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(yàn)證個(gè)人簽名，并將信息捆綁在一起，達(dá)到與紙上簽名同樣的效果，從而實(shí)現(xiàn)無紙化辦公的一種技術(shù)。在物品配送市場(chǎng)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(shí)，數(shù)字簽名將是強(qiáng)有力的證據(jù)。為此，希望有一種體積小、簡(jiǎn)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(duì)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(duì)液晶屏讀寫數(shù)據(jù)，用ADS7846對(duì)四線式電阻觸摸屏采集數(shù)據(jù)。下面介紹一下硬件的實(shí)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(qiáng)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(dòng)液晶模塊LCM的驅(qū)動(dòng)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(biāo)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(hào)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(kù)及其管理電路以及產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)序的時(shí)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(yùn)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(kuò)的字符發(fā)生器CGRAM或EXCGROM。驅(qū)動(dòng)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(shí)序脈沖信號(hào)。
圖2
1.2 ADS7846觸摸屏控制器
ADS7846是美國(guó)Burr-Brown公司推出的與ADS7846是美國(guó)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(jī)械式觸摸，可以迅速得到觸摸點(diǎn)的位置信號(hào)。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(cè)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(gè)點(diǎn)），自動(dòng)進(jìn)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(fù)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(shí)鐘輸入端 |
| DIN | 串行數(shù)據(jù)輸入端 |
| BUSY | 忙信號(hào)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(shí)，PENIRQ為低電平?？刂破鞅O(jiān)測(cè)到PENIRQ為低電平時(shí)，通過串行口往ADS7846發(fā)控制字。在片選CS為低是電平時(shí)，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(duì)應(yīng)的輸出。圖2為ADS7846在每次轉(zhuǎn)換為16個(gè)時(shí)鐘周期下的時(shí)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(chǔ)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(jī)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51系列單片機(jī)兼容，它具有3個(gè)16位定時(shí)器，12個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2個(gè)增強(qiáng)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(chǔ)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(jì)中采用的顯示屏是由北京蓬遠(yuǎn)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(diǎn)陣型顯示器，具有體積小，重量輕，顯示靈活等優(yōu)點(diǎn)。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(jiǎn)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(duì)于PDA320240A只需要對(duì)18根信號(hào)線進(jìn)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(fù)電極 |
| CL1 | 顯示數(shù)據(jù)鎖存脈沖信號(hào) |
| CL2 | 顯示使能信號(hào)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(dòng)電源（+18） |
| FLM | 幀掃描信號(hào)輸入線 |
| RESET | 液晶屏復(fù)位 |
| DISP | 顯示屏的驅(qū)動(dòng)輸出（接地） |
由圖3可以看出，觸摸屏上的4個(gè)模擬信號(hào)X+、X-、Y+、Y-，通過ADS7846轉(zhuǎn)化成量化的數(shù)字坐標(biāo)，坐標(biāo)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(jī)，或用藍(lán)牙接口無線傳輸至其它設(shè)備上。
2 軟件設(shè)計(jì)
數(shù)字簽名的軟件實(shí)現(xiàn)是將觸摸坐標(biāo)即時(shí)地轉(zhuǎn)換為顯示坐標(biāo)，直接在屏幕上打點(diǎn)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(chǔ)簽名等圖像信息。實(shí)際證明，該方法可操作性強(qiáng)，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(cè)INT0為低電平，在延時(shí)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(biāo)TOUC_XY，計(jì)算出屏上的顯示坐標(biāo)SIGN_XY。通過坐標(biāo)判斷是否為簽名區(qū)域，如果是則在屏上顯示出觸摸點(diǎn)。簽名結(jié)束后，同樣通過坐標(biāo)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(shí)，記錄下當(dāng)前點(diǎn)的坐標(biāo)，存儲(chǔ)于存儲(chǔ)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(chǔ)器中。比較上面兩種方法，第一種由于每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩個(gè)簽名坐標(biāo)，對(duì)于160×50點(diǎn)陣的簽名框，在全部涂黑的情況下，存儲(chǔ)量多達(dá)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(duì)比靈活，無論簽名量的多少，對(duì)于同樣的簽名框，存儲(chǔ)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(shí)例
目前無論是我國(guó)郵政還是物品投遞公司，其物品投遞確認(rèn)信息都是以紙質(zhì)介質(zhì)形式進(jìn)行存儲(chǔ)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(yàn)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?，F(xiàn)在使用我們開發(fā)物品投遞確認(rèn)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(qiáng)；數(shù)據(jù)存入非易失性存儲(chǔ)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(lán)牙模塊，向上位機(jī)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(shí)的狀態(tài)。
4 結(jié)論
利用SED1335和ADS7846組成的用51系列單片機(jī)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(diǎn)。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(jī)、Motorola的龍珠芯片）可以直接驅(qū)動(dòng)液晶屏顯示，這樣可以大大降低硬件電路的設(shè)計(jì)。
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