劉強，徐鋒，賓小升
?。◤V東嶺南通股份有限公司，廣東 廣州，510110）
摘要：目前大多數(shù)金融POS機僅支持數(shù)字輸入，而單一的數(shù)字輸入并不能完全滿足人們對金融POS機功能需求的提升，因此有必要改進傳統(tǒng)金融POS機的輸入機制，實現(xiàn)POS機的數(shù)字、字母和符號等字符的混合輸入。研究并提出一種通過控制開關(guān)和枚舉的形式，基于查表式的輕量級字符輸入的方法，實現(xiàn)簡單、快速、高效的混合輸入字符功能。
關(guān)鍵詞：金融POS機；矩陣鍵盤；字符輸入；驅(qū)動設計；控制開關(guān)
0引言
隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及金融產(chǎn)品的更迭，金融POS設備已成為線下支付的重要手段。各個銀行紛紛推出各自的金融POS設備，這些設備通常外觀新穎小巧，攜帶方便且使用靈活，具備交易速度快、交易安全可靠等特點［1］，因此深受商家和持卡用戶的喜愛。但在使用的過程中，此類產(chǎn)品也暴露出了一些不足，例如由于使用了矩陣鍵盤，造成多鍵共用，不支持多種混合輸入的突出問題［2］。
雖然傳統(tǒng)手機采用的鍵盤布局與金融POS機類似，多種字符方法理論上可適用于金融POS設備，但金融POS設備大多采用簡單的過程化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計模式，將傳統(tǒng)手機的輸入方法移植到金融POS裝置中十分困難，并且代價高昂。因此本文根據(jù)金融POS常使用的矩陣鍵盤的設計方法，研究一種通過控制開關(guān)切換，根據(jù)用戶輸入字符的情況，在屏幕特定的區(qū)域顯示待輸入的字符列表，由用戶根據(jù)需要進行選擇，從而實現(xiàn)混合輸入的方式。該方式使用簡單、操作方便，具有較好的推廣移植性，同時有效解決多種混合輸入模式的切換問題［34］。
1裝置設計
1.1設計流程
對金融POS矩陣鍵盤設計功能定義處理流程，關(guān)鍵步驟是在傳統(tǒng)的數(shù)字輸入基礎上增加一個判斷功能，嵌入數(shù)據(jù)和字符的顯示和輸入功能，實現(xiàn)混合輸入效果。設計流程如圖1所示。
1.2硬件設計
1.2.1設計思路
本設計是基于矩陣鍵盤的金融POS機來實現(xiàn)多個字符共用同一步鍵，常用矩陣鍵盤式金融POS機面板如圖2所示。
圖2傳統(tǒng)POS機鍵盤基于矩陣鍵盤式金融POS機實現(xiàn)字符的輸入，關(guān)鍵電路設計如下。
本設計采用一個5×5的矩陣來表示21個鍵值，通過對10個主CPU芯片的管腳GPIO口掃描得到用戶當前的按下的鍵值。在初始化階段，ROW1~ROW5設置為推勉輸出，且為低電平狀態(tài)，LINE1~LINE5設置為上拉輸入，并將LINE設置為外部中斷模式。如果矩陣鍵盤中的1個按鍵按下，則10個交叉處所對應的LINE引腳發(fā)生中斷，在中斷處理程序中關(guān)閉中斷，并將ROW1~ROW5依次修改為輸入狀態(tài)，再將LINE1~LINE5設置推勉輸出，且為高電平狀態(tài)，這時再遍歷查詢ROW1~ROW5的電平狀態(tài)，查詢所得高電平狀態(tài)即可得到ROW線，通過LINE線和ROW即可確定十字位置，即鍵值。相關(guān)原理圖如圖3所示。
1.2.2防抖動設計
鍵盤驅(qū)動必須解決的一個問題是按鍵的抖動。在按鍵按下和抬起的過程中，電壓信號會出現(xiàn)很多毛刺，這主要是由于機械按鍵的彈性作用引起的。盡管觸點看起來非常穩(wěn)定，而且快速地閉合，但相對于嵌入式處理器的運行速度來說，這種動作還是相對很慢的。這種脈沖在某些按鍵功能設計時，如果處理不當可能會帶來災難性的后果，所以必須對按鍵信號進行防抖檢測。按鍵防抖檢測的核心思想是在嵌入式處理器的幾個時鐘周期內(nèi)，通過對按鍵信號進行多次訪問，查看電平狀態(tài)是否保存一致。如果保持一致，則說明按鍵狀態(tài)已經(jīng)穩(wěn)定；否則，說明之前檢測到的按鍵信號是抖動信號或外界信號干擾［5］，系統(tǒng)將不會對其進行任何處理。
1.3軟件設計
1.3.1設計思路
矩陣鍵盤驅(qū)動的設計主要分為：GPIO初始化及配置、外部中斷的配置、中斷驅(qū)動程序的設計、鍵值的查詢和鍵值的確認。
（1）GPIO初始化及配置
根據(jù)CPU的芯片手冊的配置方法，查詢當前矩陣鍵盤所接的CPU管腳，將所有連接的管腳進行初始化，并對控制該管腳的時鐘進行初始配置。
?。?）外部中斷配置
為了接收到按鍵的中斷信號，需要對列上的管腳進行中斷配置，以便CPU中斷程序響應按鍵對應的中斷請求。
（3）中斷驅(qū)動程序的設計
通過打開中斷，對應按鍵按下后，CPU將會進入相應的中斷處理程序，此時需要清除相應中斷信息，防止處理完成后再次快速中斷響應。
?。?）鍵值的查詢和鍵值的確認
通過中斷響應程序，可以定位到具體的LINE線的數(shù)值，此時再將ROW線設置為輸入狀態(tài)，修改LINE1~LINE5為推勉輸出，由于通過上位電阻連接到3.3 V，因此為高電平狀態(tài)，此時再次對ROW1~ROW5進行識別，當為高電平的ROW線時即為按鍵按下的鍵值，通過對LINE和ROW進行十字定位，即可確定按下的具體按健。
1.3.2驅(qū)動程序設計
當確定按鍵位置后，需要根據(jù)實際情況來選擇顯示的不同字符，如數(shù)字“7”與“PQRS”共用。根據(jù)金融POS的使用習慣，用戶大多情況下以數(shù)字鍵為主。根據(jù)這一習慣，本設計裝置在驅(qū)動中通過設置開關(guān)S實現(xiàn)輸入模式的切換，當S=0時為數(shù)字模式，如圖4所示，直接顯示數(shù)字；當S=1時為字符模式，如圖5所示，在一公用位置顯示出待選擇的所有字符，用戶可根據(jù)序號選擇期望的字符。
通過這種模式，當用戶需要輸入多種混合字母的時候，通過切換開關(guān)即可完成多種字符的復雜輸入。用戶確定按健數(shù)字的鍵值后，通過輸入模
圖4數(shù)字模式圖5字符模式式開關(guān)（將21個鍵值中某一個特定鍵如F2作為輸入模式開關(guān)鍵，通過此開關(guān)來控制數(shù)字和非數(shù)字的輸入），向顯示界面發(fā)送當前預定義的顯示內(nèi)容，根據(jù)提示即可完成字符或數(shù)字的輸入。
在驅(qū)動程序設計中，定義了一個結(jié)構(gòu)用于存儲相關(guān)的參數(shù)來實現(xiàn)開關(guān)S，具體如下：
typedef struct _KEYCONFIG
// 矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)
{
BYTE bSwtich;//輸入模式
BYTEbKeyValue;//當前鍵值
BYTEbLastKey;//上次鍵值
LONG lTimeout;//超時時間
BYTE bNum;//按鍵次數(shù)
} KEYCONFIG, *PKEYCONFIG；
該結(jié)構(gòu)主要用來存儲用戶每次按鍵的動作，bSwtich的值由界面上特定功能鍵F1控制，設備啟動時默認為數(shù)字開啟狀態(tài)。當輸入模式為bSwtich=0時，當前得到的數(shù)字即為鍵值bKeyValue；當輸入模式為bSwtich=1時，且bNum=0時，將當前得到的鍵值賦值給bLastKey，并根據(jù)該鍵值顯示對應用的非數(shù)字大寫字符，大小寫的控制功能由特殊字符健F2控制，使用方式與F1類似。
2終端測試
本文以一款普通的金融POS機為測試樣機，通過上述方法進行設計，在意法半導體的F103系列的CPU上完成了相關(guān)設計和代碼編寫整合。
在測試過程中，本文采用了功能性測試與性能性測試相結(jié)合的方法，對各個部分分別進行了白盒測試和黑盒測試。測試結(jié)果顯示本文所采用的方法具備驗證可靠、簡單、效率高且占用系統(tǒng)開銷較小等優(yōu)點，適用于普通金融POS輸入方法的一般設計需求，具有較好的應用前景。
3結(jié)論
本文介紹了一種通過矩陣鍵盤，以開關(guān)控制的查表方法來實現(xiàn)多字符和數(shù)字混合輸入的金融POS機字符輸入工作原理和開發(fā)方案。通過真實案例測試證明該金融POS裝置輸入穩(wěn)定、切換方便，能夠較好地實現(xiàn)字符和數(shù)字的混合輸入。目前，該方法已應用于嶺南通P20（嶺南通是指廣東省公交一卡通互聯(lián)互通系統(tǒng)）設備開發(fā)中，在嶺南通電子票證項目的系統(tǒng)配置中，可以使用混合輸入方法配置運行時的多項參數(shù)，取得了良好的應用效果。
參考文獻
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