本、高性能的电能计量收费装置。该表不但实现了收费的电子化，而且还变更了先用电后收费的不合理状况，让能源真正成为商品，变被动为主动，完善能源箱传环节，从根本上解决了人工抄表收费费工费时的弊端，特殊是杜绝了拖欠仍用现象，加速了资金回笼。1.2 本文探讨的主要内容及组织结构本文共分为五个部分（即五章）。第部分引言，介绍了课题背景和目的等：在其次克综述中,介绍了IC卡的发展状况和分类以及它们的优缺点：第三章介绍了IC卡基本特性：第四章时IC卡预付费电表的应用现状、工作原理和设计目标进行了论述：第五章是本论文核心部分，即IC卡预付费电表的设计，包括硬件选择和设计，软件限制的探讨及其实现。IC卡是集成电路卡（InlcrgraicdCircuitCard）的简称，它是把具有存储、加密及数据处理实力的芯片锁嵌于塑料基片之中，这种既具有智能性，又便于携带的卡片，为现代信息的处理和传递供应了一种全新手段，它一出现就倍受重视。1987年起，国际标腐化组织ISO特地为IC卡制定了国际标准，IS0/IEC17816-1.2.3,4.5,6。这些标准为IC卡在全世界他困内的推广和应用创建了规范化的前提和条件。IC卡具有突出的3S特点，即Standard（国际标准化），Smart（灵活智能化）和Security（平安性）,因而发展快速.IC卡又被称作开创市场之卡,也就是说，IC卡不仅改进了现有多种卡的运用方法和功能作用，它还不断开创出新的应用领域。2. IC卡的发展与应用2.1 信息和金卡工程2.1.1 信息和信息社会对信息，很难给出准确统一的定义，我们只能在不同的领域中，从不同的角度来理解其内含和外延.在计算机系统中，把信息定义为数据、消息中所包含的内容.日常，人们把信息视作信号、数据、资料、情报、学问等等，而信息则被包含在各种信号及其组合的表达手段之中。限制论奠基人N.Wicncr在6人有人的用处一书中认为：“信息这个名称的内容，就是我们对外界进行调整，并使我们的调盛为外界所了解时而与外界交换来的东西。”这个定义说明信息作为作用与反作用的表征存在于反映事物的相互联系之中。人类社会的发展在经验r茄毛饮血的上古时代之后，就进入r开发绿色资源的畜牧和耕耘的农业社会。而后则是开发钢铁、煤炭、石油等黑色资源的工业化社公.目前，正在向“后工业化社会”演化的阶段之中.所谓"后工业化社会”,有人认为就是开发灰色资源（大脑皮层）的信息社会。今日，大多数发达国家已跨入“后工业化社会”或称“信息化社会”。第三产业在国民经济中的比更已接近2/3,从前是“钢铁即国家”，如今“半导体成了工业的粮食”，“电子即国家”。经济发达的国家现在都以信息产业，即由现弋通信产业、计鸵机产业、集成电路产业和软件产业所构成的新兴产业群，作为整个社会经济发展的基础。可以这样说,在人类有史以来所形成的各种产业中，没有哪一种能有这么迅猛发展的势头，没有哪一种能具有这么广泛的渗透性，没有哪一种能有这么深化地变更与影响人们的生活乃至思维方式,信息产业确定着本世纪的力气对比，世界各国无不向这个新的制高点冲击，金卡工程正是在世界各国对信息技术特别重视的背景下，出于我国社会经济发展的客观而乂迫切的须要，国家作出了加快我国信息化进程的重大决策。而“三金工程”则是国家经济信息化的基珈，它们的出台和实施标记者我国经济的信息化正走向一个新的高度。“三金工程”中，特殊是“金卡工程”，只有它是干脆面对广阔群众的，和亿万人民生活休戚相关的工程，它将影响和变更人们的传统观念和消费习惯，促进市场旺盛，极大的便利人们的生活和消费，将来招是“一卡在手，走遍天下”.“金卡工程”也就是“电子货币工程”，它首先是从银行卡起步的，很行卡以外的卡就是非银行卡，非银行卡可分为两大类：其一是非金腱机构发行的并且不经金融机构结算的可以在有限范围内起支付作用的卡，例如，嵌入煤气表或电表中作为收费工具的IC卡：在公共汽车或出租汽车上用于支付交通费的卡：其二是作为特定属性证明的种信息卡，例如，具有个人医疗信息的医疗卡。全部这些都是金卡工程的有机组成部分。所以，“金卡工程”乂是项跨地区跨行业的宏大工程，将起到促进社会信息化和现代化的巨大作用。2.2 IC卡的兴起早在19世纪50年头，运用卡片作为交易凭证，就萌芽于英国，初期是运用纸制卡式凭证。1950年美国商人麦克拉马纳设计了第一张现代的塑料信用卡，1951年美国宓兰克林侬行作为金融机构领先发行了信用卡，这种新里支付手段和商品流通系统与银行的资金结算结合在起。50年头出现了冲用凸出字的塑料卡，如美国曾大量运用的用于金融交易的塑料金属交易卡即F11（FinancialTransactionCard）就属于这种类型，可以用机械方法把带有凸字的卡片的发行人和客户帐号印到纸质单据上。随着卡应用的扩大，只有这些基本特性已显得不够了，另外，卡发行者因不断增加的欺诈行为而荥受损失，如何改进卡的功能就变的越来越迫切了。60年头末随若if-免机的应用和磁记录技术的出现，人们很快在FTI卡的背面贴上磁条，发展成能自动读取信息并进行在线计算和自动处理的磁卡。磁卡因其结构荷洁，价格低廉，得以快速推广。磁卡具有易读写，易修改，易豆制的特点，但也正因为这些特征，使得磁卡本身的信息具有易消逝，易伪造等不行苑和担心全因素。人们迫切须要新型卡片的出现。1972年法国新闻记者罗兰莫雷诺提出了将个集成电路芯片镶嵌在块塑料片上的想法，此后法国布尔公司领先投入这一潜力无穷的高新技术产品的探讨和开发.1976年布尔公司高级探讨员于贡所领导的探讨小组首先研制了世界上第一张由双晶片（微处理器和存储器）组成的智能卡，接着又于1978年制成了单晶片智能卡，取得了技术专利。1984年，当时法国邮政和长话服务PTT（PostalandTdccomnninicationsscrviccs）胜利的进行了电话卡的现场试脸，在好用验证中，智能卡快速证明白能满意涉及防止被套改的全部预期功能并有着高度的牢鸵性。在此后的十几年间，除法国的布尔公司之外，世界上先后有ThomSOnHtaChi.OK1.Aime1.PhiUips等十几家公司相继投入了智能卡芯片和卡片成品的开发与生产，形成了个世界性的新兴技术产业。IC卡是集成电路卡（IntergratedCircuitCard）的简称，它是把具有存储、加密及数据处理实力的芯片镶嵌于塑料基片之中，这种既具有智能性，又便于携带的卡片，为现代信息的处理和传递供应了一种全新手段，它一出现就倍受亚视.1987年起，国际标准化组织ISO特地为IC卡制定了国际标准，ISO,IECI78161,2,3,4,5,6。这些标准为IC卡在全世界范国内的推广和应用创建了规范化的前提和条件。IC卡具有突出的3S特点,即Standard（国际标准化）,Smart（灵活智能化）和Security（平安性），因而发展快速。IC卡乂被称作开创市场之卡，也就是说，IC卡不仅改进现有多种卡的运用方法和功能作用，它还不断开创出新的应用领域.带微处理器的IC卡称之为智能IC卡，它被认为是世界上最小的个人计算机。正犹如计算机或各种数据通信网络样，IC卡本身并不创建任何价值。即使是高度智能化的IC卡，和386、486的计算机的处理实力比较相差甚远，它仅仅具有部分计切机的功屹但是，假如把IC卡和其它设备组成系统就能供应特别丰富的服务功能.把这些功能和生产领域有机的结合起来，将创建出巨大的经济和社会效益。2.3 国内外IC卡的应用状况美国是信用卡的发源地，从上个世纪60年头起起先应用。到1988年，发卡量:已超过10亿张,消费金额达到4695亿美元。三种流行的非银行卡是捷运卡、狄纳斯俱乐部卡和布兰奇卡，它们被视为旅游与消遣卡。金的卡一般可分为两方卡（主要用丁持卡人向发卡机构购买物品）和三方卡（是在大量持卡人、发卡银行和用卡商户之间进行选购和支付时运用）。上述金融卡及识别卡基本上均为磁卡。从上个世纪末，已起先用IC卡取代磁卡，比较胜利的应用有:< 1）校内IC卡：学校发行，除用作学生证外，还叫用于学生宿舍管理、成果登记、食堂、图书馆运用计算机资源等。< 2）交通IC卡：用于公共汽车的电子车票。< 3）军人身份证卡：美国军方对全球各地的军人及眷属的身份证管理上常常出现问题.，后来建立实时军人身份识别系统，用IC卡作为军人身份证用，削减了很多不必要的损失。< 4）作战指挥：美国军方已将智能卡技术实际应用于其作战指挥系统。智能卡系统不仅能识别连队指挥官的密码及指纹信息，而且能侬据其手指上体液的分泌状况精确推断是不是活人的指纹，大大提高了部队作战的BEJ性和正确性。法国布尔公司的智能IC卡正在金融界全面地取代磁卡，并且已推广到了世界各国。法国在IC卡应用的广泛程度和普及程度也都处十先进行列,应用的方面有：IC金融卡、电话卡、公共交通卡、购物卡、加油卡、会员卡、高速马路通行收费卡等。日本从19S4年起银行首先将IC卡用手资产管理.1985年医疗单位已将IC卡用手健康管理系统，H本从1990年起先渐渐实行健康保险证IC卡，用于提高医疗单位看病效率和荷化医疗保险费支付手续，IC卡上记录病历、血型、过敏史等资料，且有付款功能。香港是世界上三大金融中心之一，信用卡的发卡量超过了200万张，医疗上采纳了4-6MB>tes的光记录卡，交通方面已运用了无接触智能卡为基班的乘客收费系统。香港仃两个ATM自动提款机网络，其中汇丰银行系统有1300台ATM机，银通系统仃IO(X)多台ATM机，另外还有大大小小的80多个网络支持着300万台阅读器组成的信用卡/储蓄卡网络。1993年7月我国电子工业部协同银行、邮电及有关部门提出f命名为“金卡”的专项工程，总目标是：用IO年左右的时间，在全国400个大中城市及经济发达县区推广运用卡基支付工具，在这些粉盖了3亿城市人口的地区，发卡总量要达到2亿张，年交易额达到I万亿元。整个“金卡”工程分为试点、推广和普及三个阶段。国家对金卡工程的实施要求以“高起点、高标准、规范化、国际化”为指导方针，坚持“产业结合，远近期结合”的原则,强调“统筹兼顾、中断突出、逐步推广、整体普及”。另外，金卡工程对电子产品、软件产业的需求将供应广泛的市场，这时我国电子信息产业是个巨大的推动力。过去，卡基支付工具是以磁卡为主的，由了磁卡信息存储量少，平安防范实力的，人们探讨过多种方法，但无论哪种方法都无法从根本上彻底克服脑卡在平安上存在的固有弱点，先天不足，后天难调，而IC卡的出现从根本上解决了磁卡所存在的问题，所以在金卡工程中，国家只是把磁卡作为过渡性的工具，最终聘被IC卡所取代。3. Ie卡技术与平安3.1 IC卡的物理特性IC卡的构成接触型IC卡的构成分为半导体芯片、电极模片和塑料基片三大部分。1 .半导体芯片：它是IC卡的核心部分.在半导体芯片中包含：存储器、译码电路、接口限制电路、逻辑加密电路，甚至做处理器单元（CPU）等各种功能电路。2 .电极模片：它是作为半导体芯片各输入输出信号引脚与外部设备接触连接的导电体。电极模片上共有多个芯片电极，每个电极的中心位置和最小面积是有规定的。但各电极表面分割形态没有规定。3 .塑料基片：它是半导体芯片的电极模片的载体。由半导体芯片和电极模片封装而成的IC卡模块就可以实现IC卡的基本功能.IC卡的触点功能符合国际标准的IC卡满意ISO7816标准协议.国际标准ISO7816-2对接触型IC卡触点尺寸和芯片位置以及功能做了具体的规定。接触型IC卡有8个触点，每个触点的功能定义见表3.1。表3.1触点功能定义触点编号功能触点编号功能ClVcc（电源电压）C5GND（地）C2RST（更位信号）C6保留运用C3C1.K（时钟信号）C71/0（数据输入/输出）C4保留运用C8保留运用RST瑞为复位信号端，允许两种复位方式：由接口设备供应豆位信号或由IC卡内部附加的更位限制电路在加电时产生内部豆位信号。I/O端为IC卡集成电路与外部接口设备进行数据交换的输入或输出端。3.2 IC卡存储器1 .在IC卡中运用的存储器类型主要有易失性存储器和非易失性存储器。在实际的应用中，应依据须要进行选择，使得系统的成本和性能达到最佳。依据不同的应用要求，IC卡生产厂家一般都设计开发多种存:储容量的IC卡产品，其存储数据的容量从儿十位到几十K位不等。从应用的角度而言，IK字位容燧以卜的存储卡或加密存储卡一般用于单数值型应用。IK字位至4K字位的存储卡或加密存储卡般用于文件型与数值型的混合应用，即在卡的各个不同的存储区中，部分用于文档文件信息的存储：部分用于计帐或计数的应用,4K字位以上的存储卡或加密存储卡一般用手文件型的应用或作为数据汇总统计的应用.2 .在存储型IC卡中，一般非加密型IC卡数据存储区没有进行分区。在实际应用中，对数据的分区管理，只能通过存储单元地址空间的人为划分来设置多个功能区。在加密存储型IC卡中，不仅数据存储区被分成2个或4个甚至8个功能区，在芯片内还安排了多个限制标记功能区（生产厂商标记区、发行商标记区、用户密码区、擦除密码区、错误密码区等等）。这些功能区的划分方法,并不是统规定的，其容量大小、地址安排、操作方式都随厂家不同而各异。一般对种产品来说，其功能分区是确定的。在带CPU的智能型IC卡中，整个数据存储区是一个没有逻辑分区的整体“其功能分区是由发行单位依据实际的应用须要，在初始的开发阶段将分区功能的划分要求设计在监控程序之中。3.3 IC卡的操作过程这里说的IC卡的用卡过程指的是正常用卡过程，这个过程分为以下几个阶段：1.接口设备连接卡并“激活”电路。即把IC卡插入IFD（接口设备InterfaceDevice）并接通各触点.IC卡插入前，IFD的各个触点没有加电，所以，插入时插卡上的IC卡的引脚仪仪是和各触点接触而已，之后才加上电源。2 .使IC卡更位并在终端和IC卡间建立通讯。3 .进行交易（IC卡与终端间的信息交换）。4 ."择放''电路并取出IC卡。即接口设备将其各触点去电，持卡人可拔出IC卡而结束用卡过程。接口设备“激活”电路由以下操作依次实现：RST处于1.状态（低电平）：VCC加电： 接口设备的1/0处于接收方式：供应稳定的C1.K,当信息交换结束和异样终止时，接口设备“择放”电路，电路的释放操作应在IC卡的触点与接口触点机械断开之前结束。接口设备“糅放”电路由以卜操作依次实现： RST为状态1.（低电平）： C1.K为状态1.（低电平）： UO为空状态： VCC不起作用。3.4IC卡的平安性在IC卡应用系统中，IC卡中信息的平安问题是人们关注的焦点问题“针时IC?卡应用系统的特点，其平安性的关键在于卡中信息的平安。对多数攻击者而言，复制IC卡或富取、更改卡中的信息才是其最终目的。为了更有效地爱护卡中的信息，采纳一种有效的、平安牢罪的加密算法，实现对卡中信息的加密存储是相当必要的。全部的密码系统都按相同的基本方式工作：把一个原木的消息（称之为一般电文）通过加密算法和加密密钥转换成编码的消息（密码电文）。它仅是被解密算法和解密密钥所洋码。密码通常保留在密钥上，不在算法上。密码系统可分为不同的两类，即保密密钥系统和公开密钥系统.两者都要运用保密的密钥。加密/解密密钥一般电文密码电文密码电文图3.1保密密铜系统图3.1所示为保密密钥系统的工作原理，关键点在于算法是完全可逆的（即对称的），假如对密码电文执行加密操作，将再次获得原本的一般电文。保密密钥系统的核心是密钥，它有着高度的机密性。一旦密钥被获得，就可以轻易的破解密文。当有着很多对的发送者和接收者时，由于每一对都须要一个单独的相互同意的密钥，密钥的数量可能达到人数的平方的数量级。解决这问题的方法是采纳不对称的密码系统，即加密和解密算法是不同的。使密码电文再次通过加密系统时，不能产生出除文的消息，因而系统是不时称的.这种状况下，需用两个不同的密钥，一个用于加密系统中，另一个用于解密.这些密钥有若数学上的联系，并可能设计出一种算法使得加密密钥可以公开，用这种方法确定的解密密钥不能公开。具有这种性能的密码系统称为公开密钥系统（图3.2）,在这种系统中要发送则加密的消息时，发送者应先从张公开的表中查到接收人的加密密钥，并用此密钥对消息加密。然后发送者可用不保密的通讯方法发送这份密码电文，接收者则用他保密的解密密钥予以解密0公开密钥有两个特别重要的优点，首先是大大地简化r密钥的公布和管理，因为每个人只须记住自己的解密密钥就可以了。其次是它供应了实现“电子签名”的可能性。公开的保密的图3.2公开密码系统的工作方式4. IC卡预付费电表系统分析1 .1现状分析长期以来,供电部门对用户用电量都是依靠人工抄表然后由收费员到各家收费或令各用户去银行（或其他指定地点）交费的方式。这种传统收费的做法须要的工作人员多.费时费劲,效率低且易出错,常常遇到用户欠缴、迟缴或漏缴费等问题.电力部门始终在寻求一种便利、好用的收费方法。为适应国家经济的发展,探讨和利用现代化智能技术对仪表实行自动监控,减轻供电部门因“先消费后收费”造成的资金压力,削减每月抄表收费带来的麻烦和因收费问题带来的纠纷,用现代化科学技术手段变更管理体制的落后现状势在必行。现行抄表收费管理模式有：人工抄表收费方式：为用户安装一般计量仪表，按固定的时间由管理人员上门抄表和收费。须要管理人员多，工作量大：优点是计房仪表成本低，采纳付费方式简洁被用户接受,基本不存在用户能源被切断问题，自动抄表收费方式：为用户安装具有通讯实力的计量仪表，通过通讯网络系统自动完成用户计量仪表的数据抄收，再通过金融网点方式以自动或人工方式完成缴费。这种方式技术难度r,通讯网络建设及维护成本大；优点是自动化程度高，节约人力，并很简洁实现系统的实时监控。IC卡收黄方式：为用户安装具有IC卡接口的计量仪表，通过IC卡作为传输介质，在用户和管理部门之间传输信息，自动实现计量仪表的抄收以及缴仍工作。这种方式成本较高,信息传输不刚好，同时让用户充当了信息通道的角色，未体现管理部门服务的宗旨。优点是实现/抄表、收费、限制的:位一体，杜绝了欠费现象的发生，管理人员和管理费用少。2 .2IC卡预付费电表工作过程IC卡预付用电表系统包括发卡系统，充值系统，终端消仍系统和数据处理系统。发卡系统主要负贵IC卡的发行信息，完成卡的初始化首次充值、撤卡和挂失。充值系统是将指定面额加上卡上的余额写入IC卡中。数据处理系统主要负责建立用户档案（开户）、收费管理、统计和查询、报表打印等.本设计主要对终端消费系统进行设计。IC卡预付费电表的工作过程是用户先买IC卡（用户卡），用户携IC卡至收班工作站交费购电，工作人员将购电量等信息写入卡中。用户将卡插入IC卡电表（以下简称卡表）.卡表内单片机识别IC卡密码并确认无误后,将卡中购电量与表内剩余电量相加后写入卡表内存储器。进而限制开关开启。然后将总用电量回读到卡中。用户用电过程中.卡表内剩余电量相应减小。当剩余电量低于某一设定值时.卡表报警,提示用户购电。当电量用完时.允许用户透支运用,当透支量达到某限量时,卡表自动关闭.停止供电。在用户重新购电,读卡存入后,卡表会自动扣除透支数.并打开开关供电。IC卡预付费电表系统由单片机系统、采样、存储、执行、显示等部分构成，其结构图如图4.1所示。图4.1IC卡电表硬件系统3 .3设计功能本设计是在原有家用机械电表的基础上重新进行设计，使其完成如下功能：I.购电信息读入功能：将购得电量的IC卡插入已安装的IC卡电表的IC卡插座中，并按卜信息读入按钮，电表将在单片机的限制卜把IC卡中的购电量写入存储系统中。4 .用电量采样与累计功能：正常用电时,电表每转圈，采样电路就向单片机发出个信号，系统在单片机的限制下对用户的用电量和剩余电量进行处理。5 .自动限制功能：系统能在肯定的条件下（剩余电量低断电限值）自动断电或供电（剩余电量不低丁断电限值）6 .数字显示功能：当用户想要了解剩余电量状况时，按下显示按钮，将显示表中的剩余电量。7 .报警功能：表中剩余电量低于报警限值时，系统将发出报警信号，提示用户刚好购电。8 .信息辩识功能：系统能辨识用户插入的卡是否是伪卡，并辨别是参数卡还是用户卡。此外,还要区分是否是该表所对应的卡，以做到块表对应张用户卡。当读出卡中信息时，通过解密，确定卡中信息是否正确.9 .回读功能：系统在将卡中信息读入存储系统中时，还要把用户的总用电量读入IC卡中，以便用户在下次购电时，把总用电员读入上微机中，供供电部门统计，也可用于推断用户是否有盗电的可能.10 防盗电功能：假如用户私自拆表，系统将白动记录拆表次数并自动断电.5. IC卡预付费电表系统设计5.1 硬件选择单片机选择在本IC卡预付费电表系统的设计中，要求系统超定，运算速度快，功耗低.所以应尽量选用CMOS工艺的单片机，由丁在软件设计时采纳中I析唤醒方式，尽量削减单片机的工作时间，以降低系统的功耗，所以所选单片贩具有省电工作方式。同时，设计中包含脉冲中断、插卡中断和显示中断。并考虑到程序的大小，所以本设计采纳AT89C5I单片机作为限制芯片。ATS9C5I采纳CMOS工艺和ATME1.公司的高密度非易失性存储器技术。其输出引脚和指令系统都与MSC-51兼容,功能强,敏捷性高。图5.1是AT89C5I的引脚结构图.1 .主要性能： 4KB可改编程序FIaSh存储器(可经受I(X)O次的写入/擦除). 全静态工作：OHZ-24MHz。 3级程序存储器加密。 128X8字节内部RAM。 32条可编程UO线。 2个16位定时器/计数器。 6个中断源。 可编程申行通道“ 片内时钟振藩器。I-2-3÷÷8一>XTA1.1XTA1.2RSTPO.O/ADOP0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0.A8P2.17A9P2.2'A10PSENP2.3,A11A1.EP2.4/A12EAP2.5'A13P2.&A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1.TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3NT1P1.4P3.4,P1.5P3.5/T1P1.6P3.6WRP1.7P3.7/RD1AT89C51图5.1AT89C51的引脚结构图另外，AT89C5I是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到OHz,并供应两种可供软件来选择的省电方式空闲方式(IdleMode)和掉电方式PowerDownMode)。2.AT89C51有双列直插封装方式和方形封装方式。在本设计的系统中采纳双列直插封装方式的AT89C51单片机，它共有40引脚，分为电源和地引脚、外接晶体引脚、限制或与其它电源史用引脚、输”输出引脚。下面对输入/愉出引脚P()O-PO7,P1()P1.7P2.0P2.7和PIoP3.7作简洁说明。 PO端口(P0.0P0.7)：PO是一个8位漏极开路型双向I/O端口。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地J止(低8位)/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。 Pl端口（Pl.O-Pl.7）：Pl口是个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。在对Hash存储器编程和程序校验时，Pl口接收低8位地址。 P2端口（P2OP2.7）：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向Uo湍口。对端口写I时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器时，P2门送出高8位地址.在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的内容在整个访问期间不会变更。在对FIaSh存储器编程和程序校验时，P2接收高8位地址。 P3端口（P3.0P3.7）：P3口是个带有内部上拉电阻的8位双向30端口。对端口写I时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。PI.P2,P3口作输入端口运用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。另外,在AT89C51中,P3端口还用于一些品用功能.复用功能如表5.1.«5.1P3各端口引脚与复用功能衰端口引脚匆用功能P3.0RXlX串行输入口）P3.ITXD（串行输出口）P3.2INTo（外部中断0）P3.3INTI（外部中断1）P3.4T0（定时耦O的外部输入）P3.5Th定时器I的外部输入）P3.6WR（外部数据存储冷写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）3.省电方式AT89C51单片机供应了2种省电工作方式：空用方式和掉电方式。目的是尽可能地降低系统地功耗。在空闲工作方式中，振荡器接若工作，时钟脉冲接若输出到中断系统、串行口以及定时器，但却不供应应CPU。在擦电工作方式中，振荡器停止工作。两种工作方式都是由特殊功能寄存器中地电源限制寄存器PCON地限制位来定义，PCON寄存器的限制格式如图5.2所示。SMOD:串行口波特率倍率限制位GH：通用标记位。GF2：通用标记位。PD：掉电方式限制位。PD=I.进入掉电工作方式。ID1.：空闲方式限制位0ID