隨著信息技術(shù)的發(fā)展,各種交易卡、身份卡也越來越多地進入到人們的日常生活。在這些活動中,經(jīng)常需要輸入幾位數(shù)碼的口令或密碼即個人身份碼(Personal Identify Number/PIN)以確認身份。
      
本文介紹一種在鼠標概念基礎(chǔ)上研究開發(fā)的密碼輸入方法,或者稱為密碼鼠標。這種密碼鼠標采用滾動的數(shù)碼輸入方式,只有3～4個鍵,其輸出編碼結(jié)構(gòu)、數(shù)碼傳輸方法和傳輸率等與現(xiàn)行密碼鍵盤完全相同,最大的不同是它可以完全防止輸入密碼時被他人窺視。 　
      
1 鍵盤的整體結(jié)構(gòu)和工作原理　
      
從外部看本鍵盤包括兩部分:一部分是選碼與操作部分;另一部分是數(shù)碼顯示部分,圖1(a)、(b)分別給出了這種鍵盤的兩種外型圖。

 

                                                                       圖1 兩種外型圖 　　
      
選碼與操作部分包括功能電路和若干個操作鍵,除了有與原來鍵盤相同的功能鍵外,還有一個選碼鍵(或選碼轉(zhuǎn)輪),用該鍵取代原來鍵盤的0～9 10個數(shù)字,通過“+”或“-”的方式滾動選定0～9其中之一,然后再選定輸入。圖2是其結(jié)構(gòu)框圖。

 

                                                                    圖2 結(jié)構(gòu)框圖 　　
      
顯示部分是一個一位的數(shù)碼顯示管,該部分即時顯示選碼鍵(或選碼轉(zhuǎn)輪)選中的數(shù)碼。顯示部分利用光學(xué)原理和光學(xué)材料限制數(shù)碼顯示視角。 　　      
上述兩部分組合,完成密碼的輸入過程。工作原理如下:開始時鍵盤的顯示部分會顯示一個0～9之間的隨機數(shù)。通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪改變BCD可逆計數(shù)器的數(shù)值,當轉(zhuǎn)輪正向轉(zhuǎn)動時,計數(shù)器正向計數(shù),即按0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-0的規(guī)律計數(shù);轉(zhuǎn)輪逆向轉(zhuǎn)動時,計數(shù)器逆向計數(shù),即按0-9-8-7-6-5-4-3-2-1-0的規(guī)律計數(shù)。在該BCD碼計數(shù)器計數(shù)的同時,顯示部分即時顯示該計數(shù)器的數(shù)值。當選中要輸入的數(shù)字時,按動“選定”鍵,該BCD碼并行地存儲到鎖存器中,然后該BCD碼按設(shè)定的傳輸率輸出。按順序全部輸入完若干位密碼后,按“確認”鍵。通過加入其它的聲光提示信息還可以提高鍵盤的操作靈活性。
      
2 鍵盤的實現(xiàn)電路和關(guān)鍵技術(shù)

2.1 硬件構(gòu)成　　
      
實現(xiàn)上述功能可以采用分立電子元件也可以用單片機實現(xiàn),還可以用可編程邏輯器件實現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)在的技術(shù)條件,采用單片機實現(xiàn)上述功能比較方便。利用8051單片機的緊湊結(jié)構(gòu)芯片AT89C2051可以在很小的面積上布線,并完成圖2的功能。由于AT89C2051的外部輸入/輸出引線有限,利用軟件譯碼會占用7條輸入/輸出線,所以在 AT89C2051和7段LED數(shù)碼管之間接一個BCD碼到7段顯示碼譯碼器CD4056。 　　
      
從外部看,用P1.0、P1.1、P1.2、P1.3和P3.7作為五個熱鍵(鼠標式的只用三個)的輸入3.2、P3.3作為選碼轉(zhuǎn)輪的輸入接口;由P1.4、P1.5、P1.6、P1.7共4位即時傳送BCD碼到CD4056;CD4056的輸出直接驅(qū)動7段LED數(shù)碼管。P3.5為串行通信口,用于傳送經(jīng)確定后的BCD碼。 [!--empirenews.page--]

2.2 選碼轉(zhuǎn)輪和可逆計數(shù)器　　

選碼轉(zhuǎn)輪是一個在內(nèi)徑成環(huán)形均勻布有12小孔的圓形轉(zhuǎn)輪,在PCB板上設(shè)有一個紅外發(fā)光管和兩個紅外接收管。轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動會切割紅外光線,通過光電二極管和轉(zhuǎn)輪上的光孔形成信號,經(jīng)過整形后利用兩個信號輸入的先后順序識別轉(zhuǎn)輪的正反轉(zhuǎn)。

2.3 隨機數(shù)發(fā)生器　　

為了防止他人從輸入的動作和規(guī)律看出所輸密碼,鍵盤的每次啟動或每輸入一位碼后再輸入新一位碼時,鍵盤總是在0～9之間隨機顯示一個數(shù),在此數(shù)的基礎(chǔ)上再進行加/減計數(shù)。這個隨機數(shù)的產(chǎn)生用單片機一個內(nèi)部寄存器完成。該寄存器不斷進行BCD不帶進位的高速加計數(shù),當需要產(chǎn)生隨機數(shù)時,從該寄存器即時取出當時的計數(shù)值。由于取數(shù)是操作人員按動“確認”鍵后進行,是一個隨機時刻,所以取出的數(shù)也是一個0～9之間的隨機數(shù)。 　　

3 視角限制方法

在顯示器的前面放置一層內(nèi)部平面經(jīng)過凹凸處理的透光材料。該層材料使與顯示器平面法線方向平行的光線不失真射出,使偏離中心的光線發(fā)生散射,從而限制顯示器在垂直方向的視角,即只允許交易者個人看到顯示器的內(nèi)容。調(diào)節(jié)顯示器的電流使顯示器的亮度為一個合適的值。通過調(diào)節(jié)顯示器表面與透光材料的距離h也能達到限制顯示器在垂直方向的視角,如圖3。


 

                                                                圖3 顯示器部分剖面圖 　　

圖4是根據(jù)上述原理制作的鼠標結(jié)構(gòu)密碼鍵盤圖。首先從功能上進行對比實驗,對比鍵盤是深圳某公司出品的碼位固定的明碼鍵盤,當輸入一個0～9之間的數(shù)字時,該鍵盤串行傳送一個8位的二進制碼3X,X是要傳送的數(shù)字。制作的鍵盤采用相同的編碼和傳輸率,接收端是一臺計算機。經(jīng)過100多次輸入6位密碼,兩者性能完全相同。
　　
設(shè)計的顯示器視角為15°,即使在操作人員旁邊站立,也很難從密碼鍵盤輸入端看到應(yīng)輸入的密碼。輸入速度在開始時較慢,經(jīng)過簡單熟悉后,設(shè)計制作的鼠標式密碼鍵盤的輸入速度與碼位固定的明碼鍵盤相同。