數(shù)字簽名技術(shù)在手持式設(shè)備上的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：數(shù)字簽名 液晶顯示 觸摸屏 SED1335 ADS7846
電子簽名技術(shù)是通過電子設(shè)備來采集和驗證個人簽名，并將信息捆綁在一起，達到與紙上簽名同樣的效果，從而實現(xiàn)無紙化辦公的一種技術(shù)。在物品配送市場中，減少紙張作為投遞證據(jù)所采用的首選技術(shù)就是簽名采集技術(shù)。當(dāng)業(yè)務(wù)交換中發(fā)生問題時，數(shù)字簽名將是強有力的證據(jù)。為此，希望有一種體積小、簡便易操作的手持式簽名信息采集器能夠替代現(xiàn)在普遍使用的紙質(zhì)簽名。
1 硬件電路及其工作原理
在很多應(yīng)用領(lǐng)域中，觸摸屏作為基本的輸入設(shè)備，而顯示屏作為輸出設(shè)備。要完成對簽名等圖像的采集，需要在觸摸屏上輸入信息，顯示屏上顯示輸入信息。本文采用SED1335液晶顯示控制器對液晶屏讀寫數(shù)據(jù)，用ADS7846對四線式電阻觸摸屏采集數(shù)據(jù)。下面介紹一下硬件的實現(xiàn)過程。
圖1
1.1 液晶顯示控制器
SED1335是日本SEIKO EPSON公司生產(chǎn)的液晶顯示控制器，它在同類產(chǎn)品中是功能最強的。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。SED1335硬件結(jié)構(gòu)可分成接口部分、內(nèi)部控制部和驅(qū)動液晶模塊LCM的驅(qū)動部分。接口部分由指令輸入緩沖器、數(shù)據(jù)輸入緩沖器、數(shù)據(jù)輸出緩沖器和標志寄存器組成。這些緩沖器通道的選擇是由引腳A0和讀、寫操作信號聯(lián)合控制?？刂撇縎ED1335的核心，它由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RAM管理電路、字符庫及其管理電路以及產(chǎn)生驅(qū)動時序的時序發(fā)生器組成，振蕩器工作頻率可在1～10MHz范圍內(nèi)選擇。SED1335能在很高的工作頻率下迅速解譯MPU發(fā)來的指令代碼，將參數(shù)置入相應(yīng)的寄存器內(nèi)，并觸發(fā)相應(yīng)的邏輯功能電路運行?？刂撇糠挚梢怨芾?4KB顯示RAM，顯示內(nèi)藏的字符發(fā)生器及外擴的字符發(fā)生器CGRAM或EXCGROM。驅(qū)動部分具有各顯示區(qū)的合成顯示能力，傳輸數(shù)據(jù)的組織功能及產(chǎn)生液晶顯示模塊所需要的時序脈沖信號。
圖2
1.2 ADS7846觸摸屏控制器
ADS7846是美國Burr-Brown公司推出的與ADS7846是美國Burr-Brown公司推出的與ADS7843兼容的新一代4線制電阻式觸摸屏控制器，通過機械式觸摸，可以迅速得到觸摸點的位置信號。它是一種典型的帶有連續(xù)逼近型寄存器的A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部自帶+2.5V參考電壓，微處理器的串行接口，可測量溫度和觸摸壓力，有可編程的8位或12位的分辨率（最大精度可分辨4096×4096個點），自動進入低功耗模式。在2.7V電壓下和125kHz的轉(zhuǎn)換速率下，功耗為750μW；關(guān)閉模式下，功耗僅為0.5μW。提供TSSOP-16和SSOP-16兩種封裝。引腳功能如表1所示。
表1
| 引腳名 | 功能描述 |
| +Vcc | 邏輯正電源 |
| X+,Y+ | 接觸摸屏正電極 |
| X-,Y- | 接觸摸屏負電極 |
| GND | 接地 |
| VBAT | 電源監(jiān)控輸入端 |
| PENIRQ | 中斷輸出端 |
| VREF | 參考電壓輸入輸出端 |
| DOUT | 串行數(shù)據(jù)輸出端 |
| DCLK | 外部時鐘輸入端 |
| DIN | 串行數(shù)據(jù)輸入端 |
| BUSY | 忙信號輸出端（低電平有效） |
| CS | 片選 |
為了完成一次A/D轉(zhuǎn)換，在觸摸屏有觸摸事件發(fā)生時，PENIRQ為低電平?？刂破鞅O(jiān)測到PENIRQ為低電平時，通過串行口往ADS7846發(fā)控制字。在片選CS為低是電平時，DIN在DCLK上升沿輸入8位方式控制字后，DOUT在DCLK下降沿得到控制字相對應(yīng)的輸出。圖2為ADS7846在每次轉(zhuǎn)換為16個時鐘周期下的時序圖。
1.3 觸控顯示電路
終端觸控顯示部分硬件電路如圖3所示。該電路主由微控制器、液晶屏和液晶顯示控制器、觸摸屏和觸摸屏控制器、存儲器以及供電電路等其它部分組成。其中微處理器采用了Winbond公司的W78E58，此單片機與工業(yè)標準MCS-51系列單片機兼容，它具有3個16位定時器，12個中斷源，2個中斷優(yōu)先級，2個增強型串口，32KB Flash EPROM，可編程Watchdog,雙DPTR指針。2片62256分別作液晶屏的顯存和簽名數(shù)據(jù)存儲器，液晶顯示觸摸屏控制器采用前兩節(jié)介紹的控制器。
設(shè)計中采用的顯示屏是由北京蓬遠公司生產(chǎn)的液晶顯示屏PDA320240A。PDA320240液晶顯示屏是一種精度高的點陣型顯示器，具有體積小，重量輕，顯示靈活等優(yōu)點。它具有兩種顯示方式：文本顯示和圖形顯示。為了向用戶提供更為簡單的操作界面，許多顯示屏的輔助功能模塊都已經(jīng)集成化，對于PDA320240A只需要對18根信號線進行操作（引腳定義如表2所列），就可以完成相應(yīng)的顯示功能。
表2
| 引腳名 | 功能描述 |
| EL1、EL2 | 顯示屏背光輸入線 |
| X+，Y+ | 接觸摸屏正電極 |
| X-，Y- | 接觸摸屏負電極 |
| CL1 | 顯示數(shù)據(jù)鎖存脈沖信號 |
| CL2 | 顯示使能信號輸入 |
| PENIRQ | 中斷輸出端 |
| D0～D3 | 顯示數(shù)據(jù)輸入線 |
| VDD | +5V電源 |
| VSS | 接地輸入線 |
| VLCD | 顯示屏驅(qū)動電源（+18） |
| FLM | 幀掃描信號輸入線 |
| RESET | 液晶屏復(fù)位 |
| DISP | 顯示屏的驅(qū)動輸出（接地） |
由圖3可以看出，觸摸屏上的4個模擬信號X+、X-、Y+、Y-，通過ADS7846轉(zhuǎn)化成量化的數(shù)字坐標，坐標轉(zhuǎn)換后由SED1335控制顯示在液晶屏上。簽名完畢后，圖像信息通過SED1335上的XD0～XD3讀取簽名信息采集存入RAM62256（1）中，W78E58上的串口可將簽名數(shù)據(jù)通過RS-232-C傳到打印機，或用藍牙接口無線傳輸至其它設(shè)備上。
2 軟件設(shè)計
數(shù)字簽名的軟件實現(xiàn)是將觸摸坐標即時地轉(zhuǎn)換為顯示坐標，直接在屏幕上打點顯示，然后交給液晶顯示控制器處理，將其按顯示的格式存儲簽名等圖像信息。實際證明，該方法可操作性強，處理速度快。
流程如圖4所示。MCU上電后一直處于等待觸摸狀態(tài)，一旦檢測INT0為低電平，在延時10ms后INT0仍為低電平，即有觸摸發(fā)生。執(zhí)行觸摸控制程序touch()，得到觸摸位置的12位精度坐標TOUC_XY，計算出屏上的顯示坐標SIGN_XY。通過坐標判斷是否為簽名區(qū)域，如果是則在屏上顯示出觸摸點。簽名結(jié)束后，同樣通過坐標判斷跳出觸摸控制程序，讀出簽名框內(nèi)的所有信息并保存。
圖3
數(shù)據(jù)保存的方法有多種，其一是每次有效觸摸事件發(fā)生時，記錄下當(dāng)前點的坐標，存儲于存儲中；其二是在簽名完成后，按行掃描液晶屏上顯示的簽名框，讀取簽名框內(nèi)的數(shù)據(jù)，然后存于存儲器中。比較上面兩種方法，第一種由于每個點對應(yīng)兩個簽名坐標，對于160×50點陣的簽名框，在全部涂黑的情況下，存儲量多達160×50×2=16000字節(jié)，因此該方法比較適合少量數(shù)據(jù)的采集；第二種方法相對比靈活，無論簽名量的多少，對于同樣的簽名框，存儲量最多為160×50/8=1000字節(jié)，因此我們采用此方法。
3 應(yīng)用實例
目前無論是我國郵政還是物品投遞公司，其物品投遞確認信息都是以紙質(zhì)介質(zhì)形式進行存儲的，其信息采集和使用都很不方便。比如包裹投遞的操作是郵政投遞人員驗證收件人的證件后，由包裹收件人在包裹單上填寫相應(yīng)的接收信息并簽收，簽收后的包裹單由投遞人員交給郵局保存。現(xiàn)在使用我們開發(fā)物品投遞確認手持式設(shè)備，代替原有的紙質(zhì)簽名，其中簽名數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮編碼處理后。數(shù)據(jù)量小、保密性強；數(shù)據(jù)存入非易失性存儲器中，能在掉電情況下恢復(fù)數(shù)據(jù)；簽名數(shù)據(jù)可以通過設(shè)備上的藍牙模塊，向上位機發(fā)送簽名數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過觸密后可以還原為簽名時的狀態(tài)。
4 結(jié)論
利用SED1335和ADS7846組成的用51系列單片機控制數(shù)字簽名手持式設(shè)備，具有成本低、簽名效果清晰等優(yōu)點。在嵌入式領(lǐng)域中，隨著新器件的不斷涌現(xiàn)，一些微控制器（比如EPSON系列單片機、Motorola的龍珠芯片）可以直接驅(qū)動液晶屏顯示，這樣可以大大降低硬件電路的設(shè)計。
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