CN205788203U - 一种用于手持终端的串口转iso7816协议的转换装置 - Google Patents

一种用于手持终端的串口转iso7816协议的转换装置 Download PDF

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孙福朋
张燕
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Abstract

本实用新型提供了一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，包括：手持终端CPU、电平转换电路、收发切换电路、ESAM芯片和时钟电路；手持终端CPU的收发控制切换引脚通过电平转换电路与收发切换电路连接；手持终端CPU的串口发送引脚和串口接收引脚通过收发切换电路与ESAM芯片的IO端口连接；时钟电路与ESAM芯片的时钟信号端口连接。本实用新型能够实现串口与ISO7816协议的转换，拓展了串行通信过程中不同接口互联互通的应用范围；本实用新型提供的电平转换电路实现不同电压等级CPU的兼容，使得整个转换装置的应用场景的范围大，兼容性高。

Description

一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置
技术领域
本实用新型涉及手持终端技术领域，尤其是涉及一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置。
背景技术
随着移动信息化水平的逐步的提高，国内陆续出现多种类型的数据输入/采集手持终端产品，具有语音呼叫、条码扫描、GPS定位、拍照等功能，自身带有电池，可以移动使用，便于携带，受到不同行业领域的青睐和应用。
手持终端是指具有以下几种特性的便于携带的数据处理终端：1)、具有数据存储及计算能力(一般有操作系统，如WINDOWS Mobile6.1/6.5 WinCE5.0/6.0、LINUX、Android等)；2)、可进行二次开发；3)、能与其他设备进行数据通讯；4)、有人机界面，具体而言要有显示和输入功能；5)、电池供电。
集成电路卡(Intergrated Circuit Card)简称IC卡，它是由一个信用卡大小的塑料卡上封装一个或多个集成电路芯片所构成。卡上集成电路芯片通过卡片表面的接触电极与外界通信。芯片上一般带有一定容量的存储器，并具有实现运算和数据保护的逻辑电路。
IC卡主要用于做身份鉴别、保密数据存取和金融领域，是光电卡和 磁卡的替代产品，是未来卡片产品发展的趋势。IC卡做为一种通用元件，具备跨国使用、跨行业使用的特点，其推广需要相应的标准与规范。国际标准化组织于1988～1993年间公布了有关接触式IC卡的ISO7816标准，主要规定了以下内容：
7816-1：卡的物理特性；
7816-2：卡的触点大小与位置；
7816-3：卡的通信协议；
7816-4：用于国际交换的行业命令；
7816-5：应用标识符的编号系统和注册过程。
在ISO7816-3接触型集成电路卡的通信协议中，规定了电源及信号的端口分布以及IC卡和接口设备之间的信息交换，包括信号频率、电压电平、电流值、奇偶校验协定、操作过程、传送机制以及接口设备与IC卡之间的通信协定等。ISO7816-3中定义的传输协议包括：同步传输协议和异步传输协议。同步传输协议规定I/O上的信息由时钟信号CLK进行同步，目前适用于保密逻辑卡。异步传输协议规定I/O上的信息用字符或块的方式传送，该协议适用于内含微处理器的智能卡。
为响应国家电网公司智能电网信息化建设的工作方针，各地电力公司为解决用电信息采集设备的数据采集、输电线路工作中的信息互通、回传等问题，需要通过工业手持数据采集终端采集智能电表数据信息，现场图像、现场位置、条码信息等。以便轻松而高效率的完成各项工作，同时更能精确的统计电力用户用电信息数据。
然而目前的手持终端产品，多数为只有串口和普通IO口。在新的国家电网智能终端相关标准中，规定了通过专门的加密芯片来保证设备数据安全性的方法，而设备主控单元与加密芯片采用了广泛应用的ISO7816通 讯协议。因此，现有技术的手持终端产品不支持ISO7816通讯协议，将无法直接读到ESAM(Embedded Secure Access Module嵌入式安全控制模块)的数据。
公告号为CN 2842892Y的中国专利(专利名称为：一种通过串口实现ISO7816协议的电路；申请日为：2005.11.9；)公开了一种通过串口实现ISO7816协议的电路，如图1所示，包括：
一主控芯片，连接一外部的串口电路，通过该串口电路与PC机或其他宿主机的串口通讯连接；该主控制芯片还通过ISO7816协议连接一IC卡电路，该IC卡电路用于读取IC卡；所述主控制芯片为ARM芯片、DSP或MCU带串行接口的芯片。该实用新型电路实现了一种基于PC机或其他宿主机通过RS232串口对设备实现ISO7816协议的操作，其实现简单，可靠性高。但是，该电路通过转换芯片完成，实用成本高，实现复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，以实现串口与ISO7816协议的转换。
本实用新型提供的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，包括：手持终端CPU、电平转换电路、收发切换电路、ESAM芯片和时钟电路；
手持终端CPU的收发控制切换引脚通过电平转换电路与收发切换电路连接；
手持终端CPU的串口发送引脚和串口接收引脚通过收发切换电路与ESAM芯片的IO端口连接；
时钟电路与ESAM芯片的时钟信号端口连接。
优选地，手持终端CPU的复位引脚通过电平转换电路与ESAM芯片的复位端口连接。复位电路的设置，增加了系统的可靠性。
优选地，所述收发切换电路为三态门电路。
优选地，所述三态门电路包括三个门电路，以实现信号的转换。
优选地，所述电平转换电路采用芯片SP3232EEA实现。
优选地，所述电平转换电路为OC门芯片。
OC门芯片连接有上拉电阻，如果OC门芯片的输入是低电平，则OC门芯片的输出也是低电平。如果OC门芯片的输入是高电平，则OC门芯片的输出为高阻态，在高阻态时，输出电平的幅值与上拉电阻上拉的电平幅值相等，从而实现电平转换。
优选地，所述时钟电路包括无源晶振和一只四分频的锁相环芯片。
优选地，所述无源晶振的频率为14.2848MHz。
优选地，所述时钟电路的输出为3.5712M的时钟信号。
优选地，所述手持终端CPU的供电电源为3.3V。
本实用新型提供的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，包括：手持终端CPU、电平转换电路、收发切换电路、ESAM芯片和时钟电路；手持终端CPU的收发控制切换引脚通过电平转换电路与收发切换电路连接；手持终端CPU的串口发送引脚和串口接收引脚通过收发切换电路与ESAM芯片的IO端口连接；时钟电路与ESAM芯片的时钟信号端口连接。电平转换电路用于实现不同电压等级CPU的兼容，实现了具有不同的供电电压的CPU之间的可靠的电平转换，使得采用不同供电电压的CPU能够在相互之间传输数据；收发切换电路用于实现收发数据的切换；时钟 电路用于给ESAM芯片提供时钟信号。本实用新型能够实现串口与ISO7816协议的转换，拓展了串行通信过程中不同接口互联互通的应用范围；本实用新型提供的电平转换电路实现不同电压等级CPU的兼容，使得整个转换装置的应用场景的范围大，兼容性高。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的结构示意图；
图2为本实用新型的结构示意图；
图3为本实用新型的收发切换电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的 方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
图1为现有技术的结构示意图；图2为本实用新型的结构示意图；图3为本实用新型的收发切换电路的结构示意图。
如图2-3所示，本实用新型提供的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，包括：手持终端CPU、电平转换电路、收发切换电路、ESAM芯片和时钟电路；
手持终端CPU的收发控制切换引脚通过电平转换电路与收发切换电路连接；
手持终端CPU的串口发送引脚和串口接收引脚通过收发切换电路与ESAM芯片的IO端口连接；
时钟电路与ESAM芯片的时钟信号端口连接；
电平转换电路用于实现不同电压等级CPU的兼容，实现了具有不同的供电电压的CPU之间的可靠的电平转换，使得采用不同供电电压的CPU能够在相互之间传输数据；
收发切换电路用于实现收发数据的切换；
时钟电路用于给ESAM芯片提供时钟信号。
本实用新型提供的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，包括：手持终端CPU、电平转换电路、收发切换电路、ESAM芯片和时钟电路；手持终端CPU的收发控制切换引脚通过电平转换电路与收发切换电路连接；手持终端CPU的串口发送引脚和串口接收引脚通过收发切换电路与ESAM芯片的IO端口连接；时钟电路与ESAM芯片的时钟信号端口连接。电平转换电路用于实现不同电压等级CPU的兼容，实现了具有不同的供电电压的CPU之间的可靠的电平转换，使得采用不同供电电压的CPU能够在相互之间传输数据；收发切换电路用于实现收发数据的切换；时钟电路用于给ESAM芯片提供时钟信号。本实用新型能够实现串口与ISO7816协议的转换，拓展了串行通信过程中不同接口互联互通的应用范围；本实用新型提供的电平转换电路实现不同电压等级CPU的兼容，使得整个转换装置的应用场景的范围大，兼容性高。
优选地，手持终端CPU的复位引脚通过电平转换电路与ESAM芯片的复位端口连接。复位电路的设置，增加了系统的可靠性。
优选地，所述收发切换电路为三态门电路。
如图3所示，所述三态门电路包括三个门电路，以实现信号的转换。
所述电平转换电路采用芯片SP3232EEA实现。
所述电平转换电路为OC门芯片。
OC门芯片连接有上拉电阻，如果OC门芯片的输入是低电平，则OC门芯片的输出也是低电平。如果OC门芯片的输入是高电平，则OC门芯片的输出为高阻态，在高阻态时，输出电平的幅值与上拉电阻上拉的电平幅值相等，从而实现电平转换。
另外，所述电平转换电路也可以选用其他的电平转换电路，能实现电平转换的功能即可。
如采用下述电平转换电路，此电平转换电路包括第一传输支路，所述第一传输支路包括第一双极结型三极管BJT及第二双极结型三极管BJT，所述第一双极结型三极管BJT及所述第二双极结型三极管BJT的发射极均接地，所述第一双极结型三极管BJT及所述第二双极结型三极管BJT的集电极均与高电压的供电电源相连接，所述第一双极结型三极管BJT的基极用于接收所述低电压串口的低电压输入电平信号(TX1)，所述第一双极结型三极管BJT的集电极与所述第二双极结型三极管BJT的基极连接，所述第二双极结型三极管BJT的集电极用于向高电压串口发送高电压输出电平信号(RX2)；
第二传输支路，所述第二传输支路包括第一分压电阻及第二分压电阻，所述第一分压电阻及所述第二分压电阻串联后接地，所述第一分压电阻的另一端用于接收所述高电压串口的高电压输入电平信号(RX1)，所述第一分压电阻与所述第二分压电阻之间的中间点还通过二极管与低电压的供电电源连接，并且从所述第一分压电阻与所述第二分压电阻之间的中间点输出低电压输出电平信号(RX1)，其中，所述二极管的阳极与所述第一分压电阻与所述第二分压电阻的中点连接，所述二极管的阴极与所述低电压的供电电源连接。
所述时钟电路包括无源晶振和一只四分频的锁相环芯片。
所述无源晶振的频率为14.2848MHz。
所述时钟电路的输出为3.5712M的时钟信号。
所述手持终端CPU的供电电源为3.3V。
本实用新型提供的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议装置，主要结合当前国家电网用电信息采集系统建设的相关技术进行开发，自动实现普通串口转换为ISO7816协议，通过一个引脚进行收发控制，使用CPU 的串口通过ISO7816总线对ISO7816设备(ESAM)进行直接访问。通过电平转换电路，来适应对不同电压等级CPU的兼容，当CPU串口需要发送数据时，收发切换引脚将电平置低，通过电平转换电路后到达收发切换电路。收发切换电路通过一个三态门将IO的电平保持与串口接收引脚一致，从而实现数据发送(TX)。当CPU串口需要接收数据时，收发切换引脚将电平设为高，通过电平转换电路后到达收发切换电路。收发切换电路通过将一个三态门片选置高来关断发送端，同时通过2路与非门组成的逻辑门电路在收发切换电平的参与下，进行2次与非逻辑，从而将串口接收引脚电平保持与IO一致，实现数据的接收(RX)功能。
其中时钟电路使用一个14.2848MHz的无源晶振加一只四分频的锁相环芯片，输出一个3.5712M的时钟信号，从而使ESAM波特率固定为9600。
复位引脚通过一个电平转换电路，来控制ESMA芯片复位端，低电平复位ESAM，在ESAM工作状态异常时，通过复位让ESAM重新回到正常工作状态。
本实用新型提供的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，只需添加一个简单的硬件装置就可以使手持终端通过1个IO口进行控制收发状态，然后通过串口直接访问ESAM，支持97、07规约及13版电能表的数据读取。
本装置的实现使手持终端产品的功能扩展至更多应用场景，为用户的多样应用需求提供优秀的硬件支持，提供了灵活的选择，具有很好的实用性价值和较低的实现成本，使电力公司对用电信息数据采集工作变得更加的简单、方便和快捷。将帮助企业实现资源的科学调配和高效利用，提升集约化管理水平，对社会的发展和进步也能起到一定的带动作用。
同时，也有效的节约了CPU硬件及软件资源，CPU只需要2路串口和 2路IO口(1路复位，1路收发切换)就可以实现独立的基于ISO7816协议的设备(ESAM)访问。占用资源少，不需要驱动层开发，适合二次开发使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，其特征在于，包括：手持终端CPU、电平转换电路、收发切换电路、ESAM芯片和时钟电路；
手持终端CPU的收发控制切换引脚通过电平转换电路与收发切换电路连接；
手持终端CPU的串口发送引脚和串口接收引脚通过收发切换电路与ESAM芯片的IO端口连接；
时钟电路与ESAM芯片的时钟信号端口连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，其特征在于，手持终端CPU的复位引脚通过电平转换电路与ESAM芯片的复位端口连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，其特征在于，所述收发切换电路为三态门电路。
4.根据权利要求3所述的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，其特征在于，所述三态门电路包括三个门电路，以实现信号的转换。
5.根据权利要求4所述的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，其特征在于，所述电平转换电路采用芯片SP3232EEA实现。
6.根据权利要求5所述的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，其特征在于，所述电平转换电路为OC门芯片。
7.根据权利要求1所述的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，其特征在于，所述时钟电路包括无源晶振和一只四分频的锁 相环芯片。
8.根据权利要求7所述的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，其特征在于，所述无源晶振的频率为14.2848MHz。
9.根据权利要求1所述的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，其特征在于，所述时钟电路的输出为3.5712M的时钟信号。
10.根据权利要求1所述的一种用于手持终端的串口转ISO7816协议的转换装置，其特征在于，所述手持终端CPU的供电电源为3.3V。
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