基于Cortex-M3的便携式POS系统设计

杨希驰, 曾喆昭

(长沙理工大学 电气与信息工程学院，长沙 410004)



杨希驰, 曾喆昭

(长沙理工大学 电气与信息工程学院，长沙 410004)

针对目前嵌入式收款机系统在功能和性价比方面存在不足的问题，介绍了一种基于Cortex-M3芯片的嵌入式收款机系统。该系统功能全面、性能良好、界面完善、具有故障分析和机器自检功能。运行结果表明，该系统实现了预期目标。

嵌入式POS系统；Cortex-M3；外设设备

引 言

进入新世纪，嵌入式技术在市场上应用越来越广泛，技术更新换代也日新月异，是电气电子工业的方向盘。而POS(point of sales)是一种可以基于嵌入式技术的系统，也称为销售点实时处理系统。在我国国内，有曹凯、王旭柱、鲁继东所著的《基于Android的POS机刷卡器阅读芯片驱动研究》[1]，介绍了在Android操作系统的架构上，如何用POS机刷卡器阅读芯片驱动程序，为Android系统中的应用程序提供接口;徐晨辉、卢文科、黄浩所著的《基于ARM-Linux嵌入式移动POS机系统中启动程序的研究与设计》[2]，这篇文章提出了一种以硬件结构间的关系作为标准的模块化设计方法，优化了启动程序，让驱动更加快速、稳定地运行，并且代码可读性大大增强。

本文介绍了以STM32F107单片机为核心的POS机、数据采集和数据输出的小规模销售系统。目前的嵌入式收款机系统在硬件和软件方面在成本上没有有效的控制，在功能上没有很充分地开发。而此款POS系统平台则拥有成本低廉、操作方便、易于自检维修等方面的优势。

POS机的基本作业原理是先将商品资料输入进SPI-Flash中存储，商品上的条码可以通过扫描枪上的光学读取设备直接读入，根据条形码在收款机内存中的商品数据库找到该商品的相关内容，当然也可以直接用键盘输入条形码。每一笔商品销售明细资料亦可自动统计，并且最多可以存一万笔以上交易记录。

万历三十年三月，时吏科给事中曹于汴劾“南京兵部尚书邢玠，经略播州，苟且卒事，草草而抚，忽忽而还，前旌未启，酋已焚驿，方谈底绩，佯若不知，以致祸结兵连，戕民耗国”[16]，其彻底否定了邢玠的经略播州事宜。明末史学家谈迁曰：“杨氏尝覆我师于白石，罪不当贳，即不欲重烦我健儿，曲示汉德，奈何徇其饰说反就松坎而盟之乎”？[11]4760可见，谈迁也觉得勘播事失策。对邢玠的勘播事，时人很少论及，纵有议论也往往一笔带过，邢玠的处置善后事宜，对杨应龙有无制约作用？

1 系统设计

1.1 硬件结构

本系统采用ARM Cortex-M3为内核的32位微处理器STM32F107VC[4-7]，其主频为72 Hz，该芯片内部采用哈佛结构，内部集成了最大存储空间为256K的Flash和64K的SRAM，还有大量的I/O口和外设(2个I2C总线，3个SPI，2个I2S，5个USART，2个CAN等等)连接在2个APB总线上。

该系统硬件主要包括：收款数据处理模块、收款程序存储模块、收款数据存储模块、串口调试模块、收款显示模块、报表打印模块、USB模块。系统硬件结构框图如图1[8]所示。

图1 系统硬件结构框图

系统的实物图如图2所示。

在初始化时，为了便于用户或者维修人员及时了解设备运转情况和数据存储情况，调试信息务必显示在液晶屏上。通过CH452键盘将中英文输入信息输入到设备上，通过扫描枪将商品中的条形码读取到设备中，最后还可将交易记录输出到小票打印机上，最多可以一次性记录一万次交易信息。交易信息、用户等资料存放在SPI-Flash中，时钟信息放在RTC备用器中。

目前，区块链技术在跨境电商领域的应用依然在不断的探索和发展。同时作为一种新生事物也需要进一步的不断完善，例如：去中心化的程度、进一步的数据安全问题、在世界各国合法合规的问题等。仍需学界在区块链技术和应用上进行深入研究，也希望本文能够为相应的研究者提供参考。

1.2 外设设备

综上所述，低压配电系统作为电源向用电负荷传输电能的必要途径，它不仅影响人们的正常生活，同时还会造成责任事故，危及人体生命，损害国家利益。因此，不仅要对低压配电系统程序和环节进行全面了解，还要正视建筑电气设计中低压配电系统安全合理选择的问题，再保证电源稳定持续的前提下，通过合理方式调整配电形式，减少不必要的配电投资，已达到稳定持续供电的低压配电系统。

1.2.1 输入/输出接口芯片和数码管显示芯片

图2 系统的实物图

CH452是数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片[9-10]，可以同时进行64键的键盘扫描和8位数码管的操作，具有BCD译码、闪烁、移位、段位寻址等功能，还能对CPU提供上电复位信号。

3.5 患者对小米垫满意度高 小米垫使用方法简单，透气性能好，患者感觉舒适，也不增加其痛苦，患者和家属都能接受。表2显示，实验组对预防压疮的满意度明显高于其他两组患者，表明患者及家属对我院自制小米垫预防压疮疗效的认可度高。

《施工图设计文件审查数字化的研究和探讨》一文中提到，建筑行业已经提出了 “加快推进勘察设计文件数字化交付、审查、存档工作”的要求，文中还提出了“电子审阅系统”框架，文章侧重于介绍工作流程无纸化的实现。泰州市建设工程施工图设计审查中心已经建立起了“互联网+”联合审图新模式，该模式也实现了全程无纸化。

启用键盘扫描功能后，4线串行接口中的DOUT引脚的功能由串行接口的数据输出变为键盘中断输出以及按键数据输出。如果有DIGm(m=0,1,2…7)与SEGn(n=0,1,2…7)的键被按下，那么当DIGm输出高电平时,SEGn可以检测到高电平；如果按键有效，按键产生的代码通过DOUT引脚就能够产生中断，CPU则用串行接口来读取代码。

另外，CH452仅支持每次同时按下一个键，如果有多个键值按下，则取按键代码较小的按键。

表1、表2是在DIG7～DIG0与SEG7～SEG0之间8×8 矩阵的按键编址，按键按下时，状态码位6总是置1，而按键代码共有7位，所以当键按下时，CH452 所提供的实际按键代码在下表中的按键编址基础上偏移40H。也就是说，本文设定的按键代码的取值范围应该在40H～7FH之间。

CH452还可以控制8个数码管和64个LED灯，在这次项目中根据不同的界面可以用来显示时间、商品价格等可以用数字表示的参数。

表1 DIG7～DIG4与SEG7～SEG0之间的编址

表2 DIG3～DIG0与SEG7～SEG0之间的编址

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

而液晶屏如果要显示色彩缤纷的图像或者文字就需要软件对它进行控制，而这是具有一定复杂度的，下列是液晶部分的部分高级函数操作。

图3 CH452与STM32F107VC的连接

1.2.2 存储设备

脑卒中是造成患者各项功能障碍的主因[1]。患者偏瘫肢体的功能状况与生存质量密切相关。所以,如何提高患者的ADL和生活质量成为当前急待处理的问题。近年来,我院实施康复训练结合中医治疗,效果显著。汇报如下。

河北土地综合承载力与区域经济发展系统整体效应、协调度均逐步升高，协调发展度总体上升，但2012年后有所下降。2001—2008年土地综合承载力与区域经济发展处于中度失调向轻度失调过渡状态，2009—2014年处于勉强协调向中度协调发展阶段。这表明河北8个城市协调发展度存在着一定差异，石家庄、唐山协调发展度优于其他城市。因此，河北省要不断完善城市土地综合承载力评价体系，诊断各个城市在土地利用过程中存在的短板，对不同类型城市土地资源进行差异化管理，实现土地资源对区域经济发展的良好承载。

W25X16是华邦公司推出的继W25X10/20/40/80后容量更大的FLASH 存储器产品，它有占用空间小、使用寿命长、功耗较低等优点。W25X16能容纳2 MB，分布在8 192个编程页上。它分为32个块，每个块由16个扇区组成，W25X16 的最少擦除单位就是一个扇区(4 KB)[11]。W25X16与STM32F107VC的连接方式如图4所示。

图4 W25X16与STM32F107VC的连接

1.2.3 打印机

本次项目采用热敏打印机来输出每次交易信息。商宝热敏打印机支持并口、串口、USB、LAN网络等途径传输数据，带有384个方点的带加热点阵固定打印头。打印机通过CPU传输的数据逻辑控制点阵，并且控制进纸，从而在热敏纸上印出字体，打出顾客需要的包含交易信息的小票。

1.2.4 扫描输入设备

LCD_WriteReg(0x0000,0x0001);

两组妊娠期贫血的发生率比较差异无统计学意义，与妊娠期血容量增加，血液相对稀释，这是机体生理性变化，并且对照组孕妇在妊娠期也给予了常规的健康教育的指导，因此两组妊娠期贫血发生率比较，差异无统计学意义。

1.2.5 显示设备

本次研究对象中CH452的LCD交换数据功能是通过级联的4线串行接口完成的。在键盘扫描期间，DIG7～DIG0 引脚用于列扫描输出，并且可以依次从DIG0～DIG7输出高电平，同时其余的引脚置0。SEG7～SEG0引脚都带有内部下拉电阻，用于行扫描输入，在键盘扫描期间输出被禁止。

TFT-LCD因其具有大容量、高速度和高对比度显示等，成为当前显示领域的主流[12]。LCD 利用了液晶的电光效应，通过电路控制液晶单元的透射率及反射率，从而产生不同灰度层次及多达1670万种色彩的靓丽图像，显示需要的英文和汉文信息都是通过点阵原理完成的。

本次项目采用SSD1289液晶显示屏来输出收款机各个界面，SSD1289是一款带有262 144 种颜色的薄膜场效应管LCD的控制器[13]，它的屏幕尺寸为57 mm×79 mm,有效显示面积为51 mm×65 mm。它具有240×320的分辨率，SSD1289具有4种接口模式：i8080的MPU接口、VSINC接口、SPI接口和18位RGB接口。STM32F107VC通过FCMS总线来控制LCD的驱动[14]。

项目负责人、丽江师专东巴艺术学院副院长潘宏义介绍项目时说，国家艺术基金项目“纳西族东巴画艺术百年展”是对国家级非物质文化遗产东巴画百年发展的一次总结展示，是对纳西族民族文化的匠心传承和精神守望，试图打通人类精神的共同秘道，寻找人类心灵的共同语言。在民族文化保护传承危机四伏的今天，只有守住民族文化的根脉，才是这个民族最大的财富和遗产，是一个民族得以绵延发展，代代相承的文化基因。讲好中国故事，就是要传承好我们民族的文化和文明。

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

图5 SSD1289与作为CPU的STM32F107VC的连接

下列是液晶部分的初始化操作。

① 打开晶振：

扫描枪利用收集到的条形码上强弱不同的反射光，经过光学系统成像通过光电转换器将光信号转换成电信号，译码器根据测量而来的脉冲信号0、1来判别条和空的数目，得到的数据还要通过对应的编码规则(比如本次项目所用的扫描仪运用EAN-13码)转换成条形码序列号。

② 驱动输出控制(240×320的分辨率)：

LCD_WriteReg(0x0001,0x6B3F);

③ 扫描开始地址：

LCD_WriteReg(0x000F,0x0000);

选择SPSS21.0相关研究软件对数据进行研究和处理,计数资料主要以百分比来进行表示,而计量资料主要以(±s)来表示。P值低于0.05显示数据比较有差异。

(1) 设置光标函数

液晶与STM32F107VC的连接方式如图5所示。

CH452与作为CPU的STM32的连接方式如图3所示。

在生成网络G中，首先需要对文本描述t进行编码，在这里，使用了Word-CNN-LSTM模型来对文本做编码。文本编码后经过一个全连接层压缩到一个较小的维度（128维），然后使用Leaky-Relu激活，并与输入图像x进行拼接。最后再将其输入到正常的反卷积层进行图像生成。

其中，x，y是光标闪烁的位置;CursFlag=1表示显示光标;CursFlag=0表示不显示光标;CursCycleTime是光标闪烁的周期;high和width则分别表示光标的高度和宽度。

(2) 画线函数

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

其中，x，y是位置坐标,Length是指线的长度，Direction是指线的朝向，LineColor则设定线的颜色。

(3) 显示汉字

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

其中，x，y是位置坐标，str指针指向汉字或英文字符编码fontcolor, backcolor分别显示字符显示颜色和背景颜色。

2 软件框图

根据项目的整体规划，管理员及收银员软件系统框图分别如图6、图7所示。

图6 管理员系统软件结构框图

图7 收银员系统软件结构框图

3 系统的运行情况

3.1 机器自检

该套电子设备具有机器自检功能，用户通过输入管理员密码进入“设置”，然后再进入“机器测试及其结果显示”就能够及时了解机器运行是否正常，如图8所示。

图8 机器测试及其结果显示

3.2 运行结果

在执行“登陆”→输入“收银员”密码→“收款”，然后就可以出现收款界面。这个时候无论用扫描枪和商品编号输入数字，都可以把商品编号输入在框内，而且数量框也可以自行输入每件商品的数目，然后按回车键结账。最后，能够在打印机上显示打印小票(如图9所示)，并且在LCD上显示收款界面收款界面——编者注。

图9 显示打印小票

如果想要录入商品信息，可以执行“登陆”→输入“管理员”密码→“录入商品信息”，然后就可以出现录入商品信息界面略——编者注。此时，可以按中英文输入切换键和大小写切换键分别切换输入的语言和英文大小写。

结 语

使用STM32F107VC作为便携式POS机的硬件平台，能够较大幅度地降低成本，操作更加便利，同时POS机的基本功能并没有因此而减弱。而POS机功能在STM32F107VC上的开发还可以更加充分，比如利用USB接口把更多的重要资料存储在上位机中等。

以温室内营养钵的方式来替代传统的冷床育苗，其不仅能为幼苗的生长过程创造更加有利的环境，且能促使幼苗生长得更加健壮。与此同时，绝大多数蔬菜种类，其本身在低温与弱光的环境下将更有助于自身生长，且同时基于高垄栽培、膜下暗灌等技术，对于病虫害亦能起到良好的控制作用[2]。

[1] 曹凯,王旭柱,鲁继东.基于Android的POS机刷卡器阅读芯片驱动研究[J].现代电子技术，2013(36):134.

[2] 徐晨辉,卢文科,黄浩.基于ARM-Linux嵌入式移动POS机系统中启动程序的研究与设计[J].电子测量技术，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,徐炜,郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[7] 李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[8] 胡德鹏.一种税控收款机体系结构及若干技术研究[D].长沙:湖南大学,2007.

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

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(责任编辑：杨迪娜 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

湖南省自然科学基金项目(项目编号：No.11JJ6064)。

TP368.2

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