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1、数字电子技术课程设计说明书数字电子技术课程设计说明书设计题目： 学 院（系）： 专 业： 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 刘 畅 完 成 日 期： 2011.1.20 数字电子技术课程设计任务书数字电子技术课程设计任务书学院（直属系）：机械工程学院 时间：2016 年 1 月 11 日学 生 姓 名 指 导 教 师 设计（论文）题目 设计要求用 Altium Designer 软件设计系统电路。用 Protues 软件仿真电路。焊接实体电路。 编写程序使触摸屏正确显示并实现对步进电机的触摸控制。要完成的任务用 Altium Designer 和 Protues 软件设计电路并验证
2、电路的可行性。用 Keil 软件编写 c 语言程序并编译查看是否有语法或逻辑错误。 向实体系统中写入程序，上电运行查看效果，同时对系统和程序进行调整。在系统实时运行过程中发现问题并加以解决。目录目录基于触摸屏的步进电机控制系统 .ITouch screen control system of step motor.I引言1第一章 电阻式触摸屏的介绍21.1 硬件介绍21.1.1 主要参数：21.2 功能介绍31.2.1 接口电路（见图 1-2）31.2.2 触摸控制电路（见图 1-3）31.2.3 IO 扩展电路 41.2.4 电源电路.41.3 触摸工作原理5第二章 步进电机的介绍72.1
3、基本介绍72.2 主要分类82.2.1 反应式：.82.2.2 永磁式：.82.2.3 混合式：.82.3 基本原理和构造92.4 参数指标102.4.1 静态指标术语.102.4.2 动态指标术语.102.5 主要特性12第三章 单片机的介绍133.1 概述133.2 应用分类143.2.1 通用专用.143.2.2 线型.143.2.3 控制型.143.3 硬件和结构特性153.3.1 硬件特性.153.3.2 基本结构.153.4 应用范围173.4.1 智能仪器.173.4.2 工业控制.173.4.3 家用电器.183.4.4 网络和通信.183.4.5 设备领域.183.4.6 模
4、块化系统.18第四章 设计内容194.1 硬件准备.194.1.1 2.8 寸触摸屏194.1.2 永磁式步进电机194.1.3 单片机最小系统204.1.4 步进电机驱动模块.204.1.5 继电器模块214.2 软件平台214.3 程序设计224.3.1 液晶显示部分.224.3.2 触摸控制部分.234.3.3 主程序的功能实现.274.4 问题与解决314.5 实体图34结论35参考文献36致谢38附录39引言引言触摸屏技术在近几年来得到了较快的发展，特别是在手机制造的应用中，从传统的键盘按键控制转变成了纯触摸屏控制，这不仅可以最大化手机的显示界面，而且还让操作控制更加简便直接，大大提
5、高了用户的使用感受。随着其广泛的应用，又出现了电容式触摸屏，使触摸屏从电阻式的单点触控实现了电容式的多点触控，这也让触摸屏在一定程度上替代按键控制成为可能。在很多的科幻电影中，比如阿凡达，我们都可以看见触摸屏的身影，它简便直观的操作方式给人留下了深刻的印象。在触摸屏技术得到如此广泛应用的今天，我们有理由相信，使用触摸屏完全替代键盘实现对电脑的控制和各种工程控制，将是未来发展的一个大方向。在很多工程控制中，比如医疗，对于控制的精度有很高的要求，而对于触摸屏，由于按键是由触摸屏显示虚拟出来的，没有像实体按键一样明显的分隔，容易造成误操作，也许对于手机、平板电脑这样的消费类电子产品，这样的误操作并不
6、算什么，但在工程控制中，一次小小的误操作都可能造成无法挽回的损失。这对触摸屏控制提出了更高的要求。要应对以上的问题，不仅要在硬件上有技术的创新，而且在软件控制中也要引入更先进的算法，模糊控制，尽量避免误操作的发生。本文设计的主要内容就是实现触摸屏对于步进电机的控制，模拟在机械行业的工程控制中对机械结构的精确控制，发现使用过程中出现的问题，并加以解决。第一章第一章 电阻式触摸屏的介绍电阻式触摸屏的介绍1.1 硬件介绍硬件介绍Thin Film Transistor (薄膜场效应晶体管)，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度高亮度高对比度显示屏幕信
7、息。目前在手机上TFT（外观如图1-1）使用最为广泛，中高端彩屏手机中普遍采用的屏幕，分65536色及26万色，1600万色三种，其显示效果非常出色。随着技术的进步，TFT不仅应用在手机上，许多智能仪表，工控人机界面也都在使用TFT取代之前的黑白屏。图 1-1 手机触摸屏1.1.1 主要参数：主要参数：表 1-1 触摸屏的主要参数类目参数模块尺寸（长*宽）80mm*54mm像素320*240颜色26 万色驱动 ICILI9328触摸类型电阻式背光类型LED1.2 功能介绍功能介绍2.8 寸 TFT 模块电路共分为 FPC 接口电路、触摸控制电路、IO 扩展电路、电源电路、TFT 控制接口电路、
8、SD 接口电路等 6 部分。1.2.1 接口电路（见图接口电路（见图 1-2）图 1-2 接口电路1.2.2 触摸控制电路（见图触摸控制电路（见图 1-3）图 1-3 控制电路1.2.3 IO 扩展电路扩展电路为了节省 IO 资源，通过 IO 扩展仅需要使用 8 位控制器的 IO 口即可驱动16 位数据模式，控制器的 8 位 IO 与锁存器的 D0D7 连接，锁存器的输出与TFT 的低 8 位数据口连接(见图 1-4)，当写 16 位数据时，先将 16 位数据的低 8位送到 D10D17，此时通过控制 LE 管脚将数据锁存到 TFT 的低 8 位数据口，然后再将 16 位数据的高 8 位送到
9、D10D17，即完成 16 位数据送至 TFT 数据口的工作。图 1-4 锁存器1.2.4 电源电路电源电路由于 TFT 只能在 3.3V 电压下工作，所以当输入电压 VIN 为 5V 时，需要通过 3.3V 稳压 IC 降到 3.3V 电压，当输入电压为 3.3V 时，需要使用 0 欧电阻将 J2短接，相当于不通过稳压 IC 直接给模块供电。（见图 1-5）图 1-5 电源电路1.3 触摸工作原理触摸工作原理触摸屏结构工作时的导体层典型触摸屏的结构一般由三部分（见图 1-6）组成：两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络。当某一层电极加上电压时
10、，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标。比如，在顶层的电极(X+,X-)上加上驱动电压，则在顶层导体层上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，在底层就可以测得接触点处的电压，再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系，知道该处的 X 坐标。然后，将驱动电压切换到底层电极（Y+,Y-）上，并在顶层测量接触点处的电压，从而知道 Y 坐标。（见图 1-7）图 1-6 触摸屏结构图 1-7 触摸屏电阻线路计算触点的 X，Y 坐标具体分为如下两步：1. 通过触摸屏控制芯片 ADS7843/XPT2046
11、 分别采集触点在 X 轴和 Y 轴上产生的电压数字量，（见图 1-8）公式中的 X 值和 Y 值。2计算坐标图 1-8 坐标公式式中，X 和 Y 分别为触点在 X 工作面和 Y 工作面上产生的电压的数字量的测量值；（XY）反映了触点在触摸屏上的坐标。Xmin，Ymin，Xmax 和 Ymax分别为触摸屏上最小和最大坐标点在 X 轴和 Y 轴上产生的电压的数字量的实际测量值，它们是常量，可通过测量得到；（Xmin，Ymin）和（Xmax，Ymax）反映了触摸屏上最小、最大坐标点的坐标；W 和 H 分别是 LCD 显示屏 X 轴和 Y 轴上的像素点总数，例如本 2.8 寸 TFT，W 为 240，
12、H 为 320；（XLCD，YLCD）为触点映射到 LCD 显示屏上的像素点坐标。第二章第二章 步进电机的介绍步进电机的介绍2.1 基本介绍基本介绍步进电机（见图 2-1）是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一
13、体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。图 2-1 步进电机2.2 主要分类主要分类按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占 97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱
14、动器后效果良好。该种电机的基本步距角为 1.8/步，配上半步驱动器后，步距角减少为 0.9，配上细分驱动器后其步距角可细分达 256 倍（0.007/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。步进电机在构造上有三种主要类型：反应式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。2.2.1 反应式：反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达 1.2、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。2.2.2
15、永磁式：永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5或 15）。2.2.3 混合式：混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。2.3 基本原理和构造基本原理和构造通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。通常见到的各类电机，内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗；铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力
