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1、武汉工程大学毕业设计(论文)说明书(封面无)2015 届毕业设计(论文)题 目基于ARM的工业触摸屏控制板 专 业 班 级2015自动化03 学 号610215033 姓 名张明龙 指 导 教 师王利恒教授 学 院 名 称电气信息学院 2015 年 5 月 10 日基于ARM的工业触摸屏控制板ARM-based industrial touch screen control panel学 生 姓 名:张明龙 指 导 教 师:王利恒教授 摘 要随着科技技术的发展，ARM单片机已经成为当今嵌入式系统设计的首选，它以其体积小、低功耗、低成本、高性能、丰富的指令集，深受设计人员的喜爱。触摸屏作为一种特
2、殊的计算机外设，已成为现实生活中一种应用广泛的人机交互工具。本文介绍了以STM32F103系列单片机为控制核心，采用触摸屏接口芯片FT5206作为接口模块完成对触摸屏的数据采集及定点计算。硬件部分简要介绍了STM32F103系列单片机及其外围电路，详细分析了电源管理部分的IC选择和电路设计，触摸屏和LCD基本接口电路以及温度测量和电压检测与输出去。关键词：单片机； 液晶显示；触摸控制； 电源管理AbstractWitch the development of science and technology technology, ARM microcontroller has become th
3、e first choice of todays embedded system design, with its small size, low power, low cost, high performance, rich instruction set, the favorite designers. As a special touch-screen computer peripherals, has become a widely used real-life interactive tool. This paper introduces the STM32F103 series m
4、icrocontroller to control the core, using a touch screen interface chip FT5206 as touchscreen interface module to complete the data collection and fixed-point calculations. Hardware section briefly describes the STM32F103 series MCU and peripheral circuits, a detailed analysis of the IC selection an
5、d circuit design of the power management section, touch screen and LCD basic interface circuit and temperature measurement and voltage detection and output to go.IIKeywords: MCU ；LCD ； Touch control ；Power management目 录1 绪论71系统硬件设计82.1 总体设计82.2 CPU的选择82.3触摸屏的选择及接口电路的设计152.4下载电路162.5电源管理电路162.6通讯接口电路
6、设计182.7电压检测与输出电路设计192.8 SD卡电路202.9 测温电路202.10 存储电路212.11 防雷电路212.12 交互电路222软件设计233.1 总体设计233.2 触摸屏程序设计233.3 电压检测与输出253.4 文件系统设计263.5 485总线和CAN总线通讯273结论33致谢34参考文献35附录36361 绪论目前，触摸屏又称为“触控屏”、“触控面板”，是一个可接收触头等输入讯号的感应式显示装置，当接触了屏幕上的某位置时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程序给出操作者所触压的点，可用以取代机械式的按钮面板，并通过LCD液晶显示模块制造出生动的界面效果。由于
7、其简单方便，越来越适用于工业场合的使用，极大的提高了工业生产的方便性和安全性，生产车间的各种参数变量、温度数据也都能很直观的显示在界面上，并存储在外部EEPROM中，便于后期管理与维护，同时利用CAN总线或者485总线、232总线可以非常方便的与其它设备通信，通过STM32单片机的实时控制与处理，具有一定程度上的智能性，非常适用于工业控制的实际安装与应用。1.1 选题背景与意义触摸屏起源于20世纪70年代，早期多被安装于工控计算机、POS机终端等工业或商业设备之中。2007年iPhone手机的推出，成为触控行业发展的一个里程碑，苹果公司把一部分至少需要20个按键的移动电话，设计得仅需三四个键就
8、能搞定，剩余操作则全部交由触控屏幕完成。除赋予了使用者更加直接、便捷的操作体验之外，还使手机的外形变得更加时尚轻薄，增加了人机直接互动的亲切感，引发消费者的热烈追捧，同时也开启了触摸屏向主流操控界面迈进的征程。目前，触摸屏的应用范围已变得越来越广泛，工业环境也越来越复杂，对于工厂的现场操作人员要求也越来越高，数据的维护也是一大难题，这些都制约着产品的制作与测试。所以，大尺寸触摸屏工控板的发展将是目前车间应用的一大趋势，尤其是一体化集成的多点触摸领域，发展多功能的工控板，便于将现场的各个环节以电流或电压的形式输送到控制板测量，通过单片机的高速计算得出我们需要的数据，同样也可以实时的通过触摸屏设置
9、输出量，形成一个反馈系统，管理一系列的机器设备。在此，利用学院这一平台，使其真正成为一个市场产品，并可以在此基础上扩展视频监控、网络管理等功能，成为系列化的工业产品。基于以上几点，并且经过充分的市场调查以及技术手段，我的毕业设计题目定为基于ARM的工业触摸屏控制板，该产品主要有性价比高、操作简便、可视化操作、功能齐全等优点。1 系统硬件设计2.1 总体设计作为一款应用于工业现场的控制板，应具有强大的功能以及快速的处理能力。因此，我们选用了现今主流的ARM单片机作为主控制器。其中，当属ST（意法半导体）的STM32一枝独秀，也是同性能类单片机性价比最高的单片机了。对于电压检测与输出部分，并没有做
10、很复杂的设计，过于复杂的电路也将会带来极其繁琐的调试过程，并不适合于现阶段的研发。本课题对于010V电压输出使用了STM32自带的DAC输出功能，软件设计于02.5V输出，再利用LM2904四倍输出，从而实现010V的电压输出。另外一个端口是010V电压输入，先将输入电压通过1%精密电阻分压之后，使用高共模输入电压ADC检测电阻两端的差压，从而软件计算出其输入电压值。在PT100的测温电路中，使用惠斯通电桥、三线制接法，可以极大程度上减小PT100导线上电阻的误差，使用LM2904测量PT100的电阻值即可。同时，通讯也是联合各个设备的前提，本课题研究的工控板集成了RS-232、RS485、C
11、AN总线通讯，基本上满足了各种环境的应用，即插即用。面对这些复杂的应用环境，对数据的存储也是极其重要，我们使用了板载EEPROM和外部存储器SD卡存储各种信息，非常便于数据的管理与查询。在保证这些基本功能的前提下，本课题的一大亮点是结合触摸屏的显示与交互，使操作人员的操作更加简单、方便，只需要搭载简单的界面环境，即可实现大数据的维护管理。当然，保证这些功能的完美实现需要一个稳定且强大的电源管理系统，为防止外界环境对系统的影响，又添加了防雷电路和防静电器件。从而保证整个系统稳定且安全的运行。2.2 CPU的选择作为一个功能强大的工业控制板，必须配有处理系统完善且稳定的控制器。如今业界不乏各种优秀
12、的处理器，8位单片机、16位单片机、32位单片机各领风骚，还有处理系统更强大的DSP，运算功能更为强大的FPGA、CPLD，在各自领域都能独当一面。但是各种IC都有其优缺点：（1）、首先，选择STC89C51单片机作为MCU，这款单片机无疑是一款最为经典的8位单片机。器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C52RC系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051 内核单片机，是高速/
13、 低功耗的新一代8051 单片机，全新的流水线/精简指令集结构,内部集成MAX810 专用复位电路。具有通用异步串行口(UART)、SPI同步通信口，工作温度范围：0 -75/ -40 -+85，封装形式多样，便于焊接使用，例如：PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20。（2）、选择TI公司的MSP430单片机，其低功耗特性与高效率的编程特点，受到业界各个工程师的亲耐，打破了8位单片机的许多瓶颈。MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.83.6V电压，因而可使其在1MHz的时钟条件下稳定运行。RAM保持模式下的最低功耗只有0.1A。其次，
14、MSP430系列单片机的各系列都集成了叫丰富的片内外设。他们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A0、定时器A1、定时器B0、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10/12位ADC、DMA、I/O端口、基本定时器、实时时钟和USB控制器等若干外围模块的不同组合。在开发工具上面，对于89C51来说，不能在线编程。对于 MSP430 系列而言，由于引进了Flash 型程序存储器和 JTAG 技术，不仅可以实现在线编程和仿真，而且使开发工具变得简便，价格也相对低廉。（3）、选择意法半导体的STM32系列单片机，STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是32位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。片上集成32-512KB的Flash存储器，6-64KB的SRAM存储器。支持三种低功
