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数字签名技术在手持式设备上的应用
数字签名技术在手持式设备上的应用 关键词：数字签名 液晶显示 触摸屏 SED1335 ADS7846 电子签名技术是通过电子设备来采集和验证个人签名，并将信息捆绑在一 起，达到与纸上签名同样的效果，从而实现无纸化办公的一种技术。在物品配送 市场中，减少纸张作为投递证据所采用的首选技术就是签名采集技术。当业务交 换中发生问题时，数字签名将是强有力的证据。为此，希望有一种体积小、简便 易操作的手持式签名信息采集器能够替代现在普遍使用的纸质签名。1 硬件电路及其工作原理 在很多应用领域中，触摸屏作为基本的输入设备，而显示屏作为输出设备。
要完成对签名等图像的采集，需要在触摸屏上输入信息，显示屏上显示输入信息。
本文采用SED1335液晶显示控制器对液晶屏读写数据，用ADS7846对四线式电阻 触摸屏采集数据。下面介绍一下硬件的实现过程。
图1 1.1 液晶显示控制器 SED1335是日本SEIKO EPSON公司生产的液晶显示控制器，它在同类产 品中是功能最强的。其结构如图1所示。SED1335硬件结构可分成接口部分、内 部控制部和驱动液晶模块LCM的驱动部分。接口部分由指令输入缓冲器、数据 输入缓冲器、数据输出缓冲器和标志寄存器组成。这些缓冲器通道的选择是由引 脚A0和读、写操作信号联合控制。控制部SED1335的核心，它由振荡器、功能逻 辑电路、显示RAM管理电路、字符库及其管理电路以及产生驱动时序的时序发 生器组成，振荡器工作频率可在1～10MHz范围内选择。SED1335能在很高的工 作频率下迅速解译MPU发来的指令代码，将参数置入相应的寄存器内，并触发 相应的逻辑功能电路运行。控制部分可以管理64KB显示RAM，显示内藏的字符 发生器及外扩的字符发生器CGRAM或EXCGROM。驱动部分具有各显示区的合 成显示能力，传输数据的组织功能及产生液晶显示模块所需要的时序脉冲信号。
图2 1.2 ADS7846触摸屏控制器ADS7846是美国Burr-Brown公司推出的与ADS7846是美国Burr-Brown公 司推出的与ADS7843兼容的新一代4线制电阻式触摸屏控制器，通过机械式触摸， 可以迅速得到触摸点的位置信号。它是一种典型的带有连续逼近型寄存器的A/D 转换器，内部自带+2.5V参考电压，微处理器的串行接口，可测量温度和触摸压 力，有可编程的8位或12位的分辨率（最大精度可分辨4096×4096个点），自动进 入低功耗模式。在2.7V电压下和125kHz的转换速率下，功耗为750μW；
关闭模 式下，功耗仅为0.5μW。提供TSSOP-16和SSOP-16两种封装。引脚功能如表1所 示。
表1 为了完成一次A/D转换，在触摸屏有触摸事件发生时，PENIRQ为低电平。
控制器监测到PENIRQ为低电平时，通过串行口往ADS7846发控制字。在片选CS 为低是电平时，DIN在DCLK上升沿输入8位方式控制字后，DOUT在DCLK下降 沿得到控制字相对应的输出。图2为ADS7846在每次转换为16个时钟周期下的时 序图。
1.3 触控显示电路 终端触控显示部分硬件电路如图3所示。该电路主由微控制器、液晶屏和 液晶显示控制器、触摸屏和触摸屏控制器、存储器以及供电电路等其它部分组成。
其中微处理器采用了Winbond公司的W78E58，此单片机与工业标准MCS-51系列 单片机兼容，它具有3个16位定时器，12个中断源，2个中断优先级，2个增强型 串口，32KB Flash EPROM，可编程Watchdog,双DPTR指针。2片62256分别作液 晶屏的显存和签名数据存储器，液晶显示触摸屏控制器采用前两节介绍的控制器。
设计中采用的显示屏是由北京蓬远公司生产的液晶显示屏PDA320240A。
PDA320240液晶显示屏是一种精度高的点阵型显示器，具有体积小，重量轻，显 示灵活等优点。它具有两种显示方式：文本显示和图形显示。为了向用户提供更 为简单的操作界面，许多显示屏的辅助功能模块都已经集成化，对于 PDA320240A只需要对18根信号线进行操作（引脚定义如表2所列），就可以完 成相应的显示功能。
表2 由图3可以看出，触摸屏上的4个模拟信号X+、X-、Y+、Y-，通过ADS7846转化成量化的数字坐标，坐标转换后由SED1335控制显示在液晶屏上。签名完毕 后，图像信息通过SED1335上的XD0～XD3读取签名信息采集存入RAM62256（1） 中，W78E58上的串口可将签名数据通过RS-232-C传到打印机，或用蓝牙接口无 线传输至其它设备上。
2 软件设计 数字签名的软件实现是将触摸坐标即时地转换为显示坐标，直接在屏幕上 打点显示，然后交给液晶显示控制器处理，将其按显示的格式存储签名等图像信 息。实际证明，该方法可操作性强，处理速度快。
流程如图4所示。MCU上电后一直处于等待触摸状态，一旦检测INT0为低 电平，在延时10ms后INT0仍为低电平，即有触摸发生。执行触摸控制程序touch()， 得到触摸位置的12位精度坐标TOUC_XY，计算出屏上的显示坐标SIGN_XY。通 过坐标判断是否为签名区域，如果是则在屏上显示出触摸点。签名结束后，同样 通过坐标判断跳出触摸控制程序，读出签名框内的所有信息并保存。
图3 数据保存的方法有多种，其一是每次有效触摸事件发生时，记录下当前点的 坐标，存储于存储中；
其二是在签名完成后，按行扫描液晶屏上显示的签名框， 读取签名框内的数据，然后存于存储器中。比较上面两种方法，第一种由于每个 点对应两个签名坐标，对于160×50点阵的签名框，在全部涂黑的情况下，存储量 多达160×50×2=16000字节，因此该方法比较适合少量数据的采集；
第二种方法 相对比灵活，无论签名量的多少，对于同样的签名框，存储量最多为 160×50/8=1000字节，因此我们采用此方法。
3 应用实例 目前无论是我国邮政还是物品投递公司，其物品投递确认信息都是以纸质 介质形式进行存储的，其信息采集和使用都很不方便。比如包裹投递的操作是邮 政投递人员验证收件人的证件后，由包裹收件人在包裹单上填写相应的接收信息 并签收，签收后的包裹单由投递人员交给邮局保存。现在使用我们开发物品投递 确认手持式设备，代替原有的纸质签名，其中签名数据经过压缩编码处理后。数 据量小、保密性强；
数据存入非易失性存储器中，能在掉电情况下恢复数据；
签 名数据可以通过设备上的蓝牙模块，向上位机发送签名数据，数据经过触密后可以还原为签名时的状态。
4 结论 利用SED1335和ADS7846组成的用51系列单片机控制数字签名手持式设 备，具有成本低、签名效果清晰等优点。在嵌入式领域中，随着新器件的不断涌 现，一些微控制器（比如EPSON系列单片机、Motorola的龙珠芯片）可以直接驱 动液晶屏显示，这样可以大大降低硬件电路的设计。
