基于Cortex-M3的便攜式POS系統設計

楊希馳, 曾喆昭

(長沙理工大學 電氣與信息工程學院，長沙 410004)

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楊希馳, 曾喆昭

(長沙理工大學 電氣與信息工程學院，長沙 410004)

針對目前嵌入式收款機系統在功能和性價比方面存在不足的問題，介紹了一種基于Cortex-M3芯片的嵌入式收款機系統。該系統功能全面、性能良好、界面完善、具有故障分析和機器自檢功能。運行結果表明，該系統實現了預期目標。

嵌入式POS系統；Cortex-M3；外設設備

引 言

進入新世紀，嵌入式技術在市場上應用越來越廣泛，技術更新換代也日新月異，是電氣電子工業的方向盤。而POS(point of sales)是一種可以基于嵌入式技術的系統，也稱為銷售點實時處理系統。在我國國內，有曹凱、王旭柱、魯繼東所著的《基于Android的POS機刷卡器閱讀芯片驅動研究》[1]，介紹了在Android操作系統的架構上，如何用POS機刷卡器閱讀芯片驅動程序，為Android系統中的應用程序提供接口;徐晨輝、盧文科、黃浩所著的《基于ARM-Linux嵌入式移動POS機系統中啟動程序的研究與設計》[2]，這篇文章提出了一種以硬件結構間的關系作為標準的模塊化設計方法，優化了啟動程序，讓驅動更加快速、穩定地運行，并且代碼可讀性大大增強。

本文介紹了以STM32F107單片機為核心的POS機、數據采集和數據輸出的小規模銷售系統。目前的嵌入式收款機系統在硬件和軟件方面在成本上沒有有效的控制，在功能上沒有很充分地開發。而此款POS系統平臺則擁有成本低廉、操作方便、易于自檢維修等方面的優勢。

POS機的基本作業原理是先將商品資料輸入進SPI-Flash中存儲，商品上的條碼可以通過掃描槍上的光學讀取設備直接讀入，根據條形碼在收款機內存中的商品數據庫找到該商品的相關內容，當然也可以直接用鍵盤輸入條形碼。每一筆商品銷售明細資料亦可自動統計，并且最多可以存一萬筆以上交易記錄。

萬歷三十年三月，時吏科給事中曹于汴劾“南京兵部尚書邢玠，經略播州，茍且卒事，草草而撫，忽忽而還，前旌未啟，酋已焚驛，方談底績，佯若不知，以致禍結兵連，戕民耗國”[16]，其徹底否定了邢玠的經略播州事宜。明末史學家談遷曰：“楊氏嘗覆我師于白石，罪不當貰，即不欲重煩我健兒，曲示漢德，奈何徇其飾說反就松坎而盟之乎”？[11]4760可見，談遷也覺得勘播事失策。對邢玠的勘播事，時人很少論及，縱有議論也往往一筆帶過，邢玠的處置善后事宜，對楊應龍有無制約作用？

1 系統設計

1.1 硬件結構

本系統采用ARM Cortex-M3為內核的32位微處理器STM32F107VC[4-7]，其主頻為72 Hz，該芯片內部采用哈佛結構，內部集成了最大存儲空間為256K的Flash和64K的SRAM，還有大量的I/O口和外設(2個I2C總線，3個SPI，2個I2S，5個USART，2個CAN等等)連接在2個APB總線上。

該系統硬件主要包括：收款數據處理模塊、收款程序存儲模塊、收款數據存儲模塊、串口調試模塊、收款顯示模塊、報表打印模塊、USB模塊。系統硬件結構框圖如圖1[8]所示。

圖1 系統硬件結構框圖

系統的實物圖如圖2所示。

在初始化時，為了便于用戶或者維修人員及時了解設備運轉情況和數據存儲情況，調試信息務必顯示在液晶屏上。通過CH452鍵盤將中英文輸入信息輸入到設備上，通過掃描槍將商品中的條形碼讀取到設備中，最后還可將交易記錄輸出到小票打印機上，最多可以一次性記錄一萬次交易信息。交易信息、用戶等資料存放在SPI-Flash中，時鐘信息放在RTC備用器中。

目前，區塊鏈技術在跨境電商領域的應用依然在不斷的探索和發展。同時作為一種新生事物也需要進一步的不斷完善，例如：去中心化的程度、進一步的數據安全問題、在世界各國合法合規的問題等。仍需學界在區塊鏈技術和應用上進行深入研究，也希望本文能夠為相應的研究者提供參考。

1.2 外設設備

綜上所述，低壓配電系統作為電源向用電負荷傳輸電能的必要途徑，它不僅影響人們的正常生活，同時還會造成責任事故，危及人體生命，損害國家利益。因此，不僅要對低壓配電系統程序和環節進行全面了解，還要正視建筑電氣設計中低壓配電系統安全合理選擇的問題，再保證電源穩定持續的前提下，通過合理方式調整配電形式，減少不必要的配電投資，已達到穩定持續供電的低壓配電系統。

1.2.1 輸入/輸出接口芯片和數碼管顯示芯片

圖2 系統的實物圖

CH452是數碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制芯片[9-10]，可以同時進行64鍵的鍵盤掃描和8位數碼管的操作，具有BCD譯碼、閃爍、移位、段位尋址等功能，還能對CPU提供上電復位信號。

3.5 患者對小米墊滿意度高 小米墊使用方法簡單，透氣性能好，患者感覺舒適，也不增加其痛苦，患者和家屬都能接受。表2顯示，實驗組對預防壓瘡的滿意度明顯高于其他兩組患者，表明患者及家屬對我院自制小米墊預防壓瘡療效的認可度高。

《施工圖設計文件審查數字化的研究和探討》一文中提到，建筑行業已經提出了 “加快推進勘察設計文件數字化交付、審查、存檔工作”的要求，文中還提出了“電子審閱系統”框架，文章側重于介紹工作流程無紙化的實現。泰州市建設工程施工圖設計審查中心已經建立起了“互聯網+”聯合審圖新模式，該模式也實現了全程無紙化。

啟用鍵盤掃描功能后，4線串行接口中的DOUT引腳的功能由串行接口的數據輸出變為鍵盤中斷輸出以及按鍵數據輸出。如果有DIGm(m=0,1,2…7)與SEGn(n=0,1,2…7)的鍵被按下，那么當DIGm輸出高電平時,SEGn可以檢測到高電平；如果按鍵有效，按鍵產生的代碼通過DOUT引腳就能夠產生中斷，CPU則用串行接口來讀取代碼。

另外，CH452僅支持每次同時按下一個鍵，如果有多個鍵值按下，則取按鍵代碼較小的按鍵。

表1、表2是在DIG7～DIG0與SEG7～SEG0之間8×8 矩陣的按鍵編址，按鍵按下時，狀態碼位6總是置1，而按鍵代碼共有7位，所以當鍵按下時，CH452 所提供的實際按鍵代碼在下表中的按鍵編址基礎上偏移40H。也就是說，本文設定的按鍵代碼的取值范圍應該在40H～7FH之間。

CH452還可以控制8個數碼管和64個LED燈，在這次項目中根據不同的界面可以用來顯示時間、商品價格等可以用數字表示的參數。

表1 DIG7～DIG4與SEG7～SEG0之間的編址

表2 DIG3～DIG0與SEG7～SEG0之間的編址

Set_LCD_Cursor(u8 x,u16 y,u8 CursFlag,u32 CursCycleTime,u8 high,u8 width)；

而液晶屏如果要顯示色彩繽紛的圖像或者文字就需要軟件對它進行控制，而這是具有一定復雜度的，下列是液晶部分的部分高級函數操作。

圖3 CH452與STM32F107VC的連接

1.2.2 存儲設備

腦卒中是造成患者各項功能障礙的主因[1]。患者偏癱肢體的功能狀況與生存質量密切相關。所以,如何提高患者的ADL和生活質量成為當前急待處理的問題。近年來,我院實施康復訓練結合中醫治療,效果顯著。匯報如下。

河北土地綜合承載力與區域經濟發展系統整體效應、協調度均逐步升高，協調發展度總體上升，但2012年后有所下降。2001—2008年土地綜合承載力與區域經濟發展處于中度失調向輕度失調過渡狀態，2009—2014年處于勉強協調向中度協調發展階段。這表明河北8個城市協調發展度存在著一定差異，石家莊、唐山協調發展度優于其他城市。因此，河北省要不斷完善城市土地綜合承載力評價體系，診斷各個城市在土地利用過程中存在的短板，對不同類型城市土地資源進行差異化管理，實現土地資源對區域經濟發展的良好承載。

W25X16是華邦公司推出的繼W25X10/20/40/80后容量更大的FLASH 存儲器產品，它有占用空間小、使用壽命長、功耗較低等優點。W25X16能容納2 MB，分布在8 192個編程頁上。它分為32個塊，每個塊由16個扇區組成，W25X16 的最少擦除單位就是一個扇區(4 KB)[11]。W25X16與STM32F107VC的連接方式如圖4所示。

圖4 W25X16與STM32F107VC的連接

1.2.3 打印機

本次項目采用熱敏打印機來輸出每次交易信息。商寶熱敏打印機支持并口、串口、USB、LAN網絡等途徑傳輸數據，帶有384個方點的帶加熱點陣固定打印頭。打印機通過CPU傳輸的數據邏輯控制點陣，并且控制進紙，從而在熱敏紙上印出字體，打出顧客需要的包含交易信息的小票。

1.2.4 掃描輸入設備

LCD_WriteReg(0x0000,0x0001);

兩組妊娠期貧血的發生率比較差異無統計學意義，與妊娠期血容量增加，血液相對稀釋，這是機體生理性變化，并且對照組孕婦在妊娠期也給予了常規的健康教育的指導，因此兩組妊娠期貧血發生率比較，差異無統計學意義。

1.2.5 顯示設備

本次研究對象中CH452的LCD交換數據功能是通過級聯的4線串行接口完成的。在鍵盤掃描期間，DIG7～DIG0 引腳用于列掃描輸出，并且可以依次從DIG0～DIG7輸出高電平，同時其余的引腳置0。SEG7～SEG0引腳都帶有內部下拉電阻，用于行掃描輸入，在鍵盤掃描期間輸出被禁止。

TFT-LCD因其具有大容量、高速度和高對比度顯示等，成為當前顯示領域的主流[12]。LCD 利用了液晶的電光效應，通過電路控制液晶單元的透射率及反射率，從而產生不同灰度層次及多達1670萬種色彩的靚麗圖像，顯示需要的英文和漢文信息都是通過點陣原理完成的。

本次項目采用SSD1289液晶顯示屏來輸出收款機各個界面，SSD1289是一款帶有262 144 種顏色的薄膜場效應管LCD的控制器[13]，它的屏幕尺寸為57 mm×79 mm,有效顯示面積為51 mm×65 mm。它具有240×320的分辨率，SSD1289具有4種接口模式：i8080的MPU接口、VSINC接口、SPI接口和18位RGB接口。STM32F107VC通過FCMS總線來控制LCD的驅動[14]。

項目負責人、麗江師專東巴藝術學院副院長潘宏義介紹項目時說，國家藝術基金項目“納西族東巴畫藝術百年展”是對國家級非物質文化遺產東巴畫百年發展的一次總結展示，是對納西族民族文化的匠心傳承和精神守望，試圖打通人類精神的共同秘道，尋找人類心靈的共同語言。在民族文化保護傳承危機四伏的今天，只有守住民族文化的根脈，才是這個民族最大的財富和遺產，是一個民族得以綿延發展，代代相承的文化基因。講好中國故事，就是要傳承好我們民族的文化和文明。

...I am in no humour at present to give consequence to young ladieswhoareslighted by other men[4].

圖5 SSD1289與作為CPU的STM32F107VC的連接

下列是液晶部分的初始化操作。

① 打開晶振：

掃描槍利用收集到的條形碼上強弱不同的反射光，經過光學系統成像通過光電轉換器將光信號轉換成電信號，譯碼器根據測量而來的脈沖信號0、1來判別條和空的數目，得到的數據還要通過對應的編碼規則(比如本次項目所用的掃描儀運用EAN-13碼)轉換成條形碼序列號。

② 驅動輸出控制(240×320的分辨率)：

LCD_WriteReg(0x0001,0x6B3F);

③ 掃描開始地址：

LCD_WriteReg(0x000F,0x0000);

選擇SPSS21.0相關研究軟件對數據進行研究和處理,計數資料主要以百分比來進行表示,而計量資料主要以(±s)來表示。P值低于0.05顯示數據比較有差異。

(1) 設置光標函數

液晶與STM32F107VC的連接方式如圖5所示。

CH452與作為CPU的STM32的連接方式如圖3所示。

在生成網絡G中，首先需要對文本描述t進行編碼，在這里，使用了Word-CNN-LSTM模型來對文本做編碼。文本編碼后經過一個全連接層壓縮到一個較小的維度（128維），然后使用Leaky-Relu激活，并與輸入圖像x進行拼接。最后再將其輸入到正常的反卷積層進行圖像生成。

其中，x，y是光標閃爍的位置;CursFlag=1表示顯示光標;CursFlag=0表示不顯示光標;CursCycleTime是光標閃爍的周期;high和width則分別表示光標的高度和寬度。

(2) 畫線函數

LCD_DrawLine(u8 x,u16 y, uint16_t Length, uint8_t Direction,u16 LineColor)；

其中，x，y是位置坐標,Length是指線的長度，Direction是指線的朝向，LineColor則設定線的顏色。

(3) 顯示漢字

LCD_Disp_HZ_CharString(u8 x,u16 y,u8 *str,u16 fontcolor,u16 backcolor)；

其中，x，y是位置坐標，str指針指向漢字或英文字符編碼fontcolor, backcolor分別顯示字符顯示顏色和背景顏色。

2 軟件框圖

根據項目的整體規劃，管理員及收銀員軟件系統框圖分別如圖6、圖7所示。

圖6 管理員系統軟件結構框圖

圖7 收銀員系統軟件結構框圖

3 系統的運行情況

3.1 機器自檢

該套電子設備具有機器自檢功能，用戶通過輸入管理員密碼進入“設置”，然后再進入“機器測試及其結果顯示”就能夠及時了解機器運行是否正常，如圖8所示。

圖8 機器測試及其結果顯示

3.2 運行結果

在執行“登陸”→輸入“收銀員”密碼→“收款”，然后就可以出現收款界面。這個時候無論用掃描槍和商品編號輸入數字，都可以把商品編號輸入在框內，而且數量框也可以自行輸入每件商品的數目，然后按回車鍵結賬。最后，能夠在打印機上顯示打印小票(如圖9所示)，并且在LCD上顯示收款界面收款界面——編者注。

圖9 顯示打印小票

如果想要錄入商品信息，可以執行“登陸”→輸入“管理員”密碼→“錄入商品信息”，然后就可以出現錄入商品信息界面略——編者注。此時，可以按中英文輸入切換鍵和大小寫切換鍵分別切換輸入的語言和英文大小寫。

結 語

使用STM32F107VC作為便攜式POS機的硬件平臺，能夠較大幅度地降低成本，操作更加便利，同時POS機的基本功能并沒有因此而減弱。而POS機功能在STM32F107VC上的開發還可以更加充分，比如利用USB接口把更多的重要資料存儲在上位機中等。

以溫室內營養缽的方式來替代傳統的冷床育苗，其不僅能為幼苗的生長過程創造更加有利的環境，且能促使幼苗生長得更加健壯。與此同時，絕大多數蔬菜種類，其本身在低溫與弱光的環境下將更有助于自身生長，且同時基于高壟栽培、膜下暗灌等技術，對于病蟲害亦能起到良好的控制作用[2]。

[1] 曹凱,王旭柱,魯繼東.基于Android的POS機刷卡器閱讀芯片驅動研究[J].現代電子技術，2013(36):134.

[2] 徐晨輝,盧文科,黃浩.基于ARM-Linux嵌入式移動POS機系統中啟動程序的研究與設計[J].電子測量技術，2009(1):77-81.

[3] Claus Wonnemann,JensStriiker.RFID Usage in Retail beyond the Point of Sale - Temporary Deactivation as a Solution for Challenges in Privacy and Security[J]. RFID Systems and Technologies,2007(6).

[4] ST Microelectronics.STM32F103xE Data Sheet, 2010.

[5] Vincent Onde. Cortex-M3 based STM32 MCU tackles advanced motor control techniques[J]. Electronic Engineering &ProductWorld, 2010, 17(11).

[6] 王永虹,徐煒,郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008.

[7] 李寧.基于MDK的STM32處理器開發應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008.

[8] 胡德鵬.一種稅控收款機體系結構及若干技術研究[D].長沙:湖南大學,2007.

[9] 南京沁恒電子有限公司.CH452A用戶使用手冊,2010.

[10] 李林.基于CH452A的數碼管驅動及鍵盤控制的系統設計[J].現代機械,2010(4):53-55.

[11] Winbond Electronics.SPI 16M-BIT, 32M-BIT, And 64M-Bit Serial Flash Memory With 4KB Sectors ans Dual Output SPI Datasheet,2006.

[12] 蔣慶全.彩色TFT-LCD技術的發展[J].現代顯示，2003(1):26-30.

[13] Solomon Systech.SSD1289 240 RGB×320TFT Driver Integrated Power, Gate and Source Driver With RAM Product Preview,2005.

[14] 孫林軍,賀峰濤.基于STM32控制液晶的接口實現[J].電視技術,2013(37):77-79.

(責任編輯：楊迪娜 收修改稿日期：2013-12-11)

Yang Xichi, Zeng Zhezhao

(College of Electrical and Information Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410004, China)

Aiming at the problems of embedded cash register system in the function and value of some deficiencies, the POS system with high performance, contains complete functions, optimized interface,which based on ARM Cortex-M3 chip is introduced.This system also have the function of fault analysis,self-checking, and the operation results show that the system has achieved the anticipated target.

embedded POS system;Cortex-M3;peripheral devices

湖南省自然科學基金項目(項目編號：No.11JJ6064)。

TP368.2

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