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1、成绩：基于ARM单片机的触摸屏控制器的设计班级：学号：姓名：日期：第1章 绪论 1.1触摸屏简介触摸屏又称为“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。触摸屏作为一种新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地使用触摸屏，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于人机交互等许多优点。利用这种技术，用户只要用手指轻轻地触摸计算机显示屏上
2、的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。 1.2 触摸屏的主要类型及特点从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台；红外线技术触摸屏价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容技术触摸屏设计构思合理，但其图像失真问题很难得到根本解决；电阻技术触摸屏的定位准，但怕刮易损；表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰不容易被损坏，适于各种场合，缺点是屏幕表面如果有水滴和尘土会使触摸屏变
3、的迟钝，甚至不工作。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。每一类触摸屏都有其各自的优缺点，要了解哪种触摸屏适用于哪种场合，关键就在于要懂得每一类触摸屏技术的工作原理和特点。1.3触摸屏的应用与发展趋势触摸屏起源于 20 世纪 70 年代，早期多被装于工控计算机、POS 机终端等工业或商用备之中。2007 年 iPhone 手机的推出，成为触控行业发展的一个里程碑。苹果公司把一部至少需要 20 个按键的移动电话，设计得仅需三四个键就能搞定，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
4、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，触摸屏应用范围已变得越来越广泛，从工业用途的工厂设备的控制操作系统、公共信息查询的电子查询设施、商业用途的提款机，到消费性电子的移动电话、PDA、数码相机等都可看到触控屏幕的身影。触摸屏目前主要还是集中在小尺寸上的应用，未来的发展将是一个触控和遥控的世界，所以大尺寸触摸屏的发展是目前触摸屏发展的趋势，尤其是多点触摸的应用领域。发展多点触摸、接近感应以及支持电容笔的技术，可以多点、多人同时应用，尤其在一些大尺寸屏幕上，能够让多人在同一块屏幕上共同完成一些协同工作，如游戏、
5、绘图、工程设计、影像处理等所以未来的世界是个触控的世界，是个遥控的世界，大尺寸触摸屏的发展有着广泛的空间。1.4本设计研究的主要内容本次设计讨论的主要内容是以 STM31F103 系列单片机为核心，通过触摸屏接口芯片 ADS7843 完成对触摸屏的数据采集工作，重点阐述了四线制电阻式触摸屏以及触摸屏接口芯片 ADS7843 具体的工作原理。第2章 系统硬件设计 2.1总体设计 2.1.1设计思想本次触摸屏的设计将以 STM32F103 单片机和触摸屏接口芯片 ADS7843 为核心，时钟电路、复位电路、RS-232 通信接口电路及 LCD 显示电路为辅助，首先绘制总体结构框图，直观清晰的显示触
6、摸屏输入系统的组成，然后通过触摸屏、触摸屏控制器以及 CPU 的接口电路，具体分析引脚结构及功能。在清晰地了解了电路的设计情况后，对 CPU 以及触摸控制器初始化，完成软件部分的设计，最后真正掌握触摸屏的整体工作原理，达到硬件设计与软件设计的完美结合。 2.1.2结构框图图 2.1 总体设计结构框图2.2CPU 的选择2.2.1 微处理器 STM32F103 简介STM32F103 系列微处理器是首款基于 ARMv7- M 体系结构的 32 位标准 RISC（精简指令集）处理器，提供很高的代码效率,在通常 8 位和 16 位系统的存储空间上发挥了 ARM 内核的高性能。STM32F103VCT
7、6 系列微处理器工作频率为 72MHz，内置高达 128K 字节的 Flash 存储器存储器 和 20K 字节的 SRAM，采用 LQTP 封装模式，引脚达到 100 只，具有丰富的通用 I /O 端口。 其主要资源与特点如下：1）多达 51 个快速 I /O 端口， 所有 I/O 口均可以映像到 16 个外部中断， 几乎所有端口都允许 5V 信号输入。每个端口都可以由软件配置成输出（推挽或开漏）、输入（带或不带上拉或下拉） 或其它的外设功能口。2） 2 个 12 位模数转换器，多达 16 个外部输入通道，转换速率可达 1MHz,转换范围为0 3.3V; 具有双采样和保持功能；内部嵌入有温度传
8、感器，可方便的测量处理器温度值。3）灵活的 7 路通用 DMA 可以管理存储器到存储器、设备到存储器和存储器到设备的数据传输， 无须 CPU 任何干预。通过 DMA 可以使数据快速地移动，这就省了 CPU的资源来进行其他操作。DMA 控制器支持环形缓冲区的管理，避免了控制器传输到达缓冲区结尾时所产生的中断。它支持的外设包括：定时器、ADC、SPI、I2C 和 USART等。4）调试模式： 支持标准的 20 脚 JTAG 仿真调试以及针对 Cortex- M3 内核的串行单线调试（ SWD ）功能。通常默认的调试接口是 JTAG 接口。5）内部包含多达 7 个定时器，3 个通用寄存器、1 个高级
9、寄存器、2 个看门狗寄存器以及 1 个系统时基寄存器。6）含有丰富的通信接口： 三个 USART 异步串行通信接口、两个 I2C 接口、两个 SPI接口、一个 CAN 接口和一个 USB 接口， 为实现数据通信提供了保证。STM32F103VCT6 引脚图如图2.2 所示：图 2.2 ARM 单片机 STM32F103VCT6 引脚图2.2.2STM32F103 的 FSMC 接口的介绍在 STM32F103 上开发 LCD 显示，可以有两种方式来对 LCD 进行操作，一种是通过普通的 IO 口，连接 LCD 的相应引脚来进行操作，第 2 种是通过 FSMC 来进行操作。可变静态存储控制器(F
10、lexible Static Memory Controller: FSMC)是 STM32 系列中内部集成256 KB 以上 Flash，后缀为.c、.d 和.e 的高存储密度微控制器特有的存储控制机制。之所以称为“可变”，是由于通过对特殊功能寄存器的设置，FSMC 能够根据不同的外部存储器类型发出相应的数据/地址/控制信号类型以匹配信号的速度，从而使得 STM32系列微控制器不仅能够应用各种不同类型、不同速度的外部静态存储器，而且能够在不增加外部器件的情况下同时扩展多种不同类型的静态存储器，满足系统设计对存储容量、产品体积以及成本的综合要求。2.2.3SPI 接口简介SPI 是一种同步串行
11、外设接口，它可以使 MCU 与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI 有三个寄存器分别为：控制寄存器 SPCR，状态寄存器 SPSR，数据寄存器 SPDR。外围设置 FLASHRAM、网络控制器、LCD 显示驱动器、A/D转换器和 MCU 等。SPI 总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用 4 条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MI SO、主机输出/从机输入数据线 MOSI 和低电平有效的从机选择线 SS( 有的 SPI接口芯片带有中断信号线 INT、有的 SPI 接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI) 。SPI 接口主要应
12、用在 EEPROM,FLASH,实时时钟,A /D 转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI 接口是在 CPU 和外围低速器件之间进行同步串行数据传输,在主器件的移位脉冲下,数据按位传输,高位在前,低位在后,为全双工通信,数据传输速度总体来说比 I C 总线要快,速度可达到几 Mbps。2.3显示电路的设计2.3.1LCD 的选择本设计采用 TFT-LCD 模式、24 位显示的 AT070TN92 液晶屏。AT070TN92 是AT070TN83 之后又推出的一款群创 7 寸液晶屏，性能更加优越，显示更清晰。其主要参数如下表 2.1 所示：2.3.2LCD 接口控制器的设计LCD
13、 控制系统由 CPU、LCD 控制器和 LCD 显示屏组成，而 LCD 的显示和驱动主要由 LCD 控制器提供。本设计采用 SSD1963QL9 系列芯片(SSD1963QL9 引脚图见附页) 2.3.3电压调节电路由于 LCD 液晶显示屏需要不同电压，所以供电情况也不相同，背光灯电源 9.3V、数字电路电源 3.3V、通用电源 5V、门极电压 16V 和-7V、模拟电路电源 10.4V 以及复位电路 3.3V。因此，需要设计电压调节电路来完成电源电压的分配工作，实现整个控制系统的稳定。在电压调节电路中，采用低压差电压调节器 LM1117 以及低压差线性稳压器SG2001-1.2具有低能量、低
14、噪声、低功耗等一系列特点。升降压转换器采用TPS61040 系列其芯片及接口如图 2.3 所示：图 2.3 电压调节电路2.4触摸屏的选择及接口电路的设计2.4.1触摸屏的选择本次设计触摸屏选用基本的四线电阻式触摸屏。电阻式触摸屏有很多特点：高解析度，高速传输反应；表面硬度处理，减少擦伤、刮伤及防化学处理；具有光面及雾面处理。一次校正稳定性高，永不漂移。更重要的是四线电阻式触摸屏是几种触摸屏类型中最基本的一个，他性能优越、结构简单且价格低廉，适合学生做基础研究。 2.4.2触摸屏接口芯片的选择触摸屏主要由触摸屏接口控制芯片来驱动。本设计选择Burr -Brown公司的控制芯片ADS7843。A
15、DS7843是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片。供电电压2.75 V，参考电压VREF为1 V+VCC，转换电压的输入范围为0 VREF最高转换速率为125 kHz。ADS7843具有两个辅助输入:IN3、IN4,可设置为8位或12位模式。该电路的基准电压确定了转换器的输入范围. 输出数据中每个数字位代表的模拟电压等于基准电压除以4096. 平均基准输入电流由ADS7843的转换率来确定.ADS7843的引脚配置如图2.4所示，引脚说明如下表2.2所示：图 2.4 ADS7843 的引脚配置2.4.3接口电路的设计 触摸屏控制器接口电路包括触摸屏和所示：ADS7843控制芯片，具体接口电路如下图 2.5所示：图 2.5ADS7843 的硬件接口电路2.5通讯接口电路设计 2.5.1RS-232C通信接口设计1.RS-232 串行通信接口芯片：RS-232C 是一种统一的串行通信总线标准，是数据通信设备和数据终端设备间传输串行数据的接口总线。其最大传输距离为 15m，最高传输速率约为 20kbps，信号的逻辑 0 电平为+3+15V,逻辑 1 电平为-3-15V。RS-232C 的功能特性定义了 25 芯标准连接器中的 20 根信号线，其中
