基于Cortex-M3的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì)

1、上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文）學(xué) 院電子電氣工程學(xué)院專 業(yè)電子信息工程班級學(xué)號學(xué) 生 指導(dǎo)教師 題 目基于Cortex-M3的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 目 錄摘要 4Abstract 50 引言 21 觸摸屏技術(shù)原理和分類 21.1 觸摸屏簡介 21.2 觸摸屏分類 21.2.1 電阻式觸摸屏 21.2.2 電容式觸摸屏 22 硬件平臺設(shè)計(jì) 22.1 LM3S9B96開發(fā)板介紹 22.1.1 開發(fā)板概述 22.2 Cortex-M3處理器介紹 22.2.1 Cortex-M3處理器特點(diǎn) 22.2.2 Cortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu) 22.3 開發(fā)板上3.5帶觸摸液晶顯示模塊 22.3.1特性 22.

2、3.2控制接口 22.3.3背光 22.3.4電源 22.3.5 電阻觸摸屏 22.3.6觸摸屏接口設(shè)計(jì) 23 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23.1編程軟件 Keil uVision4 23.2 驅(qū)動(dòng)程序原理 23.2.1 觸摸屏驅(qū)動(dòng)原理 23.2.2 顯示屏驅(qū)動(dòng)原理 23.2.3 驅(qū)動(dòng)程序文件功能 23.3 功能實(shí)現(xiàn)部分設(shè)計(jì) 23.3.1 中斷控制功能編寫 23.3.2 顯示函數(shù)編寫 23.3.3 運(yùn)算符函數(shù)編寫 24 設(shè)計(jì)過程 24.1 Keil uVision4的使用 24.2 設(shè)計(jì)實(shí)施與測試調(diào)試 24.2.1 軟件功能初始化 24.2.2 顯示界面編寫調(diào)試 24.2.2 函數(shù)功能編寫調(diào)試 24.3

3、設(shè)計(jì)成果展示 25 結(jié)論 2參考文獻(xiàn) 67附錄 68譯文 98原文說明 109摘 要隨著多媒體信息查詢的與日俱增，人們越來越多地談到觸摸屏這種極大方便了那些不懂電腦操作的用戶的技術(shù)。這種人機(jī)交互方式，它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互方式。觸摸屏在我國的應(yīng)用范圍非常廣闊，主要有公共信息的查詢，如電信局、稅務(wù)局、銀行、電力等部門的業(yè)務(wù)查詢；城市街頭的信息查詢；此外還可廣泛應(yīng)用于領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等。將來，觸摸屏還要走入家庭。隨著城市向信息化方向發(fā)展和電腦網(wǎng)絡(luò)在日常生活中的滲透，信息查詢都會以觸摸屏顯示內(nèi)容可觸摸的形式出現(xiàn)

4、。本設(shè)計(jì)是利用一個(gè)TFT觸摸屏完成的一款，仿照現(xiàn)實(shí)生活中常見的計(jì)算器，將其功能移植到觸摸屏上進(jìn)行操作的計(jì)算器設(shè)計(jì)。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)應(yīng)用越來越廣泛，各種成熟的產(chǎn)品層出不窮。Cortex-M3處理器是ARM公司于2004年推出的基于ARMv7-M架構(gòu)的處理器，它是一個(gè)低功耗處理器，具有門數(shù)少，中斷延遲小，調(diào)試容易等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)利用Cortex-M3為核心處理器的LM3S9B96開發(fā)板，搭載TFT液晶觸摸屏，利用Keil uVision4軟件，完成觸摸屏計(jì)算器編程部分設(shè)計(jì)。 從而完成軟件功能的在觸摸屏上的實(shí)現(xiàn)，以展示觸屏技術(shù)和Cortex-M3嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合后的成果。關(guān)鍵詞：觸摸屏

5、技術(shù), Cortex-M3嵌入式系統(tǒng), Keil uVision4軟件平臺Design of a Touch Screen Calculator Based on Cortex-M3AbstractWith the increasing utilization of information search in multimedia, touch screen is on everyones lips. That kind of interaction between people and computer entitles multimedia brand-new image that mak

6、es touch screen technology an attractive and interactive means of communication. Touch screen is applicable in various fields domestically, mainly public information searching such as business in telecommunication, taxation, banking and electricity and street information searching. In addition, touc

7、h screen is widely used in office, industrial control, military, electronic games, ordering services, multimedia teaching and real estate market. This design is a TFT touch screen of a modeled on real life calculator, and transplanted to its function calculator designed for operation on the touch sc

8、reenMeanwhile, thanks to the advancement of technologies and wider use of DSP，a multitude of mature products come hard on wheels of another. Cortex-M3 processor, one based on ARMv7-M shipped by ARM, is energy-efficient with few gate accounts, little postponement of interruption as well as convenienc

9、e of debugging. This paper, using S7000 experiment board with Cortex-M3 as core processor, TFT liquid crystal touch screen and Keil uVision4 software, explores a fraction of design of touch screen computing program which is downloaded to the experiment board so as to showcase the rationale and fruit

10、s of the touch screen technology.Key words:：Touch screen technology, Cortex-M3 Embedded System, Keil uVision4 Software Platform基于Cortex-M3的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì)0 引言隨著多媒體信息查詢的與日俱增,人們越來越多地談到觸摸屏,因?yàn)橛|摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備,它是目前最簡單、方便、自然的隨著技術(shù)的不斷的進(jìn)步，即使許多從未使用過電腦的人也能很快的上手通過它來操作各類電子產(chǎn)品。同時(shí)觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)。觸摸屏作為一種新型的人

11、機(jī)界面，從一出現(xiàn)就受到關(guān)注。它的簡單易用，強(qiáng)大的功能及優(yōu)異的穩(wěn)定性使它非常適合于工業(yè)環(huán)境，甚至可以用于日常生活之中，應(yīng)用非常廣泛，比如：自動(dòng)化停車設(shè)備、自動(dòng)洗衣機(jī)、天車升降控制、生產(chǎn)線監(jiān)控等，甚至可以用于智能大廈管理、會議室聲光控制、溫度調(diào)整觸控技術(shù)可以將這些應(yīng)用改進(jìn)為采用幾項(xiàng)現(xiàn)有觸控技術(shù)之一的計(jì)算機(jī)。觸摸屏是用戶和計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)互動(dòng)的最簡單、最直接的方式。盡管觸摸屏技術(shù)相對較新（有兩家大型觸摸屏制造商聲稱在 70 年代開始運(yùn)營），但是用戶和觸摸屏交互的基本方式已非常久遠(yuǎn)：你的手會伸向你想要的東西。這幾乎是所有兒童和成人的本能。各行各業(yè)的公司都已成功地將觸摸屏的效用發(fā)揮到各自的應(yīng)用中。航空公司

12、使用它來模擬機(jī)艙、訓(xùn)練飛行員駕駛飛機(jī)；房地產(chǎn)公司通過它使購房者能夠在彈指之間觀看商品房的全彩圖像；賀卡公司使用它來讓客戶創(chuàng)建自己的個(gè)性化卡片；餐館飯店使用它來簡化店內(nèi)的 POS 終端；醫(yī)科學(xué)校使用它來教導(dǎo)護(hù)士學(xué)員如何應(yīng)對危機(jī)狀況。觸摸屏的這5個(gè)基本種類是：電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏,表面聲波技術(shù)觸摸屏、紅外線掃描技術(shù)觸摸屏、矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏。這是從技術(shù)原理上對觸摸屏的分類，矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏己退出歷史舞臺。每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，而用戶也知道不可能所有的應(yīng)用場合都是某一類觸摸屏最適合。要想挑選最適合的，關(guān)鍵就要了解每一類觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是利用一個(gè)

13、TI公司生產(chǎn)的，搭載了四線電阻TFT液晶顯示模塊的Cortex-M3實(shí)驗(yàn)板，設(shè)計(jì)的一個(gè)簡單的觸摸屏計(jì)算器。是一款簡單實(shí)用的觸摸屏產(chǎn)品，通過本設(shè)計(jì)，可以了解和展示觸屏功能的簡單原理和技術(shù)特點(diǎn)，并利用Keil uVision4這一款強(qiáng)大的嵌入式編程軟件，用C語言進(jìn)行相關(guān)軟件部分的開發(fā)，并將通過編譯的代碼，下載到開發(fā)板上，完成實(shí)際的嵌入式功能應(yīng)用，從而完成本次設(shè)計(jì)。1 觸摸屏技術(shù)原理和分類本次設(shè)計(jì)主要的特點(diǎn)是一個(gè)帶觸摸屏功能的數(shù)字計(jì)算器，所以首先介紹觸摸屏的分類和工作原理。1.1 觸摸屏簡介觸摸屏是最方便、簡單、自然的輸入手段，完全不懂電腦的人可以上來就操作電腦。用戶看著顯示內(nèi)容，想選什么就簡單地用

14、手觸摸一下。通過觸摸屏，人們可以盡情的游暢于您的應(yīng)用軟件，查詢他們感興趣的信息。既然觸摸屏是最適合信息查詢的輸入設(shè)備，各發(fā)達(dá)國家都積極的進(jìn)行著觸摸屏的研制開發(fā)，猶如PC從286、386發(fā)展到奔騰機(jī)一樣，觸摸屏也從低檔向高檔發(fā)展，從紅外線式、電阻式走到電容感應(yīng)式，現(xiàn)在發(fā)展到了表面聲波觸摸屏和五線電阻觸摸屏。性能越來越可靠，技術(shù)越來越先進(jìn)，如美國的EloTouch表面聲波觸摸屏，安裝的是一塊沒有任何貼膜覆層的純玻璃，不管是從清晰度還是從耐用程度上都昭示著觸摸屏成熟產(chǎn)品時(shí)代的到來。由于觸摸屏本身的特點(diǎn)，對觸摸屏的要求除了要求非常透明、精確定位之外，還要求它長時(shí)間保持準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定可靠、不影響美觀和不

15、容易被破壞。因此，評判一種觸摸屏技術(shù)的優(yōu)劣，主要就是從這幾點(diǎn)來考察1.2 觸摸屏分類針對目前國內(nèi)市場上主流觸摸屏技術(shù)，一般分為矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏，表面聲波觸摸屏、電阻觸摸屏、電容感應(yīng)觸摸屏、紅外線觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺。觸摸屏紅外線價(jià)格低廉，但其外框易碎，容易產(chǎn)生光干擾，曲面情況下失真；電容觸摸屏設(shè)計(jì)理論好，但其圖象失真問題很難得到根本解決；電阻屏的定位準(zhǔn)確，但其價(jià)格頗高，且怕刮易損。表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰抗暴，適于各種場合，缺憾的是觸摸屏表面的水滴、塵土?xí)褂|摸屏變的遲鈍，甚至不工作。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，我們把觸摸屏分為

16、四種，它們分別為電阻式、紅外線式、電容感應(yīng)式以及表面聲波式，下面就對上述的各種類型的觸摸屏進(jìn)行簡要介紹 。1.2.1 電阻式觸摸屏電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層叫ITO的透明導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層導(dǎo)電層（ITO或鎳金），在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小（小于千分之一英寸）的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了一個(gè)接觸，控制器偵測到這個(gè)接通并計(jì)算出X、Y軸的位置，這就是所有電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。圖1.1 電阻

17、觸摸屏的結(jié)構(gòu)及模擬量電阻屏的原理電阻觸摸屏的兩層ITO工作面必須是完整的，在每個(gè)工作面的兩條邊線上各涂一條銀膠，一端加5V電壓，一端加0V，就能在工作面的一個(gè)方向上形成均勻連續(xù)的平行電壓分布。在偵測到有觸摸后，立刻AD轉(zhuǎn)換測量接觸點(diǎn)的模擬量電壓值，根據(jù)它和5V的比例公式就能計(jì)算出觸摸點(diǎn)在這個(gè)方向上的位置。在此有必要提一下兩種透明的導(dǎo)電涂層材料：ITO，氧化鋼，弱導(dǎo)電體，特性是當(dāng)厚度降到1800個(gè)埃（埃10-10米）以下時(shí)會突然變得透明，透光率為80，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時(shí)又上升到80。但有遺憾是ITO在這個(gè)厚度下非常脆，容易折斷產(chǎn)生裂紋。 ITO是所有電阻技術(shù)觸摸屏及電容技術(shù)

18、觸摸屏都用到的主要材料，實(shí)際上電阻和電容技術(shù)觸摸屏的工作面就是ITO涂層。鎳金涂層，五線電阻觸摸屏的外層導(dǎo)電層使用的是延展性極好的鎳金涂層材料，外導(dǎo)電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是成本較為高昂，鎳金導(dǎo)電層雖然延展性好，但是只能作透明導(dǎo)體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因?yàn)樗鼘?dǎo)電性太好，不宜作精密電阻測量，而且金屬不易做到厚度非常均勻。 第一代四線電阻技術(shù)的兩層ITO作面工作時(shí)都加上5V到0V的均勻電壓分布場：一個(gè)工作面加豎直方向的，一個(gè)工作面加水平方向的。引線至控制器總共需要四根電纜。因?yàn)樗木€電阻觸摸屏靠外的那層塑膠及ITO涂層被經(jīng)常觸動(dòng)，一段時(shí)間后外層薄薄

19、的ITO涂層就會有了細(xì)小的裂紋，顯然，導(dǎo)電工作面一旦有了裂紋，電流就會繞之而過，工作而上的電壓場分布也就不可能再均勻，這樣，在裂紋附近觸摸屏漂移嚴(yán)重，裂紋增多后，觸摸屏有些區(qū)域可能就再也觸摸不到了。四線電阻觸摸屏的基層大多數(shù)是有機(jī)玻璃，不僅存在透光率低、風(fēng)化、老化的問題，并且存在安裝風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)橛袡C(jī)玻璃剛性差，安裝時(shí)不能捏邊上的銀膠，以免薄薄的ITO和相對厚實(shí)的銀膠脫裂，不能用力壓或拉觸摸屏，以免押斷ITO層。有些四線電阻觸摸屏安裝后顯得不太平整就是因?yàn)檫@個(gè)原因。ITO是無機(jī)物，有機(jī)玻璃是有機(jī)物，有機(jī)物和無機(jī)物是不能良好結(jié)合的，時(shí)間一長就容易剝落。如果能夠生產(chǎn)出曲面的玻璃板，玻璃是無機(jī)物，能

20、和ITO非常好的結(jié)合為導(dǎo)電玻璃，那電阻觸摸屏的壽命不是能夠大大延長嗎？第二代五線電阻技術(shù)觸摸屏的基層使用的就是這種導(dǎo)電玻璃，不僅如此，五線電阻技術(shù)把兩個(gè)方向的電壓場通過精密電阻網(wǎng)絡(luò)都加在玻璃的導(dǎo)電工作面上，我們可以簡單的理解為兩個(gè)方向的電壓場分時(shí)加在同一工作面上，而外層鎳金導(dǎo)電層只僅僅用來當(dāng)作純導(dǎo)體，有觸摸后靠既檢測內(nèi)層ITO接觸點(diǎn)電壓又檢測導(dǎo)通電流的方法測得觸摸點(diǎn)的位置。五線電阻觸摸屏內(nèi)層ITO需四條引線，外層只作導(dǎo)體僅僅一條，至控制器總共需要5根電纜。因?yàn)槲寰€電阻屏的外層鎳金導(dǎo)電層不僅延展性好，而且只作導(dǎo)體，只要它不斷成兩半，就仍能繼續(xù)完成作為導(dǎo)體的使命，而身負(fù)重任的內(nèi)層1TO直接與基層玻

21、璃結(jié)合為一體成為導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃自然沒有了有機(jī)玻璃作基層的種種弊端，因此，五線電阻屏的使用壽命和透光率與四線電阻屏相比有了一個(gè)飛躍：五線電阻屏的觸摸壽命是3千5百萬次，四線電阻屏則是小于1百萬次，且五線電阻觸摸屏沒有安裝風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)五線電阻屏的ITO層能做得更薄，因此透光率和清晰度更高，幾乎沒有色彩失真。 不管是四線電阻觸摸屏還是五線電阻觸摸屏，它們都是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵、水汽和油污，它可以用任何物體來觸摸，可以用來寫字畫畫，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公室內(nèi)有限人的使用。電阻觸摸屏共同的缺點(diǎn)是因?yàn)閺?fù)合薄膜的外層采用塑膠材料，不知道的人太用力或使用銳器觸摸可能劃傷整個(gè)觸摸屏而導(dǎo)

22、致報(bào)廢。不過，在限度之內(nèi)，劃傷只會傷及外導(dǎo)電層，外導(dǎo)電層的劃傷對于五線電阻觸摸屏來說沒有關(guān)系，而對四線電阻觸摸屏來說是致命的。1.2.2 電容式觸摸屏電容技術(shù)的觸摸屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層ITO，最外層是只有0.0015毫米厚的矽土玻璃保護(hù)層，夾層ITO涂層作為工作面，四個(gè)角上引出四個(gè)電極，內(nèi)層ITO為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。 當(dāng)用戶觸摸電容屏?xí)r，由于人體電場，用戶手指頭和工作面形成一個(gè)耦合電容，因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號，于是手指頭吸收走一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流分從觸摸屏四個(gè)角上的電極中流出，并且理論上流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成比例，控制器通過對

23、這四個(gè)電流比例的精密計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置。圖1.2通過四個(gè)電流比較計(jì)算出觸摸點(diǎn)位置電容觸摸屏的透光率和清晰度優(yōu)于四線電阻屏，當(dāng)然還不能和表面聲波屏和五線電阻屏相比，電容屏反光嚴(yán)重，而且，電容技術(shù)的四層復(fù)合觸摸屏對各波長光的透光率不均勻，存在色彩失真的問題，由于光線在各層間的反射，還造成圖像字符的模糊。 圖1.3電容觸模屏與表面聲波屏結(jié)構(gòu)差異比較 電容屏在原理上把人體當(dāng)作一個(gè)電容器元件的一個(gè)電極使用，當(dāng)有導(dǎo)體靠近與夾層ITO工作面之間耦合出足夠量容值的電容時(shí)，流走的電流就足夠引起電容屏的誤動(dòng)作。我們知道，電容值雖然與極間距離成反比，卻與相對面積成正比，并且還與介質(zhì)的絕緣系數(shù)有關(guān)。因此，當(dāng)較大面

24、積的手掌或手持的導(dǎo)體物靠近電容屏而不是觸摸時(shí)就能引起電容屏的誤動(dòng)作，在潮濕的天氣，這種情況尤為嚴(yán)重，手扶住顯示器、手掌靠近顯示器7厘米以內(nèi)或身體靠近顯示器15厘米以內(nèi)就能引起電容屏的誤動(dòng)作。電容觸摸屏最外面的矽土保護(hù)玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲擊，敲出一個(gè)小洞就會傷及夾層ITO，不管是傷及夾層ITO還是安裝運(yùn)輸過程中傷及內(nèi)表面ITO層，電容屏就不能正常工作了。1.2.3 紅外式觸摸屏紅外觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測并定位用戶的觸摸。通常紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個(gè)外框，靠藏在外框中的電路板在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用

25、戶在觸摸屏幕時(shí)，手指就會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置。圖1.4紅外線掃描式觸摸屏的原理安裝紅外觸摸屏的方法非常簡單，只要用膠或雙面膠將這個(gè)框架固定在顯示器前面即可。大多數(shù)紅外觸摸屏的控制器直接設(shè)計(jì)在藏在框架中的電路板上，也有紅外觸摸屏把控制器設(shè)計(jì)在單獨(dú)的小盒中?？刂破魍ㄟ^鍵盤接口或者串行口直接與主機(jī)通信，走鍵盤接口的紅外觸摸屏用戶甚至可以直接讀取鍵盤口發(fā)來的觸摸屏數(shù)據(jù)而無需任何驅(qū)動(dòng)程序。1.2.4 表面聲波觸摸屏表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、 LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。這塊玻璃平板只是一塊純粹

26、的強(qiáng)化玻璃，區(qū)別于別類觸摸屏技術(shù)是沒有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個(gè)相應(yīng)的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個(gè)周邊則刻有45度角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。如圖1.5所示圖1.5 InteIliTouch觸摸屏包括一塊表面交叉著X、Y方向聲表面波的強(qiáng)化玻板以Y軸為例，發(fā)射換能器把由控制器產(chǎn)生的5MHz的電信號轉(zhuǎn)換為超聲波能量發(fā)出。換能器基座的設(shè)計(jì)使得它具有較狹窄的方向角向左傳播聲表面膠能量，在傳遞過程中，又被底邊的45度反射條紋向上反射成屏幕表面豎直方向的均勻面?zhèn)鞑?，然后又被上邊的反射條紋向右聚成線傳播至Y軸接收換能器，并最終

27、轉(zhuǎn)為電信號回傳給控制器。圖1.6 接收信號在觸摸位置對應(yīng)處衰減在沒有觸摸的時(shí)候，接收信號的波形與參照波形完全一樣。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，手指吸收了一部分聲波能量，而控制器則偵測到接收信號在某一時(shí)刻上的衰減，由此可計(jì)算出觸摸點(diǎn)在Y軸上的位置，同樣的原理可以得到觸摸點(diǎn)在X軸的位置，如圖1.6所示。除了一般觸摸屏都能響應(yīng)的X、Y坐標(biāo)外，表面聲波觸摸屏還響應(yīng)其獨(dú)有的第三軸Z軸坐標(biāo)，也就是能感知用戶觸摸壓力大小值。其原理是由接收信號衰減處的衰減量計(jì)算得到。三軸一旦確定，控制器就把他們傳給主機(jī)。因?yàn)楸砻媛暡夹g(shù)非常穩(wěn)定，而表面聲波觸摸屏的控制器靠測量衰減時(shí)刻在時(shí)間軸上的位置來計(jì)算觸摸位置，所以表面聲波觸摸屏非

28、常穩(wěn)定，精度也非常高，目前表面聲波技術(shù)觸摸屏的精度通常是40964096。表面聲波觸摸屏的優(yōu)勢主要有：壽命最長（美國權(quán)威的電子工程師雜志的報(bào)告是：同一位置觸摸5干萬次無故障），屬于半永久性的產(chǎn)品，極好的防刮性，透光率（92）和清晰度最高，保持清晰透亮的圖像質(zhì)量，沒有色彩失真，這些優(yōu)點(diǎn)來源于它的觸摸屏是沒有任何貼膜和覆層的純玻璃，并且不象有覆層玻璃的觸摸屏在邊角遭受壓力時(shí)內(nèi)部應(yīng)力不可預(yù)測的可能在某處集中，因此，純玻璃的觸摸屏安裝風(fēng)險(xiǎn)??；此外，表面聲波觸摸屏技術(shù)絕對沒有漂移，安裝后無須再進(jìn)行校準(zhǔn)，直接采用迪卡爾直角坐標(biāo)系，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換無失真。綜上所述，市面上各種各樣的觸摸屏，分別有各自的特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域

29、，以及生產(chǎn)成本等。如表1.1是市面上常見的各類觸摸屏技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)。表1.1 市場上常見觸摸屏性能比較 類別性能表面聲波電容紅外五線電阻四線電阻清晰度很好字符圖象糊較好字符圖象模糊反光性很少嚴(yán)重有較少透光率92%（極限）85%75%55%色彩失真無有無有分辨率409640961024102440324096409610241024壓力軸影響有無無無無漂移無漂移無無無防刮擦非常好且不怕硬物一般，怕硬物敲擊一般，怕銳器主要缺陷野蠻使用不怕一般外框易碎怕銳器差反應(yīng)速度10ms15-24ms50-300ms10ms10-20ms材料純玻璃四層復(fù)合膜透光外殼鍍于玻璃鍍于有機(jī)玻璃多點(diǎn)觸摸智能判斷中心點(diǎn)左上角

30、中心點(diǎn)中心點(diǎn)電磁場干擾沒有此問題有沒有此問題沒有此問題沒有此問題防塵不怕不怕不能擋住透光部分不怕不怕壽命5千萬次半永久性2千萬次太多傳感器損壞概率大3千5百萬次1百萬次安裝風(fēng)險(xiǎn)不易碎易碎易摔碎外殼不易碎易損壞ITO市場返修率021%40%5%30%外觀不影響不影響影響外觀不影響不平整現(xiàn)場維修不需要需經(jīng)常校準(zhǔn)清潔外殼不需要不需要本次設(shè)計(jì)基于LM3S9B96開發(fā)板這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺，所搭載的是3.5寸的四線電阻式觸摸屏，雖然其具有相當(dāng)?shù)娜秉c(diǎn)。因?yàn)槊看斡|按，上層的PET和ITO都會發(fā)生形變，而ITO材質(zhì)較脆，在形變經(jīng)常發(fā)生時(shí)容易損壞。一旦ITO層斷裂，導(dǎo)電的均勻性也就被破壞，上面推導(dǎo)坐標(biāo)時(shí)的比例等效性

31、也就不再存在，因此四線電阻觸摸屏的壽命不長。但是，其開發(fā)成本較低，硬件連接簡單，顯示效果良好，并且驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)相對簡單等特點(diǎn)。所以針對本次設(shè)計(jì)，所采用了是樣的四線電阻式觸摸屏。2 硬件平臺設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)主要以LM3S9B96開發(fā)板作為主要的開發(fā)平臺，首先在這里對開發(fā)板的結(jié)構(gòu)，和最重要的Cortex-M3微處理器，以及搭載的觸摸屏液晶顯示模塊進(jìn)行一個(gè)介紹。2.1 LM3S9B96開發(fā)板介紹Stellaris LM3S9B96 開發(fā)板為基于ARM CortexTM-M3 內(nèi)核的Stellaris LM3S9B96 高性能微控制器的開發(fā)提供了完整的系統(tǒng)平臺。2.1.1 開發(fā)板概述LM3S9B96 是S

32、tellaris Tempest-class 微控制器家族的一員。Tempest-class 系列微控制器具有高達(dá)80MHZ 的時(shí)鐘速度、一個(gè)外擴(kuò)設(shè)備接口（EPI）和音頻IIS 接口。除了集成了新的硬件特性外，DK-LM3S9B96 開發(fā)板還有豐富的其他Stellaris 芯片中也有的外設(shè)。開發(fā)板包含一個(gè)板上調(diào)試接口（ICDI）電路，支持JTAG 和SWD 兩種方式調(diào)試。板上集成了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)ARM 20 針引腳調(diào)試接口，可以調(diào)試同類Stellaris ARM 器件。Stellaris LM3S9B96 開發(fā)套件可以加快Tempest-class 系列微控制器的開發(fā)速度。其實(shí)物圖如下圖2.1。圖2

33、.1 實(shí)物樣圖結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2圖 2.2 開發(fā)板結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)結(jié)構(gòu)圖，可以看出以該開發(fā)板以 LM3S9B96微控制器為整個(gè)開發(fā)板的核心，圍繞了開發(fā)板，外擴(kuò)了豐富的外設(shè)資源，其中包含了以下一些部件資源： ICDI USB 電纜擁有提供調(diào)試，通信和供電的能力 靈活，廣泛的外設(shè)開發(fā)平臺 彩色液晶圖形顯示 TFT 液晶模塊，320 240 分辨率 電阻式觸摸界面 80 兆赫晶振 LM3S9B96 256 K 的FLASH 96 K SRAM 和集成以太網(wǎng) 物理層+MAC ，USB OTG 接口和CAN 通信 8 MB 的SDRAM（選配板） EPI 接口（選配板） I2S 立體聲音頻編解碼器 線路輸入

34、/輸出 耳機(jī)輸出 麥克風(fēng)輸入 控制器區(qū)網(wǎng)絡(luò)（CAN）接口 10/100 BaseT 以太網(wǎng) On-The-Go（OTG）接口 輪型電位器（可用于目錄導(dǎo)航） SD 讀卡槽 內(nèi)部電路調(diào)試（ICDI） JTAG,SWD,SWO 調(diào)試方式 標(biāo)準(zhǔn)ARM 二十針JATG 調(diào)試接口 USB 虛擬串口 跳線分流，以方便重新分配的I / O 資源 豐富的源代碼資源如圖形庫，USB 庫，外設(shè)庫等2.2 Cortex-M3處理器介紹LM3S9B96 微處理器采用了Cortex-M3作為核心處理器，針對當(dāng)前 32 位 MCU 用戶， 該產(chǎn)品系列率先在業(yè)內(nèi)整合了 Cortex-M3 和 Thumb-2 指令集。Thum

35、b-2 技術(shù)可以使 16 位和 32 位指令并存，帶來了代碼密度和性能的最佳平衡。Thumb-2 比純 32 位代碼占用少 26%，同時(shí)帶來了 25% 的性能提升，可有效降低系統(tǒng)成本。這些具備領(lǐng)先技術(shù)的芯片使用戶能夠以傳統(tǒng)的 8 位和 16 位器件的價(jià)位來享受 32 位的性能，而且所有型號都是以小占位面積的封裝形式提供。2.2.1 Cortex-M3處理器特點(diǎn)Cortex-M3 主要為了在微控制器、汽車車身系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)對功耗和成本銘感的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)搞系統(tǒng)性能而設(shè)計(jì)的。Cortex-M3處理器是為存儲器和處理器的尺寸對產(chǎn)品成本影響極大的各種應(yīng)用專門開發(fā)設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)如圖2所

36、示。它整合了多種技術(shù)，減少使用內(nèi)存，并 在極小的RISC內(nèi)核上提供低功耗和高性能，可實(shí)現(xiàn)由以往的代碼向32位微控制器的快速移植。Cortex-M3處理器是使用最少門數(shù)的ARM CPU，相對于過去的設(shè)計(jì)大大減小了芯片面積，可減小裝置的體積或采用更低成本的工藝進(jìn)行生產(chǎn)，僅33000門的內(nèi)核性能可達(dá)l，2DMIPS/MHz。 此外，基本系統(tǒng)外設(shè)還具備高度集成化特點(diǎn)，集成了許多緊耦合系統(tǒng)外設(shè)，合理利用了芯片空間，使系統(tǒng)滿足下一代產(chǎn)品的控制需求。Cortex-M3處理器結(jié)合了執(zhí)行Thumb-2指令的32位哈佛微體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)外設(shè)，包括Nested Vectored Interrupt Controlle

37、r和Arbiter總線。該技術(shù)方案在測試和實(shí)例應(yīng)用中表現(xiàn)出較高的性能：在臺機(jī)電180 nm工藝下，芯片性能達(dá)1.2 DMIPS/MHz，時(shí)鐘頻率高達(dá)l00 MHz。Cortex-M3處理器還實(shí)現(xiàn)了Tail-Chaining中斷技術(shù)。該技術(shù)是一項(xiàng)完全基于硬件的中斷處理技術(shù)，最多可減少12個(gè)時(shí)鐘周期數(shù)， 在實(shí)際應(yīng)用中可減少70%中斷;推出了新的單線調(diào)試技術(shù)，避免使用多引腳進(jìn)行JTAG調(diào)試，并全面支持RealVicw編譯器和RealView調(diào)試產(chǎn) 品。Realview工具向設(shè)計(jì)者提供模擬、創(chuàng)建虛擬模型、編譯軟件、調(diào)試、驗(yàn)證和測試基于ARMv7架構(gòu)的系統(tǒng)等功能。 其結(jié)構(gòu)如圖 2.4 所示圖2.4 Co

38、rtex-M3處理器結(jié)構(gòu)圖同時(shí)，在為微控制器應(yīng)用而開發(fā)的Cortex-M3也擁有了以下一些性能： 實(shí)現(xiàn)單周期Flash應(yīng)用最優(yōu)化; 準(zhǔn)確快速地中斷處理。永不超過12周期，僅6周期tail-chaining(末尾連鎖); 有低功耗時(shí)鐘門控(Clock Gating)的3種睡眠模式; 單周期乘法和乘法累加指令; ARM Thumb-2混合的16/32位固有指令集，無模式轉(zhuǎn)換; 包括數(shù)據(jù)觀察點(diǎn)和Flash補(bǔ)丁在內(nèi)的高級調(diào)試功能; 原子位操作，在一個(gè)單一指令中讀取/修改/編寫; 1.25DMIPS/MHz(與0.9DMIPS/MHz的ARM7和1.1DMIPS/MHz的ARM9相比)。2.2.2 Co

39、rtex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)Cortex-M3 中央內(nèi)核是基于哈佛結(jié)構(gòu)的，分別為指令和數(shù)據(jù)有獨(dú)立的總線。不同與ARM7處理器所使用的馮諾依曼結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)共同使用的同一條信號總線和內(nèi)存。通過同時(shí)能夠從內(nèi)存讀出指令和數(shù)據(jù)，Cortex-M3處理器對多個(gè)操作并行執(zhí)行，提高程序處理的速率。內(nèi)核流水線分3個(gè)階段：取指、譯碼和執(zhí)行。當(dāng)遇到分支指令時(shí)，譯碼階段也包含了預(yù)取值功能，這樣提高了執(zhí)行速度。處理器在譯碼階段自行對分支目的進(jìn)行取指。在稍后的執(zhí)行過程中,處理完分支指令后便知道下一條要執(zhí)行的指令。如果分支不被使用，那么指令可以隨時(shí)被執(zhí)行；如果分支被使用了，那么分支指令可以同時(shí)被使用，空閑的時(shí)間限制為一個(gè)周期

40、。Cortex-M3內(nèi)核包含了一個(gè)譯碼器，適用于傳統(tǒng)的Thumb和新型Thumb-2指令，和一個(gè)支持硬件乘法的和硬件除法的先進(jìn)ALU，控制邏輯和用于鏈接其它處理器的接口。Cortex-M3處理器是一個(gè)32位處理器，有一個(gè)32位寬的數(shù)據(jù)路徑，寄存器庫和內(nèi)存接口。其中13個(gè)通用寄存器，兩個(gè)堆棧寄存器，一個(gè)鏈接寄存器，一個(gè)程序計(jì)數(shù)器，和一些包含程序狀態(tài)寄存器的特殊寄存器。Cortex-M3提供兩種操作工作模式，線程(Thread)和處理器(Handler)，及兩個(gè)等級的代碼訪問方式有特權(quán)和無特權(quán) 能夠在不犧牲程序的安全性的情況下運(yùn)行復(fù)雜和開放的系統(tǒng)。無特權(quán)代碼執(zhí)行限制或者排除某些資源的訪問，例如特定

41、的指令和具體的內(nèi)存位置。線程模式是一種特殊的操作模式，同時(shí)提供有特權(quán)和無特權(quán)的代碼。當(dāng)進(jìn)入處理器模式，在這個(gè)模式期間所有的代碼都處于有特權(quán)的。此外，所有的操作均根據(jù)以下兩種工作狀態(tài)進(jìn)行分類：Thumb代表常規(guī)執(zhí)行操作，Debug代表調(diào)試操作。Cortex-M3處理器是支持高達(dá)4GB的可尋址內(nèi)存空間,并提供簡單和固定的內(nèi)存映射。這些存儲空間為代碼（代碼空間）、SRAM（內(nèi)存空間），外部內(nèi)存/設(shè)備，內(nèi)部/外部空間。另外還提供了一個(gè)特殊空間用來存放特定地址?；趥鹘y(tǒng)的ARM7處理其僅提供訪問對齊的數(shù)據(jù)（aligned transfers），只允許沿對齊的字邊界才可以對數(shù)據(jù)存取和訪問。Cortex-M

42、3處理器采用非對齊處理數(shù)據(jù)方式，能夠讓非對齊數(shù)據(jù)在單核訪問中進(jìn)行傳輸。當(dāng)使用非對齊傳輸時(shí)，這些傳輸將轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)對齊傳輸，且這一過程為程序員所見。Cortex-M3除了支持單周期的32位乘法操作以外，還支持帶符號的和不帶符號的除法操作，根據(jù)操作數(shù)的大小，在2到12個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，通過SDIV和DIV來完成指令操作。Cortex-M3處理器在數(shù)學(xué)運(yùn)算能力方面的改進(jìn)，使它成為眾多數(shù)字集中處理的理想選擇 ，例如傳感器讀取和縮放硬件環(huán)路仿真系統(tǒng)。2.3 開發(fā)板上3.5帶觸摸液晶顯示模塊LM3S9B96開發(fā)板提供了一個(gè)320*240 像素分辨率的TFT 液晶圖形顯示屏。為防止刮傷顯示屏，在顯示屏上面貼了一層

43、防護(hù)膜，使用的時(shí)候可以去掉這層防護(hù)膜。TFT-LCD 即薄膜晶體管液晶顯示器。其英文全稱為：Thin Film Transistor-Liquid CrystalDisplay。TFT-LCD 與無源TN-LCD、STN-LCD 的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個(gè)象素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。TFT-LCD 也被叫做真彩液晶顯示器。本次設(shè)計(jì)主要是在這塊液晶顯示屏上輸出最終的設(shè)計(jì)結(jié)果的。所以，主要介紹本顯示模塊在板上的配置和相關(guān)控制接口。2.3.1特性 本液晶顯示器采用的是Kitronix 公

44、司的K350QVG-V1-F 顯示屏，具有 320*240 分辨率和 3.5 寸262K 色彩。有較寬的溫度范圍，配置了 白色的LED 背光燈，同時(shí)集成RAM。并且有電阻觸摸屏，可以完成觸屏操作的相關(guān)功能。2.3.2控制接口彩色LCD 模塊內(nèi)嵌了一個(gè)多種工作模式的并行接口控制IC。開發(fā)板使用8 位的8080 工作模式，通過微控制器端口D 提供數(shù)據(jù)總線。表2.1列出了與LCD 相關(guān)的信號線。表2.1 LCD 相關(guān)信號線微控制器引腳板上功能跳線名稱PE6/ADC1Touch X+X+PE3Touch Y-Y-PE2Touch X-X-PE7ADC0Touch Y+Y+PB7LCD 復(fù)位LRSTnP

45、D0.7LCD 數(shù)據(jù)總線0.7LD0.7PH7 LCD數(shù)據(jù)/控制選擇LDCPB5LCD讀選通LRDnPH6LCD 寫選通LWRn-背光控制BLON2.3.3背光為了LCD 正常顯示，必須為背光LCD 提供電源，U7（FAN5331B）為背光LED 提供恒定的20mA 電流。背光不受微控制器控制，通過一個(gè)跳線帽可將背光控制信號線接地，從而關(guān)閉背光。推薦使用微控制器的一個(gè)GPIO 口來控制這個(gè)信號線。因?yàn)镕AN5331B 運(yùn)行在恒流模式，如果LCD 關(guān)斷時(shí)，它的輸出電壓會跳變（變高），為了預(yù)防IC 和D3 產(chǎn)生過電壓故障，開發(fā)板使用一個(gè)穩(wěn)壓二極管（D4）來鉗位電壓。雖然背光需要的極限電流只有20m

46、A，但還是加大了開發(fā)板的總電流。為了避免背光電路過熱，可將一個(gè)跳線帽接到BLON 跳線端子，以關(guān)斷背光電路。2.3.4電源LCD 模塊內(nèi)部具有基電壓發(fā)生器，因此僅需要單跟3.3V 直流電源。2.3.5 電阻觸摸屏4 線電阻觸摸屏直接與微控制器相連，使用微控制器的兩路ADC 通道和2 路GPIO 口。2.3.6觸摸屏接口設(shè)計(jì)根據(jù)前面的相關(guān)結(jié)構(gòu)內(nèi)容，我們了解到，開發(fā)板上的某些引腳是復(fù)用的，需要改變跳線來實(shí)現(xiàn)不同的功能。針對本次的觸摸屏設(shè)計(jì)，主要關(guān)注到的是觸摸屏和LCD顯示屏相關(guān)的使能引腳，和一些功能性的引腳。具體引腳與對應(yīng)功能如表格2.1。表2.1 觸屏顯示相關(guān)管腳及功能JP57X+觸摸屏模擬信號

47、JP61JP58Y-觸摸屏模擬信號JP59X-觸摸屏模擬信號JP60Y+觸摸屏模擬信號JP54JP38LRSTNLCD復(fù)位信號JP23BLENLCD的背光開關(guān)，斷開表示使能JP6LCD0LCD的數(shù)據(jù)線D0JP29、JP36JP7LCD1LCD的數(shù)據(jù)線D1JP27、JP37JP8LCD4LCD的數(shù)據(jù)線D4JP26JP9LCD5LCD的數(shù)據(jù)線D5JP31JP11L_ENLCD開關(guān)，連接表示拉低使能LCDJP12L_DISLCD開關(guān)，連接表示拉高禁止LCD如表格所示，JP23 和JP12要斷開時(shí)才能使LCD背光打開，并且使之能夠處于工作狀態(tài)。其LCD顯示模塊對應(yīng)電路圖和SPI接口電路如圖2.5，2.

48、6，2.7所示圖2.5 SPI接口電路圖圖2.6 LCD背光電路圖圖 2.7 LCD 模塊電路圖在實(shí)際操作中，參考電路圖的引腳位置作為標(biāo)準(zhǔn)的使LCD觸摸屏能夠完整正常工作的引腳插接標(biāo)準(zhǔn)。如圖2.8圖 2.8 LCD觸摸屏引腳相關(guān)開發(fā)板上原理圖3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)主要部分是軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，下面以編程思想和算法介紹為主體來介紹本次設(shè)計(jì)的軟件部分介紹。3.1編程軟件 Keil uVision4 本次設(shè)計(jì)的軟件部分采用了Keil uVision4來進(jìn)行編寫編譯，將程序下載到實(shí)驗(yàn)板中進(jìn)行調(diào)試。Keil uVision是德國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使

49、用接近于傳統(tǒng)c語言的語法來開發(fā)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用,而且大大的提高了工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期,他還能嵌入?yún)R編，您可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境,同時(shí)保留了匯編代碼高效,快速的特點(diǎn)。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng)， 使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。200

50、9年2月發(fā)布Keil Vision4，Keil Vision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個(gè)窗口，提供一個(gè)整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。 Keil uVision4提供了強(qiáng)大的軟件編譯功能，作為本次設(shè)計(jì)的軟件部分提供了基礎(chǔ)的軟件平臺，對本軟件的學(xué)習(xí)使用是完成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。圖3.1 軟件的開始界面在創(chuàng)建工程，選擇好對應(yīng)與實(shí)驗(yàn)板相同的器件后，完成工程的創(chuàng)建，即完成了軟件設(shè)計(jì)部分的第一步。這里針對LM3S9B96，選擇

51、如圖所示的器件。圖3.2 器件選擇界面在完成了工程創(chuàng)建后，就可以開始軟件部分設(shè)計(jì)。整個(gè)工程包含了驅(qū)動(dòng)程序，主函數(shù)程序和相關(guān)的庫文件組成。庫文件由Keil uVision4 提供，在創(chuàng)建好項(xiàng)目后要添加相應(yīng)的庫文件，放入library文件夾中。本軟件的一些學(xué)習(xí)使用方法會在后面進(jìn)行一些詳細(xì)的講解。3.2 驅(qū)動(dòng)程序原理3.2.1 觸摸屏驅(qū)動(dòng)原理在本次設(shè)計(jì)中，主要是關(guān)于四線電阻式觸摸屏的驅(qū)動(dòng)原理，其驅(qū)動(dòng)原理是與四線是電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)原理是相關(guān)的。將其結(jié)構(gòu)原理，與相關(guān)操作得到對應(yīng)參數(shù)值，能夠?qū)崿F(xiàn)相對應(yīng)的操作。四線電阻器的結(jié)構(gòu)原理如圖3.3所示圖3.3 四線電阻式觸摸屏 四線電阻式觸摸屏，在玻璃或丙烯酸基

52、板上覆蓋有兩層透平，均勻?qū)щ姷腎TO層，分別做為X電極和Y電極，它們之間由均勻排列的透明格點(diǎn)分開絕緣。其中下層的ITO與玻璃基板附著，上層的ITO附著在PET薄膜上。X電極和Y電極的正負(fù)端由“導(dǎo)電條”（圖中黑色條形部分）分別從兩端引出，且X電極和Y電極導(dǎo)電條的位置相互垂直。引出端X-，X+，Y-，Y+一共四條線，這就是四線電阻式觸摸屏名稱的由來。當(dāng)有物體接觸觸摸屏表面并施以一定的壓力時(shí)，上層的ITO導(dǎo)電層發(fā)生形變與下層ITO發(fā)生接觸，該結(jié)構(gòu)可以等效為相應(yīng)的電路如圖3.4所示圖3.4 四線電阻式觸摸屏等效電路 計(jì)算觸點(diǎn)的X,Y坐標(biāo)分為如下兩步： 1. 計(jì)算Y坐標(biāo)，在Y+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdriv

53、e， Y-電極接地，X+做為引出端測量得到接觸點(diǎn)的電壓，由于ITO層均勻?qū)щ?，觸點(diǎn)電壓與Vdrive電壓之比等于觸點(diǎn)Y坐標(biāo)與屏高度之比。2. 計(jì)算X坐標(biāo)，在X+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive， X-電極接地，Y+做為引出端測量得到接觸點(diǎn)的電壓，由于ITO層均勻?qū)щ?，觸點(diǎn)電壓與Vdrive電壓之比等于觸點(diǎn)X坐標(biāo)與屏寬度之比。圖3.5為觸摸屏測量周期的方式。通過將XP連接到Vdd 且XM接地可以測定X觸點(diǎn)在X軸平面的位置。從YP或YM 觸摸屏連接器上測得的電壓與觸點(diǎn)X坐標(biāo)成比例。圖3.5 參數(shù)測量方式通過將YP連接到Vdd且YM接地可以測定Y觸點(diǎn)在Y軸平面的位置。從YP或YM觸摸屏連接器上測得的電壓

54、與觸點(diǎn)Y坐標(biāo)成比例。若測量觸摸壓力，需將壓力與電阻聯(lián)系起來。由于觸摸壓力最常用于確定是手指或觸筆的存在，而不是接觸的強(qiáng)度，因此沒必要進(jìn)行高精度壓力測量。在本項(xiàng)目中，壓力測量所采用的是具有8位分辨率的ADC，而不是用于X和Y位置測量的12位分辨率。測量觸摸壓力的方法有數(shù)種。本方法要求X平面電阻已知，并對X觸點(diǎn)位置(X)以及觸摸屏的兩個(gè)附加截面電阻（Z1和Z2）可以測量；得知YP(Vdd)電壓與XM（接地）電壓并測量 XP(Z1)與YM(Z2)值。利用等式3.1可以計(jì)算出觸點(diǎn)電阻。 式3.1如果用戶長期不觸摸屏幕，則無需運(yùn)行或測量。于是觸摸屏進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待觸筆中斷。一旦用戶觸摸，則產(chǎn)生一個(gè)中斷

55、，于是觸摸屏控制器喚醒并測量相關(guān)觸摸參數(shù)。3.2.2 顯示屏驅(qū)動(dòng)原理1.TFT液晶顯示模塊顯示原理本系統(tǒng)LCD顯示模塊的控制器為ILI9320，該控制器自帶顯存，總大小為（240*320*18/8），即18位模式（26萬色）下的顯存量。模塊的16 位數(shù)據(jù)線與顯示單元的數(shù)據(jù)位對應(yīng)關(guān)系為RGB 565方式6，如圖3.6所示：圖3.6位數(shù)據(jù)與顯存對應(yīng)關(guān)系圖最低5位代表藍(lán)色，中間6位為綠色，最高5位為紅色。數(shù)值越大，表示該顏色越深。通過向顯示單元中輸入相應(yīng)代表色彩的值來得到需要顯示的圖像。2.ILI9320 控制原理ILI9320作為控制芯片具有一系列的數(shù)據(jù)傳輸及控制功能，所需用到的命令如圖3.7所示

56、：圖3.7 ILI9320 常用命令R0：該命令具有有兩個(gè)功能：進(jìn)行寫操作，則僅最低位SOC為有效，用于開啟或關(guān)閉振蕩器。進(jìn)行讀操作，則返回的是控制器的型號。是這個(gè)命令較為重要的功能就是可以取得到控制器的型號，代碼在取得控制器的型號之后，可以針對不同型號的控制器，進(jìn)行不同的初始化。因?yàn)?3xx系列的初始化都比較類似，可以用一個(gè)代碼兼容好幾個(gè)控制器。 R3：入口模式命令。I/D0、I/D1、AM這3個(gè)位控制了屏幕的顯示方向。（1）AM：控制GRAM更新方向。當(dāng)AM=0的時(shí)候，地址以行方向更新。當(dāng)AM=1的時(shí)候，地址以列方向更新。（2）I/D1:0：當(dāng)更新了一個(gè)數(shù)據(jù)之后，根據(jù)這兩個(gè)位的設(shè)置來控制地址計(jì)數(shù)