灵动微课堂 (第149讲) | MM32F013x——UART ISO7816-3协议的应用

智能卡是一个单线半双工通信协议
从发送移位寄存器把数据发送出去，要被延时最小 1/2 波特时钟。在正常操作时，一个满的发送移位寄存器将在下一个波特时钟沿开始向外移出数据。在智能卡模式里，此发送被延迟 1/2 波特时钟。
如果在接收一个设置为 0.5 或 1.5 个停止位的数据帧期间，检测到一奇偶校验错误，在完成接收该帧后 (即停止位结束时)，发送线被拉低一个波特时钟周期。这是告诉智能卡发送到 UART 的数据没有被正确地接收到。此 NACK 信号 (拉低发送线一个波特时钟周期) 在发送端将产生一个帧错误 (发送端被配置成 1.5 个停止位)。应用程序可以根据协议处理重新发送数据。如果设置了SCAEN控制位，发生校验错误时接收器会给出一个NACK信号，否则就不会发送NACK。
TXC 标志的置起可以通过编程保护时间寄存器得以延时。在正常操作时，当发送移位寄存器变空并且没有新的发送请求出现时， TXC 被置起。在智能卡模式里，空的发送移位寄存器将触发保护时间计数器开始向上计数，直到保护时间寄存器中的值。TXC 在这段时间被强制拉低。当保护时间计数器达到保护时间寄存器中的值时， TXC 被置高。
标志的撤销不受智能卡模式的影响。
如果发送器检测到一个帧错误 (收到接收器的 NACK 信号)，发送器的接收功能模块不会把 NACK 当作起始位检测。根据 ISO 协议，接收到的 NACK 的持续时间可以是 1 或 2波特时钟周期。
在接收器这边，如果一个校验错误被检测到，并且 NACK 被发送，接收器不会把 NACK检测成起始位。
PART.5  相关软件的实现
5.1    底层软件部分
我们从上述讲到的“IC卡的操作过程”共6步逐一实现。
5.1.1 卡激活
//调用ISO7816_Activate(ENABLE)激活卡
void ISO7816_Activate(FunctionalState state)
{
    if(state != DISABLE)  //IC卡激活
    {
        ICCard_Rst_L;             //将 RST 置 L
        ICCard_VCC_ON;            //VCC 上电
        ISO7816_ClockStart();     //CLK时钟启动
    }
    else //IC卡去激活
    {
        ICCard_Rst_L;             //将 RST 置 L
        ISO7816_ClockStop_Low();  //将 CLK 置 L
        ICCard_IO_L();            //将 I/O 置 L
        ICCard_VCC_OFF;           //将 VCC 去激活
    }
}5.1.2 冷复位void ISO7816_Reset(void)   //冷复位{
    ICCard_VCC_ON;         //给IC卡VCC上电
    ISO7816_ClockStart(); //CLK时钟启动
    ICCard_IO_Release();  //clk开启后200个clk周期内将MCU的I/O配置成接收模式
    ICCard_Rst_L;         //将 RST 置 L
    delay_ms(1);
    ICCard_Rst_H;          //RST置低至少400个时钟周期
}
5.1.3 热复位（带电复位IC卡）
void ISO7816_Restart(void) //热复位
{
    //注意热复位本就在VCC已经打开的前提下，为防止VCC没有打开产生误操作
    ICCard_VCC_ON;            //给IC卡VCC上电
    ISO7816_ClockStart();     //CLK时钟启动
    ICCard_IO_Release();      //MCU的I/O配置成接收模式
    ICCard_Rst_L;
    delay_ms(1);
    ICCard_Rst_H;             //RST置低至少400个时钟周期
}

CLK时钟停止（一种停止保持高，另一种是停止保持低）
void ISO7816_ClockStop_High(void) //时钟停止，并保持在高电平
{
    TIM3_PWM_Stop_High();
}

void ISO7816_ClockStop_Low(void) //时钟停止，并保持在低电平
{
    TIM3_PWM_Stop_Low();
}5.1.4 去激活
和“卡激活”共用一个函数，只是传的参数不一样，调用ISO7816_Activate(DISABLE)实现去激活卡。

5.2    配置MM32F013x的UART智能卡模式
卡智能卡是一个单线半双工模式，当接收到IC卡传来的数据出现奇偶校验错误时，会在规定时刻自动把I/O拉低，需要使能ISO7816自动应答功能，在ISO7816中还有字符之间有保护时间，需要设置UART的保护计数器与之匹配。

下面是MM32F013x的UART智能卡初始化：

void Uart_ISO7816_Config(u32 bound)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    UART_InitTypeDef UART_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_UART1, ENABLE);
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);    //使能GPIOA时钟

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_1);
    UART_InitStructure.UART_BaudRate = bound;
    UART_InitStructure.UART_WordLength = UART_WordLength_8b;
    UART_InitStructure.UART_StopBits = UART_StopBits_1_5;
    UART_InitStructure.UART_Parity = UART_Parity_Even; //偶校验
    UART_InitStructure.UART_HardwareFlowControl= UART_HardwareFlowControl_None;
    UART_InitStructure.UART_Mode = UART_Mode_Rx | UART_Mode_Tx;

    UART_Init(UART1, &UART_InitStructure);

    NVIC_ConfigInit();

    UART_ClearITPendingBit(  UART1, UART_IT_RXIEN);
    UART_ITConfig( UART1, UART_IT_RXIEN, ENABLE );

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    UART_HalfDuplexCmd(UART1,ENABLE);  //使能单线半双工模式
    UART_SetGuardTime(UART1,2);         //2bit保护计数器
    UART_SmartCardNACKCmd(UART1,ENABLE); //使能ISO7816自动应答
    UART_SmartCardCmd(UART1,ENABLE);    //ISO7816使能
    UART_Cmd(UART1, ENABLE);
}

void UART1_IRQHandler(void)
{
    if(UART_GetITStatus( UART1, UART_IT_RXIEN) )
    {
        UART_ClearITPendingBit(  UART1, UART_IT_RXIEN);
        uartInfo.buf[ uartInfo.len ++ ] = UART_ReceiveData(UART1);
    }
}

UART部分配置好了之后，需要配置CLK的PWM。前面已经计算了，CLK的频率为3.6MHz时，IC卡的etu时间与UART的9600波特率下的位是对应的，所以设置MM32F013x的TIM3_CH1（PB4脚）输出3.6M占空比50%的PWM。MM32F013x主频跑72MHz。在main函数调用TIM3_PWM_Init(19,0)配置PB4输出3.6MHz的PWM给到IC卡的CLK。

void TIM3_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOB, ENABLE);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_1);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

void TIM3_PWM_Init(u16 arr, u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

    TIM3_GPIO_Init();

    TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;
    //Setting Clock Segmentation
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    ///TIM Upward Counting Mode
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

    TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
    //Select Timer Mode: TIM Pulse Width Modulation Mode 2
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    //Setting the Pulse Value of the Capture Comparison Register to be Loaded
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 10;
    //Output polarity: TIM output is more polar
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);

    TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE);
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM3, ENABLE);

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

     void TIM3_PWM_Stop_High(void)
{
     TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);
     TIM3->CNT = 2;
}

void TIM3_PWM_Stop_Low(void)
{
TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);
      TIM3->CNT = 12;
}

void TIM3_PWM_Restart(void)
{
      TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}
PART.6实验现象
针对上述讲解，下面对IC卡进行实例操作一遍，加深大家对IC卡的一个操作过程的印象。

首先对IC卡进行复位，调用ISO7816_Restart()函数，IC卡会发复位应答。下图是复位应答波形：