home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Freaks Macintosh Archive / Freaks Macintosh Archive.bin / Freaks Macintosh Archives / Hacking & Misc / Mac Satellite.sit / Mac Satellite / Season9 Info / Videocrypt Adapter.txt < prev    next >
Text File  |  1995-08-28  |  19KB  |  383 lines
  1.  
  2. How to connect a PC to a Videocrypt decoder
  3. -------------------------------------------
  4.  
  5. Markus Kuhn -- 1994-06-19
  6.  
  7.  
  8. The easiest way to connect your PC to a Videocrypt pay-TV decoder is to
  9. use the card slot as an interface and connect it with a voltage
  10. converter (MAX232) and a TTL open collector driver (74LS07) to the
  11. RS-232 serial port. This way, you don't even have to open the decoder
  12. and the PC can now act as a smart card.
  13.  
  14. WARNING: In order to build the adapter described below, you will at
  15.          least require some basic hobby electronics experience. If
  16.          you don't understand, how the described circuitry works,
  17.          better don't use it! Although the described procedure is
  18.          relatively secure, serious errors might in the worst case
  19.          damage both your PC and your TV system.
  20.  
  21. The chip cards used by the Videocrypt pay-TV system follow exactly the
  22. specification ISO 7816 (you might find this international standard in a
  23. good library, if you are interested in more details). Also, the
  24. protocol is the "asynchronous half duplex T=0 protocol" with "active
  25. low reset" and "inverse convention" as defined in this standard. The
  26. following description may also be used in order to connect computers to
  27. other ISO 7816 compatible chip card systems (e.g. GSM mobile phones or
  28. other pay-TV decoding systems) if they also use asynchronous
  29. transmission. For smart card systems which use synchronous transmission
  30. (e.g. most phone cards) the interface described here will need some
  31. modifications.
  32.  
  33. According to ISO, a chip card is 85.60 mm long, 53.98 mm high, 0.76 mm
  34. thick and the edges are rounded with a radius of 3.18 mm. It has eight
  35. defined contact areas (C1 - C8 in the diagram below), each of which is
  36. at least 2 mm wide and 1.7 mm heigh:
  37.  
  38.  
  39.        ______________________________________
  40.      /                                        \
  41.     |                                          |
  42.     |                                          |
  43.     |    C1   C5                               |
  44.     |    C2   C6                               |
  45.     |    C3   C7                               |
  46.     |    C4   C8                               |
  47.     |                                          |
  48.     |                                          |
  49.     |                                          |
  50.      \________________________________________/
  51.  
  52.  
  53.  
  54. These contacts have the following purpose:
  55.  
  56.  
  57.     C1    VCC    Supply voltage (+5 V, max. 200 mA)
  58.     C2    RST    Reset signal
  59.     C3    CLK    Clock signal
  60.     C4    -    reserved
  61.     C5    GND    Ground
  62.     C6    VPP    Programming voltage (5-25 V)
  63.     C7    I/O    Data input/output
  64.     C8    -    reserved
  65.  
  66.  
  67. The following table gives the precise location of the contact areas.
  68. These areas are only minimum areas, the actual contacts might be larger
  69. but must of course be properly isolated from each other.
  70.  
  71. In the following table,
  72.  
  73.     A    represents the maximum distance between the card's left
  74.         edge and the contact area's left edge,
  75.     B    represents the minimum distance between the card's left
  76.         edge and the contact area's right edge,
  77.     C    represents the maximum distance between the card's top
  78.         edge and the contact area's upper edge,
  79.     D    represents the minimum distance between the card's top
  80.         edge and the contact area's lower edge.
  81.  
  82.  
  83.           A      B      C      D
  84.       -----------------------------------------
  85.     C1    10.25    12.25    19.23    20.93
  86.     C2    10.25    12.25    21.77    23.47
  87.     C3    10.25    12.25    24.31    26.01
  88.     C4    10.25    12.25    26.85    28.55
  89.     C5    17.87    19.87    19.23    20.93
  90.     C6    17.87    19.87    21.77    23.47
  91.     C7    17.87    19.87    24.31    26.01
  92.     C8    17.87    19.87    26.85    28.55
  93.  
  94.  
  95. Older card systems (defined in a French AFNOR standard) had these
  96. contacts located higher (distance from the top between 9.07 mm and
  97. 18.39 mm, distance from the left identical). As some decoders support
  98. both contact area alternatives, make sure that this old contact area is
  99. properly isolated or you'll produce a short circuit when inserting your
  100. card. You may have noticed, that the contacts are arranged in the usual
  101. 1/10 inch (= 2.54 mm) system (i.e. like the pins of a 8-pin DIL chip).
  102.  
  103. You can produce your card adapter by making a PCB with contact areas at
  104. the above listed locations. The PCB must have precisely the thickness
  105. and width of a real card, but it may be longer, so that you can locate
  106. the interface electronics on the part which remains outside the slot.
  107. Cards are inserted in most decoders with the contacts on the bottom
  108. side. Normal PCBs are about 1.3 mm think and won't fit into the slot.
  109. Either you get a PCB which is about 0.8 mm thick or you make it
  110. thinner, e.g. by using a sander machine. Perhaps you find also ready to
  111. use test cards with connectors instead of producing your own or you
  112. simply open the decoder, clamp contacts to the resistors near the card
  113. slot and insert a normal plastic card in order to activate the
  114. card-presence switch (this is NOT recommended: there are unisolated 230
  115. V parts inside the decoder and they could kill you if you are not very
  116. carefull!!!).
  117.  
  118. The adapter will only need the card contacts I/O, GND, RST and VCC. On
  119. the RS-232 side, the following contacts will be used:
  120.  
  121.            Sub-D 25-pin       Sub-D 9-pin
  122.       ---------------------------------------------------------
  123.     TxD        2        3    transmit data
  124.     RxD        3        2    receive data
  125.     RTS        4        7    request to send
  126.     CTS        5        8    clear to send
  127.     DSR        6        6    data set ready
  128.     GND        7        5    ground
  129.     DCD        8        1    carrier detect (here: reset)
  130.     DTR        20        4    data terminal ready
  131.  
  132.  
  133. The pins DTR, DSR and CTS are not actually needed, they are just
  134. connected together in the adapter, so that defined levels are available
  135. on them because some software might need this. RTS is connected to an
  136. unused MAX232 input and the corresponding TTL output might be used for
  137. generating the reset signal if the adapter is used for connecting a PC
  138. to a card instead of an decoder.
  139.  
  140. The following components are necessary for the adapter
  141.  
  142.     1 x    0.5-0.8 mm PCB single sided or test card
  143.     1 x    IC Maxim MAX232CPE (or Linear Technology LT1081CN)
  144.     1 x    IC 74LS07 (or 7407)
  145.     5 x    capacitors 1 uF (or higher), 16 V
  146.     1 x    female Sub-D connector (9 or 25-pin)
  147.     1 x    card slot (optional)
  148.  
  149. These components cost together less than 20 DM.
  150.  
  151. The MAX232 converts the RS-232 levels (about +10 and -10 V) to TTL
  152. voltage  (0 and +5 V) and vice versa without requiring anything else
  153. than +5 V power supply. This chip contains two TTL->RS-232 and two
  154. RS-232->TTL drivers and needs four external 1 uF capacitors in order
  155. to generate the RS-232 voltage internally. The adapter electronic gets
  156. its power supply from the decoder's VCC line or you can use an external
  157. 5 V supply if you wish.
  158.  
  159. The card slot's RST line is connected using one of the TTL->RS-232
  160. drivers in the MAX232 to DCD, so that the software and the decoder can
  161. easily resynchronize in case of a protocol error.
  162.  
  163. The I/O line is a bidirectional half-duplex asynchronous TTL level
  164. serial port that is operated in a Videocrypt system with 9600 bits/s.
  165. We can connect this line to a MAX232 TTL input driver (which is
  166. connected to RxD and sends bytes to the PC) in order to receive data
  167. from the decoder. The TxD signal is converted in the MAX232 to TTL
  168. level and is connected with an open collector TTL driver to I/O. This
  169. open collector driver (one of six in the 74LS07) has a high impedance
  170. output during idle state and 1 and is connected to GND during a 0 on
  171. it's input. As there is already a pull-up resistor to +5 V on I/O in
  172. the decoder, this circuitry guarantees, that the adapter is in high
  173. impedance state if the TxD line is idle and delivers the correct
  174. voltage if the PC sends bytes and the decoder is in reception mode. As
  175. we don't connect totem-pole or tristate outputs to I/O, a short circuit
  176. should be impossible in the adapter.
  177.  
  178. The following diagram describes the whole interface:
  179.  
  180.  
  181.               +-------------+  +             
  182.   +-----------|1     V    16|---+---o +5V (VCC)
  183.  +|          +|             |  ===
  184.  === +5V o-||-|2  MAX232  15|---+---o GND (card & RS-232)
  185.   |           |             |
  186.   +-----------|3      +---14|----o DCD                    +-<-o DTR
  187.            +  |       |     |                             |
  188.      +---||---|4      | +-13|----o RTS                    +->-o DSR
  189.      |        |       | v   |                             |
  190.      +--------|5      | +-12|- (unused TTL output)        +->-o CTS
  191.           +   |       |     |
  192.      GND o-||-|6      +-<-11|----o RST
  193.               |             |
  194.      RxD o----|7  ---<--- 10|-------------------+----o I/O
  195.               |             |              |\   |
  196.      TxD o----|8  --->---  9|--------------| |--+
  197.               +-------------+             1|/ 2
  198.                                           74LS07
  199.     At the MAX232, pin 2 delivers
  200.     +10 V and pin 6 delivers -10 V.        (also connected to 74LS07:
  201.                                            pin 7=GND, pin 14=VCC)
  202.  
  203.  
  204. Pay attention to the polarity of the capacitors (marked with a + in the
  205. diagram next to each capacitor)! The -->-- symbols in the MAX232
  206. diagram above indicate the voltage converters inside the chip. You
  207. might want to add an LED and a resistor (between 220 and 1k ohm)
  208. between VCC and GND so that you can see when the decoder activates the
  209. interface. If you can't live without blinking bits, then add a LED and
  210. a resistor from VCC to I/O. The capacitor between VCC and GND is not
  211. absolutely necessary, but recommended especially if you add other
  212. circuitry on the board (e.g. the quartz oscillator described below).
  213.  
  214. As a side effect of this simple interface design, every byte sent by
  215. the PC is at the same time also received by the PC. Consequently, you
  216. can test the circuit with a terminal emulator and external +5 V supply
  217. by switching of local echo: if you still see every typed character
  218. immediately on the screen, the interface should be all right. Software
  219. must be capable of dealing with this echo from the interface. As
  220. specified in the ISO standard, the decoder activates VCC only shortly
  221. before a reset and deactivates VCC again if an answer-to-reset packet
  222. isn't received from the card in time after the reset signal.
  223.  
  224. A few additional hints:
  225.  
  226. If you have a larger distance between the PC an the decoder, then
  227. locate the adapter electronic near the decoder, because the RS-232
  228. interface is much more suitable for long cables than the TTL signals. 
  229. Cables of 12 m length have sucessfully been used and you shouldn't have
  230. problems with RS-232 cables up to 25 m length and more.
  231.  
  232. You can also use this adapter circuit to allow a PC to listen to the
  233. data traffic between a decoder and a real card. Just connect the real
  234. card and the adapter parallel to the decoder and don't let the PC
  235. software transmit anything. Suitable card slots are available for
  236. little money from various manufacturers (see below for addresses).
  237. Videocrypt uses the inverse convention data format, i.e., you have to
  238. reverse and invert the bits in each byte in the PC software in order to
  239. get the correct byte value. For more details about the protocol, check
  240. ISO 7816-3.
  241.  
  242. There are many alternative ways to build this interface if you don't
  243. have some of the components available. E.g. the MAX232 could be
  244. replaced by the fully compatible LT1081 from Linear Technology. The
  245. circuit still works fine if you use higher capacitors than 1 uF (e.g.
  246. my prototype worked fine with 4 22 uF types which were left from a
  247. previous project), but use equally sized capacitors. If you use the pin
  248. compatible MAX220 (a low power version) instead of the MAX232, then use
  249. capacitors with 10 uF or higher. The MAX232 should be the easiest
  250. available one of these chips. If it is more convenient for your layout,
  251. then you can use instead of the 1->2 driver in the 74LS07 one of the
  252. remaining 5 drivers at the pins 3->4, 5->6, 9->8, 11->10 and 13->12. If
  253. your local electronic store doesn't have a 74LS07 or 7407, then use
  254. e.g. two of the six open collector inverters in a 74LS05 (same pin
  255. assignment as the 74LS07) in series and a 2.2k pull-up resistor to VCC
  256. between them. Peoples have also suggested quick-and-dirty designs where
  257. the 74LS07 open-collector driver is replaced by a 100 ohm resistor and
  258. the MAX232 by a CMOS inverter.
  259.  
  260. If you don't have the experience to etch your own PCB (it's not very
  261. difficult) or don't know someone who does, then you could solder the
  262. components in a universal raster PCB or plug them into an experimental
  263. board. Then produce just a simple PCB with only the ISO card contacts
  264. and connections to outside the decoder by mechanically removing the
  265. thin copper layer with a good knive between the 4 contacts and lines.
  266.  
  267. Peoples have also suggested to use an empty German phone card, which
  268. also has ISO contacts. Remove the integrated chip from the other
  269. non-contact side, test whether the contacts are now isolated from each
  270. other and use a special conductive ink you'll find in an electronics
  271. store in order to draw connections to the end of the card were you
  272. connect wires. I haven't tested this and don't know how well it works,
  273. but you might also consider it. If you ask dealers who sell Videocrypt
  274. clone cards, you might also get a suitable PCB with card contacts for
  275. little money.
  276.  
  277. You can use the same circuit with a few modifications in order to
  278. connect a PC to a smart card. This allows you to use the PC in order to
  279. emulate a decoder from the card's point of view.
  280.  
  281. Just connect the card's RST input to pin 12 of the MAX232 so that you
  282. can control the RST line with the RS-232 RTS signal. Add a 20k pull-up
  283. resistor from the card's I/O line to VCC. In addition, you'll have to
  284. generate a 3.57 MHz CLK signal for the card. If you use other
  285. frequencies, remember that the time for one protocol bit is 372 CLK
  286. periods and you'll have to adjust the bits/sec rate. Either you'll find
  287. a complete 3.5 or 3.579545 MHz quartz oscillator which delivers a TTL
  288. signal or you build one like the following circuit using a 3.579545 MHz
  289. quartz (easily available, because each NTSC TV set contains one) and 2
  290. of the 6 CMOS inverters in a 74HC04. I've also tried a 74HCT04 and a
  291. 4069, but they both are less suitable. And of course you'll need an
  292. external regulated +5 V power supply (a decoder will give you only VCC
  293. and CLK while it is talking to a card). In order to protect both the
  294. card and the adapter, it might be a good idea to put a 10 ohm resistor
  295. in all lines to the card (and perhaps even protection diodes to VCC and
  296. GND). If you don't already have a VCC/GND capacitor near the 74HC04,
  297. then add 0.1 uF between VCC and GND.
  298.  
  299.            
  300.      1M         2.2k        3|\4            10
  301.   +-/\/\/--+----/\/\/-----+--| o-----+-----/\/\/---o CLK
  302.   |        |2             |  |/      |
  303.   |       -o-             |          |100 pF
  304.   |     /_____\           |         ===
  305.   |        |1             |          |
  306.   |        | 3.579545 MHz |          |
  307.   |        |     +--+     |          -      (also connect to 74HC04:
  308.   +--------+---| |  | |---+         GND     pin 5,7,9,11,13=GND,
  309.            |     +--+     |                 pin 14=VCC=+5 V)
  310.            |27pF          |27pF
  311.           ===            ===
  312.            |              |
  313.            -              -
  314.           GND            GND
  315.  
  316. You can easily build a universal device that can be operated in two
  317. modes by changing the position of two jumpers:
  318.  
  319.   a) In the first mode, you have a PC<->decoder adapter. The PCB is plugged
  320.      into the card slot of a decoder, and either you let the PC talk
  321.      to the decoder or you put a card into the additional slot on your
  322.      device and use the PC in order to listen to the traffic between
  323.      card and decoder. Use the jumpers in order to connect pins CLK and
  324.      RST of your card slot to those of the decoder.
  325.  
  326.   b) In the second mode of operation, you have a PC<->card adapter. The
  327.      device is not connected with the decoder and you have to attach a
  328.      +5 V power supply. The jumpers are switched, so that your card slot
  329.      has its CLK pin connected to the output of the above quartz oscillator
  330.      and the RST pin to pin 12 of the MAX232. As in this mode the PCB
  331.      isn't plugged into the decoder, it is convenient to have tiny
  332.      feets attached to the PCB so that you can put it on a table.
  333.  
  334. Now you've built a cheap and flexible debugging tool for all ISO 7816
  335. compatible smart card systems that use an asynchronous protocol. Other
  336. ideas are to add a chip socket for a microcontroller (e.g. a PIC16C84
  337. from Microchip or a 8032+EPROM from Intel) parallel to the additional
  338. card slot and to add pins where you can easily connect an oscilloscope.
  339. This allows you to debug card software for microcontrollers easily.
  340. Feel free to produce and sell such a device, but if you do it
  341. commercially, please be nice and don't forget to send me a free one,
  342. too. :-)
  343.  
  344. ISO 7816 chip card connectors are e.g. available from:
  345.  
  346.      Amphenol-Tuchel Electronics GmbH
  347.      August-Haeusser-Str. 10
  348.      D-74080 Heilbronn
  349.      Germany
  350.  
  351.      phone +49 7131 486-0
  352.      fax   +49 7131 486-323
  353.  
  354. A few final remarks about the security of the adapter:
  355.  
  356. Normally, both the RS-232 interface and the decoder slot should not be
  357. harmed by short circuits, but be careful. Also try to avoid
  358. electrostatic voltage (e.g. generated by walking on a suitable carpet)
  359. near the interface, because discharges cause easily decoder or PC
  360. crashes and could theoretically even harm the hardware (especially CMOS
  361. chips like the 74HC04). Before connecting the decoder and the PC the
  362. first time, you might want to check the voltage between the two GND
  363. lines. In correct installations, the difference of the GND potentials
  364. is very low (below 1 V), but someone has reported up to 50 V (high
  365. impedance only). Most TV sets, VCRs, SAT receivers and decoders are not
  366. connected with the earth line, so their GND potential is floating or
  367. sometimes only defined by e.g. the shielding of the antenna cable. If
  368. your antenna system is not correctly installed, the shield might also
  369. not be grounded. One quick solution might be to switch off all
  370. components and then connect first the RS-232 GND line to e.g. the GND
  371. in the SCART connector or the GND at an audio connector of your decoder
  372. before connecting anything else. You might also design the ISO contacts
  373. on the PCB so that GND touches all pins at first when the PCB is
  374. inserted in the card slot. The only really secure protection between
  375. your PC and your decoder would be to use an isolating RS-232 driver
  376. (e.g. you might want to check data sheets of Maxim's MAX250/251/252
  377. chips which offer RS-232 protection up to 1500 V), but under normal
  378. circumstances you won't need this.
  379.  
  380. Use this circuit at your own risk and please don't blame me if anything
  381. doesn't work or produces only smoke and noise. Good luck ... ;-)
  382.  
  383.