CN109510823B - 一种spi与iso7816转换电路 - Google Patents

一种spi与iso7816转换电路 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种SPI与ISO7816转换电路，用SPI总线转ISO7816实现对智能卡的控制，包括智能终端CPU模块、SPI转串口SC16IS752电路、SN74AHC157串口转ISO7816电路、智能SAM卡模块一共四个部分。SPI以高达5Mbit/s的速率控制SC16IS752转串口协议，SC16IS752的RTS引脚连接SN74AHC157控制串口的收发切换。经过大量测试，电路对各种类的SAM卡兼容性好，收发切换自如，稳定性强。本发明把常见的SPI口用于SAM控制，解决了大部分CPU不带SAM接口而无法控制SAM的难题。

Description

一种SPI与ISO7816转换电路
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体而言，涉及一种SPI与ISO7816转换电路。
背景技术
随着时代的进步，智能科技的发展，无现金支付在生活中处处可见。无现金交易的安全性变得空前重要，当前保证交易安全的主要方式是加密，加密的方式有多种，其中重要的一种是采用SAM卡的方式，这种方式多见于POS，智能扣费终端等。SAM卡遵循的是ISO7816标准协议，当前很多处理器，例如Freescale、TI、Samsung的处理器很少带SAM接口的，这给我们在智能终端开发SAM功能带来障碍。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种SPI与ISO7816转换电路，为不自带SAM接口的CPU操作SAM卡提供方案。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
第一方面，本发明提供了一种SPI与ISO7816转换电路，包括智能终端CPU模块、SPI转串口SC16IS752电路、SN74AHC157串口转ISO7816电路及智能SAM卡模块，所述SPI转串口SC16IS752电路电性连接所述智能终端CPU模块及所述SN74AHC157串口转ISO7816电路，所述SN74AHC157串口转ISO7816电路电性连接所述智能SAM卡模块。
在可选的实施例中，所述SPI转串口SC16IS752电路采用SPI通信的方式控制转换电路。
在可选的实施例中，所述SPI转串口SC16IS752电路采用SC16IS752的RTS引脚连接SN74AHC157通道切换引脚，实现串口RX和TX与SAM_IO的切换。
在可选的实施例中，所述智能SAM卡模块的SAM卡时钟采用外部晶振源，晶振频率是串口的标准频率3.5712MHz。
在可选的实施例中，所述SPI转串口SC16IS752电路的SC16IS752晶振采用14.7456MHz时钟源。
在可选的实施例中，所述智能SAM卡模块支持ISAM、PSAM卡。
在可选的实施例中，所述智能SAM卡模块的供电电压为3.3V。
在可选的实施例中，所述智能终端CPU模块的IO口直接连接SAM卡的复位引脚。
在可选的实施例中，所述智能终端CPU模块与所述SPI转串口SC16IS752电路的SPI通信速率为5MBit/s，SC16IS752的RxBuf和TxBuf为64Byte。
根据本发明的一种SPI与ISO7816转换电路，包括智能终端CPU模块、SPI转串口SC16IS752电路、SN74AHC157串口转ISO7816电路及智能SAM卡模块，SPI转串口SC16IS752电路电性连接所述智能终端CPU模块及SN74AHC157串口转ISO7816电路，SN74AHC157串口转ISO7816电路电性连接智能SAM卡模块。本发明提供的转换电路，可以提高工作性能，减少制作成本及能量损耗，增加稳定性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。
图1是本发明提供的SPI与ISO7816转换电路的方块示意图。
图2是本发明提供的SPI转串口SC16IS752电路的示意图。
图3是本发明提供的SN74AHC157串口转ISO7816电路的示意图。
图4是本发明提供的SPI与ISO7816转换电路的SPI转换RS232后的SAM_IO、RTS、TX、RX时序图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、图2、图3及图4。图1是本发明提供的SPI与ISO7816转换电路的方块示意图。图2本发明提供的SPI转串口SC16IS752电路的示意图。图3本发明提供的SN74AHC157串口转ISO7816电路的示意图。图4是本发明提供的SPI与ISO7816转换电路的SPI转换RS232后的SAM_IO、RTS、TX、RX时序图。
本发明专利的硬件实现过程是这样的：
①.用SPI总线转ISO7816实现对智能卡SAM的控制，设计方案包括智能终端CPU模块、SPI转串口SC16IS752电路、SN74AHC157串口转ISO7816电路、智能SAM卡模块一共四个部分。SPI转串口SC16IS752电路电性连接智能终端CPU模块及SN74AHC157串口转ISO7816电路，SN74AHC157串口转ISO7816电路电性连接智能SAM卡模块。
②.智能终端CPU模块引出的SPI引脚MOSI、MISO、CLK、CS连接SPI转串口SC16IS752电路的MISO、MOSI、CLK、CS引脚；
③.SPI转串口SC16IS752电路的TXA和RXA引脚分别连接到SN74AHC157串口转ISO7816电路的2A和1Y引脚，RTS引脚连接SN74AHC157串口转ISO7816电路的
Figure GDA0002962123110000041
引脚控制串口的收发切换；
④.智能SAM卡模块的CLK引脚接3.5712MHz时钟源，SPI转串口SC16IS752电路使用14.7456MHz时钟源，分频可实现各种波特率；
⑤.SPI转串口SC16IS752电路和SN74AHC157串口转ISO7816电路均采用3.3V供电。
本发明专利的软件控制过程是这样的：
①.系统上电初始化配置SPI引脚功能，配置相关GPIO引脚功能；
②.SPI驱动采用操作底层寄存器的方式控制SPI转串口SC16IS752电路，配置SPI转串口SC16IS752电路的奇偶校验位、停止位、数据位，同时配置SPI转串口SC16IS752电路的RTS功能；
③.当需要发送APDU命令(例如00A40000023F00)给智能SAM卡模块时，底层驱动将APDU命令按照SPI转串口SC16IS752电路规定的协议打包，SPI采用模式0，以速率5Mbit/s,8bit传输的方式，先往SPI发送寄存器依次写入打包后的命令字段，SPI发送寄存器以规定的时序将数据写入SPI转串口SC16IS752电路；
④.SPI转串口SC16IS752电路接收寄存器接收到了发送命令的字段后，首先拉低其RTS引脚，与其相连的SN74AHC157串口转ISO7816电路的
Figure GDA0002962123110000052
拉低(A通道有效)，那么1Y＝1A，2Y＝2A。又由于1A和2B引脚接10k上拉电阻到3.3V，因此1Y引脚稳定为高电平，2Y引脚电平随着输入电平的变化相同的变化，根据三极管的电路原理，SAM_IO电平随着2Y引脚电平的变化相同变化(如图3所示)。RTS拉低直到数据发送完成RTS被拉高。这样，SAM_IO就完整地接收到SPI转串口SC16IS752电路的TX信号。
⑤.根据每种SAM遵循的协议是T0还是T1，SPI转串口SC16IS752电路的TX发送数据的格式不同。T0情况下会有数据重发及错误校验等功能，T1模式下没有错误校验功能。因此，T0情况下发送数据的格式为：1位起始位+8位数据位+1位校验位+2位停止位；T1情况下发送数据的格式为：1位起始位+8位数据位+1位校验位+1位停止位；接收SAM响应数据时的数据格式对应亦如此，其中1位＝1etu。
⑥.SPI转串口SC16IS752电路发送完APDU命令的字段后，首先拉高其RTS引脚，与其相连的SN74AHC157串口转ISO7816电路的
Figure GDA0002962123110000051
拉高(B通道有效)，那么1Y＝1B，2Y＝2B。又由于1A和2B引脚接10k上拉电阻到3.3V，因此2Y引脚稳定为高电平，根据三级管的原理，2Y高电平情况不影响SAM_IO电平。1Y引脚电平随着输入电平的SAM_IO变化相同的变化，直到数据传输完成，RTS被拉高直到有数据需要发送时为止。这样，SPI转串口SC16IS752电路的RX就可以接收到完整的返回信号。
经过几十万次的测试，该转换电路对各种类的SAM卡兼容性好，收发切换自如，稳定性强。
在图4，以T0卡发送00A40000023F00为例。
一种SPI与ISO7816转换电路，包括如下步骤：
硬件接口：①.如图2所示，智能终端CPU模块的SPI1_CS、SPI1_MO SI、SPI1_MISO、SPI1_CLK分别接SPI转串口SC16IS752电路的10、11、12、13号引脚，SPI1_CS引脚通过R130(4.7K)电阻上拉；SPI转串口SC16IS752电路的5号引脚RESET引脚连接到CPU的普通IO口，XTAL1和X TAL2连接14.7456MHZ晶振的两极；第9号引脚SPI/I2C接到地用于选择该芯片的通信方式为SPI；3号引脚TXA和4号引脚RXA分别经过R134(0R)和R132(0R)连接到SN74AHC157串口转ISO7816电路的5号引脚和4号引脚；第1号引脚接到SN74AHC157串口转ISO7816电路的1号引脚B，用于收发切换。
②.如图3所示，SN74AHC157串口转ISO7816电路的2号引脚和6号引脚通过R162(10K)上拉电阻连接到3.3V；第7号引脚通过R224(820R)接到Q11基极(B)，3号引脚和SAM_IO连接Q11的发射极(E)；Q11的集电极(C)直接接GND,Q11的发射极(E)通过R161(10k)接SAM_VCC；SAM_IO连接到智能SAM卡模块的IO端。
软件控制：①.发送APDU命令到SAM：UART_RST拉高，CS拉低直到APDU命令传完，SPI转串口SC16IS752电路控制RTSA拉低，TXA传送APDU，SN74AHC157串口转ISO7816电路的1号引脚拉低，SN74AHC157串口转ISO7816电路的第7号引脚2Y随TXA拉高或拉低，Q11随2Y信号的高低进行截止或者导通实现SAM_IO的同等拉高或者拉低，以此实现APDU发送到智能SAM卡模块。
②.接收智能SAM卡模块返回的数据：UART_RST拉高，SPI转串口SC16IS752电路控制RTSA拉高，SN74AHC157串口转ISO7816电路的6号引脚2B高电平，因此7号引脚2Y拉高，Q11截止；SN74AHC157串口转ISO7816电路的第2号引脚1A低电平，因此第4号引脚1Y随SAM_IO拉高或拉低，以此实现SPI转串口SC16IS752电路接收智能SAM卡返回的数据。
测试时序：对比图4信号可以发现，SPI发送的00A40000023F00命令经转化为RS232后再转化为SAM_IO信号完全正常，不存在延迟的情况，不存在信号完整性的问题。
如图4经测试T0情况下SAM_IO的格式为：1位起始位+8位数据位+1位校验位+2位停止位，符合ISO7816的收发时序要求。
在可选的实施例中，SPI转串口SC16IS752电路采用SPI通信的方式控制转换电路，驱动控制比串口方便。
在可选的实施例中，SPI转串口SC16IS752电路采用SC16IS752的RTS引脚连接SN74AHC157通道切换引脚，实现串口RX和TX与SAM_IO的切换。
在可选的实施例中，智能SAM卡模块的SAM卡时钟采用外部晶振源，晶振频率是串口的标准频率3.5712MHz。
在可选的实施例中，SPI转串口SC16IS752电路的SC16IS752晶振采用14.7456MHz时钟源。
在可选的实施例中，智能SAM卡模块支持ISAM、PSAM卡。
在可选的实施例中，智能SAM卡模块的供电电压为3.3V。
在可选的实施例中，智能终端CPU模块的IO口直接连接SAM卡的复位引脚。
在可选的实施例中，智能终端CPU模块与SPI转串口SC16IS752电路的SPI通信速率为5MBit/s，SC16IS752的RxBuf和TxBuf为64Byte。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种SPI与ISO7816转换电路，其特征在于：包括智能终端CPU模块、SPI转串口SC16IS752电路、SN74AHC157串口转ISO7816电路及智能SAM卡模块，所述SPI转串口SC16IS752电路电性连接所述智能终端CPU模块及所述SN74AHC157串口转ISO7816电路，所述SN74AHC157串口转ISO7816电路电性连接所述智能SAM卡模块；
所述SPI转串口SC16IS752电路的RTS引脚连接所述SN74AHC157串口转ISO7816电路的
Figure FDA0002962123100000011
引脚，RXA引脚连接到所述SN74AHC157串口转ISO7816电路的1Y引脚；
所述SN74AHC157串口转ISO7816电路的1A引脚和2B引脚通过10K上拉电阻连接到3.3V电源，2Y引脚接到三极管的基极，1B引脚和智能SAM卡模块的IO口连接三极管的发射极；
所述SPI转串口SC16IS752电路接收到发送命令的字段后，拉低所述RTS引脚，所述SN74AHC157串口转ISO7816电路的
Figure FDA0002962123100000012
引脚拉低，所述智能SAM卡模块的IO口接收到所述字段。
2.如权利要求1所述的一种SPI与ISO7816转换电路，其特征在于：所述SPI转串口SC16IS752电路采用SPI通信的方式控制转换电路。
3.如权利要求1所述的一种SPI与ISO7816转换电路，其特征在于：所述智能SAM卡模块的SAM卡时钟采用外部晶振源，晶振频率是串口的标准频率3.5712MHz。
4.如权利要求1所述的一种SPI与ISO7816转换电路，其特征在于：所述SPI转串口SC16IS752电路的SC16IS752晶振采用14.7456MHz时钟源。
5.如权利要求1所述的一种SPI与ISO7816转换电路，其特征在于：所述智能SAM卡模块支持ISAM、PSAM卡。
6.如权利要求1所述的一种SPI与ISO7816转换电路，其特征在于：所述智能SAM卡模块的供电电压为3.3V。
7.如权利要求1所述的一种SPI与ISO7816转换电路，其特征在于：所述智能终端CPU模块的IO口直接连接SAM卡的复位引脚。
8.如权利要求1所述的一种SPI与ISO7816转换电路，其特征在于：所述智能终端CPU模块与所述SPI转串口SC16IS752电路的SPI通信速率为5MBit/s，SC16IS752的RxBuf和TxBuf为64Byte。
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