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1、工 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）题 目：触摸式LCD人机接口设计 专 业： 电 子 信 息 工 程 班 级： 电 信 072 班 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2010 .12 目录1触摸屏的概况及简介11.1概况11.2 简介22系统器件介绍和工作原理22.1 TFTLCD简介222 XPT2046芯片42.2.1 芯片功能42.2.2 芯片功能特性42.2.3 XPT管脚描述52.2.4 XPT极限参数62.2.5 基本原理描述62.3压力传感器63硬件设计73.1 单片机最小系统模块设计73.1.1 复位电路83.1.2 时钟电路93.2 触摸屏硬件设计93.3 基于
2、XPT2406的控制电路144 系统软件设计144.1触屏校准作用144.2主程序流程图154.3 C语言的简介164.4关键代码165 下载与调试196 结论21致谢22参考文献23附录2531触摸式LCD人机接口设计工学院电信072指导老师: 摘要：本文介绍了触摸屏的软硬件实现方案，同时介绍了如何实现人机交互。系统模拟对TFTLCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)模块的触摸屏设计，最终实现一个手写的功能。介绍了触摸屏TFTLCD的硬件设计和基于芯片xpt2406控制触摸屏的控制电路，以及软件的C编程。关键字：触摸屏 TFTLCD x
3、pt2406 c编程1触摸屏的概况及简介1.1概况 随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏不仅适用于中国多媒体信息查询的国情，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上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。 触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；如电信局、税务局、银行、电
4、力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。将来，触摸屏还要走入家庭。 随着使用电脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的确具有相当大的优越性。触摸屏出现在中国市场上至今只有短短的几年时间，这个新的多媒体设备还没有为许多人接触和了解，包括一些正打算使用触摸屏的系统设计师，还都把触摸屏当作可有可无的设备，从发达国家触摸屏的普及历程和我国多媒体信息业正处在的阶段来看，这种观念还具有一定的普遍性。事实上，触摸屏是一个使多媒体信息或控制
5、改头换面的设备，它赋予多媒体系统以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。发达国家的系统设计师们和我国率先使用触摸屏的系统设计师们已经清楚的知道，触摸屏对于各种应用领域的电脑已经不再是可有可无的东西，而是必不可少的设备。它极大的简化了计算机的使用，即使是对计算机一无所知的人，也照样能够信手拈来，使计算机展现出更大的魅力。解决了公共信息市场上计算机所无法解决的问题。 随着城市向信息化方向发展和电脑网络在国民生活中的渗透，信息查询都已用触摸屏实现-显示内容可触摸的形式出现。1.2 简介 我们一般液晶所用的触摸屏，最多的就是电阻式触摸屏了（多点触摸属于电容式触摸屏，比如M8，IPhone等支持
6、多点触摸的手机所用的屏就是电容式的触摸屏），ALIENTEK TFTLCD自带的触摸屏属于电阻式触摸屏，下面简单介绍下电阻式触摸屏的原理。 电阻式触摸屏利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层涂层、在他们之间有许多细小的（小于1/1000英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸
7、屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再根据获得的位置模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。电阻屏的特点有：1）是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘、水汽和油污。2）可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，这是它们比较大的优势。3）电阻触摸屏的精度只取决于A/D转换的精度，因此都能轻松达到4096*4096。从以上介绍可知，触摸屏都需要一个AD转换器， 一般来说是需要一个控制器的。ALIENTEK TFTLCD模块选择的是四线电阻式触摸屏，这种触摸屏的控制芯片有很多，包括：ADS7843、ADS7846、TSC2046、XPT2046和AK4182等。这
8、几款芯片的驱动基本上是一样的，也就是你只要写出了ADS7843的驱动，这个驱动对其他几个芯片也是有效的。而且封装也有一样的，完全PINTOPIN。所以在替换起来，很方便。ALIENTEK TFTLCD模块自带的触摸屏控制芯片为XPT2046。XPT2046是一款4导线制触摸屏控制器，内含12位分辨率125KHz转换速率逐步逼近型A/D转换器。XPT2046支持从1.5V到5.25V的低电压I/O接口。XPT2046能通过执行两次A/D转换查出被按的屏幕位置， 除此之外，还可以测量加在触摸屏上的压力。内部自带2.5V参考电压可以作为辅助输入、温度测量和电池监测模式之用，电池监测的电压范围可以从0
9、V到6V。XPT2046片内集成有一个温度传感器。在2.7V的典型工作状态下，关闭参考电压，功耗可小于0.75mW。XPT2046采用微小的封装形式：TSSOP-16,QFN-16(0.75mm厚度)和VFBGA48。工作温度范围为-40+85。该芯片完全是兼容ADS7843和ADS7846的，关于这个芯片的详细使用，可以参考这两个芯片的datasheet。2系统器件介绍和工作原理2.1 TFTLCD简介2.1.1工作原理 随着微电子技术不断创新和发展，高性能ARM嵌入式系统已广泛应用于各个领域中。人们在可视化效果的追求方面也与日俱增，高性能 rFrLCD不仅可以显示华丽的界面和高分辨力多媒体
10、，同时，还具有低压、低功耗、体积小、重量轻和超薄等诸多优点。所以具有高品质因数液晶屏的嵌入式系统被广泛运用于手持设备、数字机顶盒、地学核仪器中。嵌入式开发系统是一种软件和硬件的结合体，是由硬件层、中间层、软件层和功能层有机结合实现1个或多个特定功能的功能体n 。未来嵌入式操作系统发展，软件与硬件的无缝结合是必然的趋势，尤其是本设计中用到的嵌入式Linux操作系统，它与硬件芯片的结合程度比任何其他操作系统更要紧密。 嵌入式系统中TFT液晶软硬件设计TFTLCD的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制的，每个像素点都是有源像素点。当嵌入式处理器给出像点时钟、数据使能信号和RGB数据信号时，要经
11、过液晶配套芯片IZ9FC22数据扫描来进行时序匹配。多路矩阵电压源MAX1664来控制TFT开启关闭，TFT开启时，数据通过源极驱动器加载到显示电极，显示电极和公共电极间的电压差再作用于液晶，进而达到TFTLCD显示的目的。2.1.2 TFTLCD结构 TFT-LCD的结构如图一所示，主要元件之功能说明如下： 图2-1TFT-LCD的结构彩色滤光片（CF。color filter） 彩色的LCD需要用到彩色滤光片（color filter），液晶面板透过驱动IC的电压改变，使液晶分子排排站或呈扭转状，形成闸门选择背光源光线穿透与否，穿透的光线，再经由彩色滤光片的处，才能表现出彩色的画面。彩色滤
12、光片之制作是于玻璃基板上，将红、绿、蓝三原色之有机材料，制作在每一个尽素之内，如图图2-2彩色滤光片黑色阵列在彩色滤光片上。用来遮住R、G、B各Pixel间之空隙，可大幅减少LCD光点间彼此因光害所产生的干扰，使画面更清晰，提升了阅读上的舒适度，同时也减轻了长期使用所造成的眼部压力及疲累感。配向膜 配向膜是用来将液晶分子做定位的工作，其前后两片光罩上的配向膜需互成九十方能将液晶分子依序旋转，其制作方式是用棉刷依一定方向刷过，也有使用蒸度的方式配向，过成本较高。 偏光板 液晶显示器均须使用上下两片偏光板，其功能即在于將非偏极光转为偏极光，而液晶显示器就是利用此偏极光加上液晶扭转特性达到控制光线的
13、通过与否，以形成明暗。透明电极 液晶显示器之液晶分子须有上下方之电极来感应，控制其旋转，而电极必须是透明且能导电之材质，目前使用ITO（铟锡氧化物）。背光光源 由于液晶本身会发光，必须在液晶显示面板后方加上背光源（大部分是冷阴极管或LED），光线穿透玻璃基板、液晶、彩色滤光片、偏光板等相关材料，进入人的眼睛形成影像。玻璃基板 玻璃在TFT-LCD产业中扮演的角色好比是半导体产业中的晶体，因此TFT-LCD产业对玻璃基板表面精度之要求极高。TFT-LCD的制程需要真空蒸镀与蚀刻，所以基板玻璃必须要能忍受強酸強碱之腐蚀、高温的制程环境，并且必须具备比矽晶体精密的表面平整与平面起伏度。 22 XPT
14、2046芯片2.2.1 芯片功能XPT2046是一款4导线制触摸屏控制器，内含12位分辨率125KHz转换速率逐步逼近型A/D转换器。XPT2046支持从1.5V到5.25V的低电压I/O接口。XPT2046能通过执行两次A/D转换查出被按的屏幕位置， 除此之外，还可以测量加在触摸屏上的压力。内部自带2.5V参考电压可以作为辅助输入、温度测量和电池监测模式之用，电池监测的电压范围可以从0V到6V。XPT2046片内集成有一个温度传感器。 在2.7V的典型工作状态下，关闭参考电压，功耗可小于0.75mW。XPT2046采用微小的封装形式：TSSOP-16,QFN-16(0.75mm厚度)和VFB
15、GA48。工作温度范围为-40+85。2.2.2 芯片功能特性 具有4线制触摸屏接口 具有触摸压力测量功能 能直接测量电源电压（0V6V） 低功耗（260A） 可单电源工作，工作电压范围为2.2V5.25V 支持1.5V5.25V电平的数字I/O口 内部自带2.5V参考电压 具有125KHz的转换速率 采用QSPI 和 SPI 3线制通信接口 具有可编程的8位或12位的分辨率 具有1路辅助模拟量输入 能够自动掉电 封装小，节约电路面积：TSSOP-16,QFN-16(0.75mm厚度)和VFBGA48 全兼容TSC2046，ADS7843/7846和AK4182 2.2.3 XPT管脚描述表2-1 管脚描述QFN引脚号 TSSOP引脚号 VFBGA引脚号 名称 说明 1 13 A5 BUSY 忙时信号线。当 为高电
