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[導(dǎo)讀]數(shù)字簽名技術(shù)在手持式設(shè)備上的應(yīng)用

摘要:針對當(dāng)前物流行業(yè)高成本的紙質(zhì)簽名,本文分析數(shù)字簽名的優(yōu)點,以液晶顯示控制芯片SED1335和觸摸屏控制芯片ADS7846為例,提出一種在手持式設(shè)備上實現(xiàn)數(shù)字簽名采集的方法,給出硬件和軟件的實現(xiàn)過程。

    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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