數字簽名技術(shù)在手持式設備上的應用

關(guān)鍵詞：數字簽名 液晶顯示 觸摸屏 SED1335 ADS7846

電子簽名技術(shù)是通過(guò)電子設備來(lái)采集和驗證個(gè)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(shí)現無(wú)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所采用的首選技術(shù)就是簽名采集技術(shù)。當業(yè)務(wù)交換中發(fā)生問(wèn)題時(shí)，數字簽名將是強有力的證據。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

在很多應用領(lǐng)域中，觸摸屏作為基本的輸入設備，而顯示屏作為輸出設備。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(xiě)數據，用ADS7846對四線(xiàn)式電阻觸摸屏采集數據。下面介紹一下硬件的實(shí)現過(guò)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(lèi)產(chǎn)品中是功能最強的。其結構如圖1所示。SED1335硬件結構可分成接口部分、內部控制部和驅動(dòng)液晶模塊LCM的驅動(dòng)部分。接口部分由指令輸入緩沖器、數據輸入緩沖器、數據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(xiě)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范圍內選擇。SED1335能在很高的工作頻率下迅速解譯MPU發(fā)來(lái)的指令代碼，將參數置入相應的寄存器內，并觸發(fā)相應的邏輯功能電路運行?？刂撇糠挚梢怨芾?4KB顯示RAM，顯示內藏的字符發(fā)生器及外擴的字符發(fā)生器CGRAM或EXCGROM。驅動(dòng)部分具有各顯示區的合成顯示能力，傳輸數據的組織功能及產(chǎn)生液晶顯示模塊所需要的時(shí)序脈沖信號。

圖2

1.2 ADS7846觸摸屏控制器

ADS7846是美國B(niǎo)urr-Brown公司推出的與ADS7846是美國B(niǎo)urr-Brown公司推出的與ADS7843兼容的新一代4線(xiàn)制電阻式觸摸屏控制器，通過(guò)機械式觸摸，可以迅速得到觸摸點(diǎn)的位置信號。它是一種典型的帶有連續逼近型寄存器的A/D轉換器，內部自帶+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40964096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

為了完成一次A/D轉換，在觸摸屏有觸摸事件發(fā)生時(shí)，PENIRQ為低電平?？刂破鞅O測到PENIRQ為低電平時(shí)，通過(guò)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應的輸出。圖2為ADS7846在每次轉換為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(gè)16位定時(shí)器，12個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級，2個(gè)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據存儲器，液晶顯示觸摸屏控制器采用前兩節介紹的控制器。

設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(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(hù)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，對于PDA320240A只需要對18根信號線(xiàn)進(jìn)行操作（引腳定義如表2所列），就可以完成相應的顯示功能。

表2

由圖3可以看出，觸摸屏上的4個(gè)模擬信號X+、X-、Y+、Y-，通過(guò)ADS7846轉化成量化的數字坐標，坐標轉換后由SED1335控制顯示在液晶屏上。簽名完畢后，圖像信息通過(guò)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據通過(guò)RS-232-C傳到打印機，或用藍牙接口無(wú)線(xiàn)傳輸至其它設備上。

2 軟件設計

數字簽名的軟件實(shí)現是將觸摸坐標即時(shí)地轉換為顯示坐標，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簽名等圖像信息。實(shí)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(shí)10ms后INT0仍為低電平，即有觸摸發(fā)生。執行觸摸控制程序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(guò)坐標判斷是否為簽名區域，如果是則在屏上顯示出觸摸點(diǎn)。簽名結束后，同樣通過(guò)坐標判斷跳出觸摸控制程序，讀出簽名框內的所有信息并保存。

圖3

數據保存的方法有多種，其一是每次有效觸摸事件發(fā)生時(shí)，記錄下當前點(diǎn)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，讀取簽名框內的數據，然后存于存儲器中。比較上面兩種方法，第一種由于每個(gè)點(diǎn)對應兩個(gè)簽名坐標，對于16050點(diǎn)陣的簽名框，在全部涂黑的情況下，存儲量多達160502=16000字節，因此該方法比較適合少量數據的采集；第二種方法相對比靈活，無(wú)論簽名量的多少，對于同樣的簽名框，存儲量最多為16050/8=1000字節，因此我們采用此方法。

3 應用實(shí)例

目前無(wú)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(jìn)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(xiě)相應的接收信息并簽收，簽收后的包裹單由投遞人員交給郵局保存?，F在使用我們開(kāi)發(fā)物品投遞確認手持式設備，代替原有的紙質(zhì)簽名，其中簽名數據經(jīng)過(guò)壓縮編碼處理后。數據量小、保密性強；數據存入非易失性存儲器中，能在掉電情況下恢復數據；簽名數據可以通過(guò)設備上的藍牙模塊，向上位機發(fā)送簽名數據，數據經(jīng)過(guò)觸密后可以還原為簽名時(shí)的狀態(tài)。

4 結論

利用SED1335和ADS7846組成的用51系列單片機控制數字簽名手持式設備，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(zhù)新器件的不斷涌現，一些微控制器（比如EPSON系列單片機、Motorola的龍珠芯片）可以直接驅動(dòng)液晶屏顯示，這樣可以大大降低硬件電路的設計。