基于MSP430单片机的手机刷卡器
基于MSP430单片机的手机刷卡器[20191215144123]
摘要
在中国，移动支付业务的发展具有良好的用户基础。作为新兴的移动支付手段，手机刷卡器具有很多优势。它体积小巧、便于携带，能满足用户随时随地的刷卡需求，支持所有银联卡，能为用户带来全新的移动消费体验。
本文旨在开发一款密码键盘外置的手机刷卡器系统，首先给出了手机刷卡器系统的总体框架结构,采用MSP430系列单片机来控制其他外围组件，其中包括一款硬解码芯片、音频接口的四条线路以及12键外置密码键盘等，之后详细阐述了本系统各个模块的主要设计，包括各个模块的实现电路以及各个模块运行的流程，还有设计它们的理念、原理及实现方法，实现了手机刷卡器的基本功能。
本系统可以有效的进行银联卡上磁条数据的读取，并对从磁条上得到的数据进行进一步的处理，从而完成数据通过音频线路进行传输，12键外置密码键盘小巧简单实用，可以提高用户移动支付的安全度。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:字刷卡；解码；音频通信；密码键盘；磁条
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 手机刷卡器的功能简介 1
1.3 手机刷卡器需求与可行性分析 2
1.4 本课题的主要研究内容 3
1.5 本章小结 4
第2章相关技术与开发工具的说明 5
2.1银行卡磁道信息读取 5
2.2音频口通信技术 6
2.3 RSA加解密技术 7
2.4 MSP430单片机 9
2.5 IAR EW430 开发环境 14
2.6本章小结 16
第3章系统设计 17
3.1系统概要设计 17
3.2 系统硬件设计 17
3.2.1解码电路 17
3.2.2单片机控制电路 18
3.2.3密码键盘电路 19
3.2.4数据传输电路 20
3.2.5串口转换电路 21
3.3系统软件设计 21
3.3.1 软件功能与基本流程 21
3.3.2 信息获取模块 22
3.3.3 音频通信模块 24
3.3.4 密码输入模块 27
3.3.5串口通信模块 29
3.4 测试与结果 30
3.5 本章小结 34
第4章 总结与展望 35
4.1 回顾与总结 35
4.2 收获与展望 35
参考文献 37
致谢 38
附录 39
第1章 绪论
1.1 研究背景
随着电子科技的不断进步，互联网产业相应的也在蓬勃发展，人们的消费习惯以及手段也在不断地创造革新。21世纪之后，我们发现现金消费已经不能满足人们的消费需求，网络支付以及移动支付已经蓬勃发展。随着手机刷卡器的这一移动支付新产品的问世，人们进行移动消费时有了更好的选择。同时，手机刷卡器不仅仅用于简单地购物支付，它的许多功能让我们的消费生活变得更加便捷、安全。比如：在原来的日子，我们进行信用卡还贷的时候，银行自助机前，柜台前总会人满为患，不仅浪费时间，而且效率低下；但是现在，随着手机刷卡器的问世，人们就相当于是在自己身边放置了一个银行柜台或者POS机，再也不用亲自跑到银行柜台去办一些业务，节省了时间又提高了效率。同时有了手机刷卡器，我们可以做到在任何时间，任何地点，只要有网络可供手机应用，就可以完成类似预订车票、缴纳水电费、网络购物、银行卡查询以及转账等业务。
1.2 手机刷卡器简介
手机刷卡器作为一种新型的移动支付手段或者说产品，它到底是怎样的呢，它都具有那些实用的功能呢？有人说：手机刷卡器就像是一个能够接到手机音频口的读卡器，能够从银行卡的磁条中获取到我们所需要的信息，并且将这些信息经过外接在刷卡器机具端的音频接口进行传输。其实在我看来，手机刷卡器并非只是如此简单。再从银行卡上获取到信息后，手机刷卡器还要对其进行简单的处理，甚至更安全的刷卡器还会对信息本身进行加密，毕竟是用于移动支付，保密和安全是十分重要的。我们进行银行卡的相关操作时，必不可少的一步就是输入密码，从这一点刷卡器就可分为自带键盘型和利用手机按键输入密码型。还有很重要的一点就是，手机刷卡器虽然是用于移动支付，但是机具本身并不具有支付的能力，必须要有相应的用于手机端的软件才能实现支付的功能。在进行刷卡应用时，将银行卡从刷卡器的卡槽中刷过，我们的智能手机就变身为移动POS机，从而完成我们所要实现的功能。同时手机刷卡器插入智能手机音频接口后，就能使用，可以进行随时随地的付款操作，对与用户来说简单实用、方便快捷，对于生产厂家来说，这样的移动支付新模式是一种具有光明前景的创新性技术。一个完整的手机刷卡器如图1.1所示:(89%)
图1.1 钱袋宝的一款手机刷卡器
1.3 手机刷卡器需求与可行性分析
（1）需求分析：
随着互联网以及智能手机的蓬勃发展，现场的现金消费已经不能满足消费者的需求，网络支付和手机支付正在不断地成为人们首选的主流支付手段。更是随着这几年智能手机的发展浪潮，便捷可移动的手机支付方式必将席卷而来。手机支付，能够让我们所拥有的几乎人手一部的智能手机，对我们所要购买的东西或者我们所接受的服务进行结账，而且不需亲身前往。手机移动支付统一整合了终端设备、互联网、应用提供商和金融机构，为消费者提供方便快捷的货币支付、缴费等业务功能的实现，同时手机移动支付市场的发展速度也是相当惊人地。这些年我国手机支付市场发展迅猛，光整个11年交易规模就达到了惊人的742亿元，同时用手机进行支付的消费者数量也暴涨到了1.87亿户，中国手机移动支付市场近年来的变化如图1.2。所示我相信在未来几年中，我国的手机支付市场必将保持一个高速的发展状态。同时手机刷卡器的支付手段是手机支付十分重要的一个方式，它区别于纯网络支付，更加安全可靠，由此可见手机刷卡器的市场需求是十分之大的。
然而，手机刷卡器庞大的市场现在只被掀开了一角。通过了解，我们可以发现，到目前为止，市场上手机刷卡器使用量总数也不过几百万只，这个数目相对于我国庞大的消费人口来说只是九牛一毛。可以肯定的是，在未来几年里手机刷卡器的市场将会不断扩大。
图1.2 中国的第三方移动支付市场近年来的变化
（2）实现可行性分析：
这次毕设，因为自己属于卓越工程师培训计划的一部分，所以整个大四都在江苏国光信息产业股份有限公司进行学习实践，学习并积累了毕设相关方面所需的知识与经验，同时本次毕设的完成地点也是在国光公司。国光公司是电子信息行业的高精尖企业，也是我国软件行业的百强之一，同时国光公司与银行方面有着密切的合作关系，开发研制了大量的银行自助终端设备。在国光公司进行设计开发可用于移动支付的手机刷卡器系统，能够得到国光公司的宝贵经验以及技术支持。
1.4 本课题的主要研究内容
本次所要设计的手机刷卡器应该具备：读取磁条卡信息、对获取信息进行处理、自带12键的密码键盘、可实现音频口的通信。银行卡的信息都存储在卡身的磁条上，我们想要获得其中包含的信息，就必须对磁条上信息是如何存储的进行学习了解，我们所需要的信息在磁条2、3磁道上，那么我们所设计的手机刷卡器机具必须能够对2、3磁道的信息进行获取处理。本系统采用12键的外设密码键盘，摆脱手机键盘输入的限制，不仅可以满足密码输入的要求，而且更加的安全。我们设计的机具是要在手机上进行使用，就必须实现和手机之间的信息交互，每一个智能手机都有的音频口为我们提供了方便，我们要实现机具与手机之间的音频口通信。
具体的步骤：① 针对课题进行调研，进行手机刷卡器的需求分析② 了解MSP430单片机、银行卡磁条以及音频口通信的相关信息。③总体设计：设计出系统总体框图，以及实现流程图，并简要分析各模块要实现的功能。④ 详细设计：各功能模块的设计，完成程序设计并进行调试。⑤ 测试（配合硬件进行）。
1.5 本章小结
在这一章主要介绍了手机刷卡器的背景、功能以及目前的市场需求，得出了我们这个设计的研究意义，同时阐述了完成此设计的可行性，简述了本设计的研究内容和我们所要做的基本工作。
第2章相关技术和开发工具说明
2.1银行卡磁道信息读取
一张完整的银行卡，由卡本身和卡上的磁条组成。在正常情况下，磁条不应与卡分离，银行卡所包含的信息就存储在卡上的磁条上。我们要获得银行卡上的信息，实际就是读取卡上磁条内所包含的信息。每一张银联的银行卡磁条内都具有三个磁道，并且这三个磁道是有所区别的，并非完全相同，除了三磁道为可读可写外，其余两个磁道皆为只读磁道。三个磁道采用的编码技术为双频相位相干记录，这种编码技术允许在每一磁道上对数据进行串行记录。在记录时，我们应面向磁条，从磁条的最右方开始编码。并且在磁性区域内，每个字符的位的构成也是有要求的，那就是最低有效位首先被编码，而奇偶校验位最后被编码。
我们所要从银行卡上获得的信息，主要是第二磁道内所包含的信息，同时获取第三磁道的信息作为扩展之用。磁条中的第二磁道为只读数字磁道，磁道里面包含我们的卡号等相关信息，其存储编码字符集如表2.1所示：
表2.1银行卡2磁道编码字符集
P（奇校验） B4 B3 B2 B1 行 字符
1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1 1
0 0 0 1 0 2 2
1 0 0 1 1 3 3
0 0 1 0 0 4 4
1 0 1 0 1 5 5
1 0 1 1 0 6 6
0 0 1 1 1 7 7
0 1 0 0 0 8 8
1 1 0 0 1 9 9
1 1 0 1 0 10 （1）
0 1 0 1 1 11 （2）
1 1 1 0 0 12 （1）
0 1 1 0 1 13 （3）
0 1 1 1 0 14 （1）
1 1 1 1 1 15 （4）
其中：（1）这些字符位置只适用于硬件控制，不包含信息字符；（2）为起始字符；（3）为分隔符；（4）为结束字符。同时规定银行卡磁条上三磁道与二磁道的编码字符集是相同的。
2.2音频口通信技术
目前的智能手机和外部设备装置之间的通讯方式比之前的功能机多了不少，常用的方式比如蓝牙，WIFE，USB，红外等等，其实手机不管属于什么系统的都会有一个耳机孔，其实通过耳机孔我们也能进行数据通信。
我们知道一般的耳机插口都是四段的，它是由由左右声道，麦克风（Mic）及地（GND）组成，具体如图2.1所示。其中手机往外输出的信号被左右声道所接收，Mic端则是把信号输出到手机的接口。
当我们要往设备端输入信号的时候，耳机将会把数据调制成声波数据，当声音被我们播放的时候，随着声音数据的大小不断变化，左右声道会显示出相对应的波形，接着设备端会将波形数据化，从而得到数据，也就是说完成了相应数据的接收。当设备要发送数据给手机时，要发送的数据会形成Bit流，Bit流会以方波等波形的形式发送出去，被手机端所接收。具体的终端和音频设备的通信过程则如图2.2所示。
摘要
在中国，移动支付业务的发展具有良好的用户基础。作为新兴的移动支付手段，手机刷卡器具有很多优势。它体积小巧、便于携带，能满足用户随时随地的刷卡需求，支持所有银联卡，能为用户带来全新的移动消费体验。
本文旨在开发一款密码键盘外置的手机刷卡器系统，首先给出了手机刷卡器系统的总体框架结构,采用MSP430系列单片机来控制其他外围组件，其中包括一款硬解码芯片、音频接口的四条线路以及12键外置密码键盘等，之后详细阐述了本系统各个模块的主要设计，包括各个模块的实现电路以及各个模块运行的流程，还有设计它们的理念、原理及实现方法，实现了手机刷卡器的基本功能。
本系统可以有效的进行银联卡上磁条数据的读取，并对从磁条上得到的数据进行进一步的处理，从而完成数据通过音频线路进行传输，12键外置密码键盘小巧简单实用，可以提高用户移动支付的安全度。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:字刷卡；解码；音频通信；密码键盘；磁条
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 手机刷卡器的功能简介 1
1.3 手机刷卡器需求与可行性分析 2
1.4 本课题的主要研究内容 3
1.5 本章小结 4
第2章相关技术与开发工具的说明 5
2.1银行卡磁道信息读取 5
2.2音频口通信技术 6
2.3 RSA加解密技术 7
2.4 MSP430单片机 9
2.5 IAR EW430 开发环境 14
2.6本章小结 16
第3章系统设计 17
3.1系统概要设计 17
3.2 系统硬件设计 17
3.2.1解码电路 17
3.2.2单片机控制电路 18
3.2.3密码键盘电路 19
3.2.4数据传输电路 20
3.2.5串口转换电路 21
3.3系统软件设计 21
3.3.1 软件功能与基本流程 21
3.3.2 信息获取模块 22
3.3.3 音频通信模块 24
3.3.4 密码输入模块 27
3.3.5串口通信模块 29
3.4 测试与结果 30
3.5 本章小结 34
第4章 总结与展望 35
4.1 回顾与总结 35
4.2 收获与展望 35
参考文献 37
致谢 38
附录 39
第1章 绪论
1.1 研究背景
随着电子科技的不断进步，互联网产业相应的也在蓬勃发展，人们的消费习惯以及手段也在不断地创造革新。21世纪之后，我们发现现金消费已经不能满足人们的消费需求，网络支付以及移动支付已经蓬勃发展。随着手机刷卡器的这一移动支付新产品的问世，人们进行移动消费时有了更好的选择。同时，手机刷卡器不仅仅用于简单地购物支付，它的许多功能让我们的消费生活变得更加便捷、安全。比如：在原来的日子，我们进行信用卡还贷的时候，银行自助机前，柜台前总会人满为患，不仅浪费时间，而且效率低下；但是现在，随着手机刷卡器的问世，人们就相当于是在自己身边放置了一个银行柜台或者POS机，再也不用亲自跑到银行柜台去办一些业务，节省了时间又提高了效率。同时有了手机刷卡器，我们可以做到在任何时间，任何地点，只要有网络可供手机应用，就可以完成类似预订车票、缴纳水电费、网络购物、银行卡查询以及转账等业务。
1.2 手机刷卡器简介
手机刷卡器作为一种新型的移动支付手段或者说产品，它到底是怎样的呢，它都具有那些实用的功能呢？有人说：手机刷卡器就像是一个能够接到手机音频口的读卡器，能够从银行卡的磁条中获取到我们所需要的信息，并且将这些信息经过外接在刷卡器机具端的音频接口进行传输。其实在我看来，手机刷卡器并非只是如此简单。再从银行卡上获取到信息后，手机刷卡器还要对其进行简单的处理，甚至更安全的刷卡器还会对信息本身进行加密，毕竟是用于移动支付，保密和安全是十分重要的。我们进行银行卡的相关操作时，必不可少的一步就是输入密码，从这一点刷卡器就可分为自带键盘型和利用手机按键输入密码型。还有很重要的一点就是，手机刷卡器虽然是用于移动支付，但是机具本身并不具有支付的能力，必须要有相应的用于手机端的软件才能实现支付的功能。在进行刷卡应用时，将银行卡从刷卡器的卡槽中刷过，我们的智能手机就变身为移动POS机，从而完成我们所要实现的功能。同时手机刷卡器插入智能手机音频接口后，就能使用，可以进行随时随地的付款操作，对与用户来说简单实用、方便快捷，对于生产厂家来说，这样的移动支付新模式是一种具有光明前景的创新性技术。一个完整的手机刷卡器如图1.1所示:(89%)
图1.1 钱袋宝的一款手机刷卡器
1.3 手机刷卡器需求与可行性分析
（1）需求分析：
随着互联网以及智能手机的蓬勃发展，现场的现金消费已经不能满足消费者的需求，网络支付和手机支付正在不断地成为人们首选的主流支付手段。更是随着这几年智能手机的发展浪潮，便捷可移动的手机支付方式必将席卷而来。手机支付，能够让我们所拥有的几乎人手一部的智能手机
然而，手机刷卡器庞大的市场现在只被掀开了一角。通过了解，我们可以发现，到目前为止，市场上手机刷卡器使用量总数也不过几百万只，这个数目相对于我国庞大的消费人口来说只是九牛一毛。可以肯定的是，在未来几年里手机刷卡器的市场将会不断扩大。
图1.2 中国的第三方移动支付市场近年来的变化
（2）实现可行性分析：
这次毕设，因为自己属于卓越工程师培训计划的一部分，所以整个大四都在江苏国光信息产业股份有限公司进行学习实践，学习并积累了毕设相关方面所需的知识与经验，同时本次毕设的完成地点也是在国光公司。国光公司是电子信息行业的高精尖企业，也是我国软件行业的百强之一，同时国光公司与银行方面有着密切的合作关系，开发研制了大量的银行自助终端设备。在国光公司进行设计开发可用于移动支付的手机刷卡器系统，能够得到国光公司的宝贵经验以及技术支持。
1.4 本课题的主要研究内容
本次所要设计的手机刷卡器应该具备：读取磁条卡信息、对获取信息进行处理、自带12键的密码键盘、可实现音频口的通信。银行卡的信息都存储在卡身的磁条上，我们想要获得其中包含的信息，就必须对磁条上信息是如何存储的进行学习了解，我们所需要的信息在磁条2、3磁道上，那么我们所设计的手机刷卡器机具必须能够对2、3磁道的信息进行获取处理。本系统采用12键的外设密码键盘，摆脱手机键盘输入的限制，不仅可以满足密码输入的要求，而且更加的安全。我们设计的机具是要在手机上进行使用，就必须实现和手机之间的信息交互，每一个智能手机都有的音频口为我们提供了方便，我们要实现机具与手机之间的音频口通信。
具体的步骤：① 针对课题进行调研，进行手机刷卡器的需求分析② 了解MSP430单片机、银行卡磁条以及音频口通信的相关信息。③总体设计：设计出系统总体框图，以及实现流程图，并简要分析各模块要实现的功能。④ 详细设计：各功能模块的设计，完成程序设计并进行调试。⑤ 测试（配合硬件进行）。
1.5 本章小结
在这一章主要介绍了手机刷卡器的背景、功能以及目前的市场需求，得出了我们这个设计的研究意义，同时阐述了完成此设计的可行性，简述了本设计的研究内容和我们所要做的基本工作。
第2章相关技术和开发工具说明
2.1银行卡磁道信息读取
一张完整的银行卡，由卡本身和卡上的磁条组成。在正常情况下，磁条不应与卡分离，银行卡所包含的信息就存储在卡上的磁条上。我们要获得银行卡上的信息，实际就是读取卡上磁条内所包含的信息。每一张银联的银行卡磁条内都具有三个磁道，并且这三个磁道是有所区别的，并非完全相同，除了三磁道为可读可写外，其余两个磁道皆为只读磁道。三个磁道采用的编码技术为双频相位相干记录，这种编码技术允许在每一磁道上对数据进行串行记录。在记录时，我们应面向磁条，从磁条的最右方开始编码。并且在磁性区域内，每个字符的位的构成也是有要求的，那就是最低有效位首先被编码，而奇偶校验位最后被编码。
我们所要从银行卡上获得的信息，主要是第二磁道内所包含的信息，同时获取第三磁道的信息作为扩展之用。磁条中的第二磁道为只读数字磁道，磁道里面包含我们的卡号等相关信息，其存储编码字符集如表2.1所示：
表2.1银行卡2磁道编码字符集
P（奇校验） B4 B3 B2 B1 行 字符
1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1 1
0 0 0 1 0 2 2
1 0 0 1 1 3 3
0 0 1 0 0 4 4
1 0 1 0 1 5 5
1 0 1 1 0 6 6
0 0 1 1 1 7 7
0 1 0 0 0 8 8
1 1 0 0 1 9 9
1 1 0 1 0 10 （1）
0 1 0 1 1 11 （2）
1 1 1 0 0 12 （1）
0 1 1 0 1 13 （3）
0 1 1 1 0 14 （1）
1 1 1 1 1 15 （4）
其中：（1）这些字符位置只适用于硬件控制，不包含信息字符；（2）为起始字符；（3）为分隔符；（4）为结束字符。同时规定银行卡磁条上三磁道与二磁道的编码字符集是相同的。
2.2音频口通信技术
目前的智能手机和外部设备装置之间的通讯方式比之前的功能机多了不少，常用的方式比如蓝牙，WIFE，USB，红外等等，其实手机不管属于什么系统的都会有一个耳机孔，其实通过耳机孔我们也能进行数据通信。
我们知道一般的耳机插口都是四段的，它是由由左右声道，麦克风（Mic）及地（GND）组成，具体如图2.1所示。其中手机往外输出的信号被左右声道所接收，Mic端则是把信号输出到手机的接口。
当我们要往设备端输入信号的时候，耳机将会把数据调制成声波数据，当声音被我们播放的时候，随着声音数据的大小不断变化，左右声道会显示出相对应的波形，接着设备端会将波形数据化，从而得到数据，也就是说完成了相应数据的接收。当设备要发送数据给手机时，要发送的数据会形成Bit流，Bit流会以方波等波形的形式发送出去，被手机端所接收。具体的终端和音频设备的通信过程则如图2.2所示。
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