人機(jī)界面系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 第1章 緒論1.1 人機(jī)界面簡介由于受傳統(tǒng)觀念的影響，很長一段時(shí)間里，人機(jī)界面一直不為軟件開發(fā)人員所重視，認(rèn)為這純粹是為了取悅用戶而進(jìn)行的低級活動，沒有任何實(shí)用價(jià)值。評價(jià)一個(gè)應(yīng)用軟件質(zhì)量高低的唯一標(biāo)準(zhǔn)，就是看它是否具有強(qiáng)大的功能，能否順利的幫助用戶完成他們的任務(wù)。近年來，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)及的存儲容量、運(yùn)行速度和可靠性等技術(shù)性能指標(biāo)有了顯著的提高，計(jì)算機(jī)硬件的生產(chǎn)成本卻大幅度下跌，個(gè)人計(jì)算機(jī)日益普及。新一代的計(jì)算機(jī)用戶，在應(yīng)用軟件的可操作性以及軟件操作的舒適性等方面對應(yīng)用軟件提出了更高的要求除期望所用的軟件擁有強(qiáng)大的功能外，更期望應(yīng)用軟件能盡可能的為他們提供一個(gè)輕松、愉快、

2、感覺良好的操作環(huán)境。這表明，人機(jī)界面的質(zhì)量已成為一個(gè)大問題，友好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)已經(jīng)成為應(yīng)用軟件開發(fā)的一個(gè)重要組成部分。 “人機(jī)界面”是指人機(jī)間相互施加影響的區(qū)域，凡參與人機(jī)信息交流的一切領(lǐng)域都屬于人機(jī)界面。而設(shè)計(jì)藝術(shù)是研究人與物關(guān)系的學(xué)科，對象物所代表的不是簡單的機(jī)器與設(shè)備，而是有廣度與深度的物；這里的人也不是“生物人”，不能單純地以人的生理特征進(jìn)行分析?！叭说某叨龋葢?yīng)有作為自然人的尺度，還應(yīng)有作為社會人的尺度；既研究生理、心理、環(huán)境等對人的影響和效能，也研究人的文化、審美、價(jià)值觀念等方面的要求和變化”。1.1.1 設(shè)計(jì)界面的分析按照設(shè)計(jì)界面的三類劃分，有助于考察設(shè)計(jì)界面的多種因素。當(dāng)然，應(yīng)

3、該說設(shè)計(jì)界面的劃分是不可能完全絕對的，三類界面之間在涵義上也可能交互、重疊，如宗教文化是一種環(huán)境性因素，但它帶給信仰者的往往更多的卻是宗教的情感因素。在這里環(huán)境性和情感性是不好區(qū)分的，但這并不妨礙不同分類之間所存在的實(shí)質(zhì)性的差異。(1)功能性界面對功能性界面來說，它實(shí)現(xiàn)的是使用性內(nèi)容，任何'件產(chǎn)品或內(nèi)外環(huán)境或平面視覺傳達(dá)作品，其存在的價(jià)值首要的是在于使用性，由使用性牽涉到多種功能因素的分析及實(shí)現(xiàn)功能的技術(shù)方法與材料運(yùn)用。在這一方面，分析思維作為一種理性思維而存在。如果作為一種處理方式來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，則這種產(chǎn)品會使多種特征性(如民族性、純粹性)因素中性化，如果去除產(chǎn)品商標(biāo)，就很難認(rèn)出是哪國的

4、或哪個(gè)公司的產(chǎn)品。功能性界面設(shè)計(jì)要建立在符號學(xué)的基礎(chǔ)上。國際符號學(xué)會對符號學(xué)所下定義是：符號是關(guān)于信號標(biāo)志系統(tǒng)(即通過某種渠道傳遞信息的系統(tǒng))的理論，它研究自然符號系統(tǒng)和人造符號系統(tǒng)的特征。廣義的說，能夠代表其他事物的東西都是符號，如字母、數(shù)字、儀式、意識、動作等，最復(fù)雜的一種符號系統(tǒng)可能就是語言。設(shè)計(jì)功能界面，不可避免地要讓使用者明白功能操作。每一操作對人來說應(yīng)是符合思維邏輯的，是人性的，而對機(jī)械、電子來說則應(yīng)是準(zhǔn)確的、確定無疑的，雙方的信息傳遞是功能界面的核心內(nèi)涵。 (2)情感性界面一個(gè)家庭裝飾要賦予家居的溫馨，一幅平面作品要以情動人，一件宗教器具要體現(xiàn)信仰者的虔誠。其實(shí)任何一件產(chǎn)品或作品

5、只有與人的情感產(chǎn)生共鳴才能為人所接受，“敝帚自珍”正體現(xiàn)著人的感情寄托，也體現(xiàn)著設(shè)計(jì)作品的魅力所在。現(xiàn)代符號學(xué)的發(fā)展也日益在這一領(lǐng)域開拓，以使這種不確定性得到壓縮，部分加強(qiáng)理性化成分。符號學(xué)逐漸應(yīng)用于民俗學(xué)、神話學(xué)、宗教學(xué)、廣告學(xué)等領(lǐng)域，如日本符號學(xué)界把符號學(xué)用于認(rèn)識論研究，考察認(rèn)識知覺、認(rèn)識過程的符號學(xué)問題。同時(shí)，符號學(xué)還用于分析利用人體感官進(jìn)行的交際，并將音樂、舞蹈、服裝、裝飾等都作為符號系統(tǒng)加以分析研究，這都為設(shè)計(jì)藝術(shù)提供了寶貴與有借鑒價(jià)值的情感界面設(shè)計(jì)方法與技術(shù)手段。(3)環(huán)境性界面任何的設(shè)計(jì)都要與環(huán)境因素相聯(lián)系，它包括社會、政治和文化等綜合領(lǐng)域。處于外界環(huán)境之中，“是以社會群體而不是

6、以個(gè)體為基礎(chǔ)的”，所以環(huán)境性因素一般處于非受控與難以預(yù)見的變化狀態(tài)。聯(lián)系到設(shè)計(jì)的歷史，我們可以利用藝術(shù)社會學(xué)的觀點(diǎn)去認(rèn)識各時(shí)期的設(shè)計(jì)潮流。18世紀(jì)起，西方一批美學(xué)家已注意到藝術(shù)創(chuàng)造與審美趣味深受地理、氣候、民族、歷史條件等環(huán)境因素的影響。法國實(shí)證主義哲學(xué)家孔德指出：文學(xué)藝術(shù)是人的創(chuàng)造物，原則上是由創(chuàng)造它的人所處的環(huán)境條件決定。環(huán)境性界面設(shè)計(jì)所涵蓋的因素是極為廣泛的，它包括有政治、歷史、經(jīng)濟(jì)、文化、科技、民族等，這方面的界面設(shè)計(jì)正體現(xiàn)了設(shè)計(jì)藝術(shù)的社會性。 以上說明了設(shè)計(jì)藝術(shù)界面存在的特征因素，說明在理性與非理性上都存在明確、合理、有規(guī)則、有根據(jù)的認(rèn)識方法與手段。1.1.2 設(shè)計(jì)界面的運(yùn)用原則1.

7、合理性原則，即保證在系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的合理與明確。任何的設(shè)計(jì)都既要有定性也要有定量的分析，是理性與感性思維相結(jié)合。努力減少非理性因素，而以定量優(yōu)化、提高為基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)不應(yīng)人云亦云，一定要在正確、系統(tǒng)的事實(shí)和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行嚴(yán)密地理論分析，能以理服人、以情感人。2.動態(tài)性原則，即要有四維空間或五維空間的運(yùn)作觀念。一件作品不僅是二維的平面或三維的立體，也要有時(shí)間與空間的變換，情感與思維認(rèn)識的演變等多維因素。3.多樣化原則，即設(shè)計(jì)因素多樣化考慮。當(dāng)前越來越多的專業(yè)調(diào)查人員與公司出現(xiàn)，為設(shè)計(jì)帶來豐富的資料和依據(jù)。但是，如何獲取有效信息，如何分析設(shè)計(jì)信息實(shí)際上是一個(gè)要有創(chuàng)造性思維與方法的過程體系。4.交互

8、性原則，即界面設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)交互過程。一方面是物的信息傳達(dá)，另一方面是人的接受與反饋，對任何物的信息都能動地認(rèn)識與把握。5.共通性原則，即把握三類界面的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，功能、情感、環(huán)境不能孤立而存在。1.1.3 設(shè)計(jì)界面的應(yīng)用方法設(shè)計(jì)界面所包含的因素是極為廣泛的，但在運(yùn)用中卻只能有側(cè)重、有強(qiáng)調(diào)的把握。設(shè)計(jì)因素雖多，但它仍是一個(gè)不可分割的整體。設(shè)計(jì)界面的運(yùn)用，核心是設(shè)計(jì)分析。在一些國際性的大公司，如索尼、松下、柯尼卡等，都有許多的成功案例可為借鑒。如柯尼卡公司設(shè)計(jì)其相機(jī)時(shí)，首先不是去繪制“美”和考慮技術(shù)的進(jìn)步，而是進(jìn)行對象人的日常行為分析，做出故事版(story)。它先假定對象人的年齡為35歲，名：xxx，

9、從而分析他的家庭、喜好與憎惡，分析他的日常行為，進(jìn)而考察其人在什么場合需要什么功能，從而為設(shè)計(jì)提供概念(concept)與目標(biāo)(target)，進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)過分析，設(shè)計(jì)師有了明確的概念與目標(biāo)，并隨著信息的交互產(chǎn)生了創(chuàng)造力。另一方面，設(shè)計(jì)師自身對社會環(huán)境也要進(jìn)行深入的認(rèn)識與考察，對設(shè)計(jì)的作品取向有明晰的認(rèn)識：是否符合人們的消費(fèi)預(yù)期?是否能感受到人們的審美知覺?日本設(shè)計(jì)師佐野邦雄先生曾作一圖是生活的變遷與設(shè)計(jì)師的課題，將日本及世界上某些非常有影響性的事件，如技術(shù)的進(jìn)步、企業(yè)的發(fā)展等等都進(jìn)行了歸納，進(jìn)而對設(shè)計(jì)有了深入的認(rèn)識與感悟。所以，要運(yùn)用好設(shè)計(jì)的界面，理性的認(rèn)識是首要的，其次就是創(chuàng)造性的，而且是

10、有實(shí)效性的分析、處理信息。設(shè)計(jì)不是一成不變的，分析方法也不是一成不變的，設(shè)計(jì)的界面同樣是在人于與物的信息交流中變化發(fā)展的。第2章 液晶顯示系統(tǒng)及其控制器2.1 顯示器技術(shù)簡介顯示器是計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備，人機(jī)對話設(shè)備。液晶顯示器lcd(liquid crystal display)具有顯示信息豐富、功耗低、超薄、體積小、重量輕等許多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。lcd可分為段位式lcd、字符式lcd和點(diǎn)陣式lcd。其中，段位式lcd和字符式lcd只能用于字符和數(shù)字的簡單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點(diǎn)陣式lcd不僅可以顯示字符

11、、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、分區(qū)開窗口、反轉(zhuǎn)、閃爍等功能，用途十分廣泛。2.1.1 液晶顯示器的分類常見的液晶顯示器按物理結(jié)構(gòu)分為四種：1.扭曲向列型2.超扭曲向列型3.雙層超扭曲向列型4.薄膜晶體管型世界上第一臺液晶顯示設(shè)備出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初，被稱之為tn-lcd（扭曲向列）液晶顯示器。盡管是單色顯示，它仍被推廣到了電子表、計(jì)算器等領(lǐng)域。80年代，stn-lcd（超扭曲向列）液晶顯示器出現(xiàn)，同時(shí)tft-lcd（薄膜晶體管）液晶顯示器技術(shù)被研發(fā)出來，但液晶技術(shù)仍未成熟，難以普及。80年代末90年代初，日本掌握了stn-lcd及tft-lcd

12、生產(chǎn)技術(shù)，lcd工業(yè)開始高速發(fā)展。tft(thin film transistor)lcd即薄膜場效應(yīng)晶體管lcd，是有源矩陣類型液晶顯示器(am-lcd)中的一種。和tn技術(shù)不同的是，tft的顯示采用“背透式”照射方式的光源路徑不是像tn液晶那樣從上至下，而是從下向上。這樣的作法是在液晶的背部設(shè)置特殊光管，光源照射時(shí)通過下偏光板向上透出。由于上下夾層的電極改成fet電極和共通電極，在fet電極導(dǎo)通時(shí)，液晶分子的表現(xiàn)也會發(fā)生改變，可以通過遮光和透光來達(dá)到顯示的目的，響應(yīng)時(shí)間大大提高到80ms左右。因其具有比tn-lcd更高的對比度和更豐富的色彩，熒屏更新頻率也更快，故tft俗稱“真彩”。相對于

13、dstn而言，tft-lcd的主要特點(diǎn)是為每個(gè)像素配置一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件。由于每個(gè)像素都可以通過點(diǎn)脈沖直接控制。因而每個(gè)節(jié)點(diǎn)都相對獨(dú)立，并可以進(jìn)行連續(xù)控制。這樣的設(shè)計(jì)方法不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時(shí)也可以精確控制顯示灰度，這就是tft色彩較dstn 更為逼真的原因。目前，絕大部分筆記本電腦廠商的產(chǎn)品都采用tft-lcd。早期的tft-lcd主要用于筆記本電腦的制造。盡管在當(dāng)時(shí)tft相對于dstn具有極大的優(yōu)勢，但是由于技術(shù)上的原因，tft-lcd在響應(yīng)時(shí)間、亮度及可視角度上與傳統(tǒng)的crt顯示器還有很大的差距。加上極低的成品率導(dǎo)致其高昂的價(jià)格，使得桌面型的tft-lcd成為遙不可及的尤物。不

14、過，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，加上一些新技術(shù)的出現(xiàn)，使得tft-lcd在響應(yīng)時(shí)間、對比度、亮度、可視角度方面有了很大的進(jìn)步，拉近了與傳統(tǒng)crt顯示器的差距。如今，大多數(shù)主流lcd顯示器的響應(yīng)時(shí)間都提高到50ms以下，這些都為lcd走向主流鋪平了道路。lcd技術(shù)仍處在不斷發(fā)展、完善的階段，三大產(chǎn)地的發(fā)展方向各有不同，它們之間既存在競爭，又有著合作，正是這些因素促使了lcd向前發(fā)展! 2.1.2 液晶顯示器的原理lcd型顯示器的構(gòu)成原理很簡單，在兩片透明絕緣的有機(jī)薄膜或者玻璃之間均勻充填液晶流體，底層透明薄膜上鍍有一層導(dǎo)電體，而頂層透明薄膜上則按需要的形狀敷有透明的導(dǎo)電電極，當(dāng)電極通電后，就與下層導(dǎo)電體

15、之間（約10m）形成一個(gè)電場，由于這個(gè)電場的作用，其間的液晶體的透光狀況就發(fā)生了變化，從而對外來光線產(chǎn)生了吸收作用，使人們看見了與電極形狀相同的字形顯示，lcd型顯示器屬于被動發(fā)光，所以在顯示時(shí)一定要有足夠的外來光源，夜間顯示要有照明，照明時(shí)可以采用前景光照明，也可以采用背景光照明。 從驅(qū)動方式上看，lcd型顯示器的分類比較多，但總體上可以分為靜態(tài)驅(qū)動和動態(tài)驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動方式與led型顯示器驅(qū)動相似，所需要的驅(qū)動信號相對較少。動態(tài)驅(qū)動方式都比較復(fù)雜，它們所需要的電極驅(qū)動信號較多，設(shè)計(jì)起來也相對復(fù)雜。由于液晶體受到電場的長期確定作用會發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的分子排列，所以要求加在電極上的電壓是動態(tài)的（30

16、hz至150hz），并且避免長期產(chǎn)生50mv以上的直流電壓，所以，lcd顯示器的顯示驅(qū)動原理比較復(fù)雜。主要種類有，直接驅(qū)動法、有源驅(qū)動法、射束驅(qū)動法、鐵電液晶驅(qū)動法和彩色液晶驅(qū)動法等等。 由于ttl的低電壓仍有50mv，所以驅(qū)動電路應(yīng)盡量避免使用ttl而使用cmos。lcd靜態(tài)顯示驅(qū)動加載的驅(qū)動電壓是一種由兩個(gè)交流波形電壓，但合成的結(jié)果要能滿足lcd點(diǎn)的要求的驅(qū)動電壓，這是為了延長lcd顯示器的使用壽命而又可以達(dá)到正常顯示的目的所要求。 動態(tài)掃描時(shí)，每一時(shí)刻只有1行（驅(qū)動電極）和1列（公共背電極）有信號，對應(yīng)著1個(gè)像素點(diǎn)的點(diǎn)亮，這一點(diǎn)我們習(xí)慣上稱之為選擇點(diǎn)，其他未點(diǎn)亮的點(diǎn)我們稱之為未選擇點(diǎn)，選

17、擇點(diǎn)周圍鄰近的點(diǎn)稱之為半個(gè)選擇點(diǎn)，在高速動態(tài)顯示過程中，半個(gè)選擇點(diǎn)勢必會受到影響而產(chǎn)生一定的灰度（半顯示），從而降低整個(gè)顯示的對比度，這種現(xiàn)象稱之為交叉效應(yīng)。動態(tài)液晶顯示驅(qū)動方法采用平均電壓法來消除交叉效應(yīng)，即把液晶驅(qū)動電壓分成若干檔，將半個(gè)選擇點(diǎn)和非選擇點(diǎn)上的電壓平均化，用適度提高非選擇點(diǎn)的電壓來抵消半個(gè)選擇點(diǎn)上的一部分電壓，從而擴(kuò)大選擇點(diǎn)與被選擇點(diǎn)電壓之間的差距，從而提高顯示的對比度，同時(shí)又使得半個(gè)選擇點(diǎn)與非選擇點(diǎn)的顯示更趨于一致。 注意一點(diǎn)，上述簡單原理，只是可以保證選擇點(diǎn)與非選擇點(diǎn)、半個(gè)選擇點(diǎn)的驅(qū)動電壓值的確定，它以提高液晶顯示之對比度為目的，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，除此需要外，液晶顯示的驅(qū)動電

18、路還要同時(shí)保證被選擇的驅(qū)動電壓能在每個(gè)周期內(nèi)平均值為零，以保證顯示器的壽命，這就要求對確定的選擇點(diǎn)、非選擇點(diǎn)等電壓的出現(xiàn)必須遵循某種規(guī)律，交替對稱地出現(xiàn)，以達(dá)到每個(gè)周期內(nèi)平均值為零的目的，而這一點(diǎn)是液晶使用時(shí)的另一個(gè)基本要求。平均電壓法這種方法的選擇點(diǎn)電壓與非選擇點(diǎn)電壓之比為1/a，所以此方法也稱為1/a偏壓法，這種偏壓方法的使用，使得液晶動態(tài)顯示驅(qū)動走向完美，成為目前使用非常之廣泛的一種液晶動態(tài)顯示驅(qū)動方法，這種方法有多種方式，每種方式下的驅(qū)動信 號不完全相同，相比led驅(qū)動方法而言，液晶顯示的驅(qū)動方法要復(fù)雜的多。 韓國三星320×240 lcd模塊是一款低價(jià)位高品質(zhì)的lcd模塊，

19、具有高分辨率、高對比度fstn、高可靠性、低功耗、低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于數(shù)控機(jī)床、pda、掌上電腦、游戲機(jī)等產(chǎn)品。表2-1 內(nèi)嵌sed1335模塊液晶顯示器引腳符號狀態(tài)名稱功能db0-db7三態(tài)數(shù)據(jù)總線可直接掛在mpu數(shù)據(jù)總線上/cs輸入片選信號當(dāng)mpu訪問sed1335時(shí)，將其置為低電平a0輸入緩沖器選擇信號a0=1 寫指令代碼和讀數(shù)據(jù)a0=0 寫數(shù)據(jù)，參數(shù)和讀忙標(biāo)志v0輸入對比度調(diào)節(jié)灰度和亮度可依據(jù)用戶自動調(diào)節(jié)/rd輸入讀信號適配8080系列mpu接口/wr輸入寫操作信號適配8080系列mpu接口/res輸入硬件復(fù)位信號當(dāng)重新啟動sed1335時(shí)還需要用指令system set點(diǎn) 陣：3

20、20×240玻璃類型： stn 或 fstn供 電：單dc5v外形尺寸：160.0 ×109.0mm(167.0×109.0mm)視域尺寸：122.0 × 92.0mm （5.7英寸）點(diǎn) 大 ?。?0.33 × 0.33 mm點(diǎn) 間 距： 0.36 ×0.36 mm控 制 器： sed1335或s1d133052.2 sed1335控制器的基本特性sed1335控制器是由日本epson公司生產(chǎn)的一款液晶顯示屏控制器，與同類產(chǎn)品相比，功能最強(qiáng)。其主要特點(diǎn)有：·有較強(qiáng)功能的i/o緩沖器；·指令功能豐富；·四位

21、數(shù)據(jù)并行發(fā)送；·圖形和文本方式混合顯示；sed1335控制器的指令集見表2-2。sed1335控制器具有13條指令，多數(shù)指令帶有參數(shù)，參數(shù)值可由用戶根據(jù)所控制的液晶顯示模塊的特征和顯示的需要來設(shè)置。sed1335控制器是應(yīng)用于mpu系統(tǒng)與液晶模塊之間的控制芯片，它接收來自mpu系統(tǒng)的指令與數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序及數(shù)據(jù)控制模塊的顯示。a0為lcd控制寄存器的選擇輸入，分別選通指令輸入緩沖器和數(shù)據(jù)輸入緩沖器，類似于通常字符點(diǎn)陣lcd模塊的rs或d/i。mpu把指令代碼寫入指令輸入緩沖器內(nèi)（即a0=1），指令參數(shù)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)輸入緩沖寫入（a0=0）。帶有參數(shù)指令代碼的作用之一就是選表2-2

22、 sed1335控制器指令表功  能指  令代  碼說  明參數(shù)量系統(tǒng)控制system  set40h初始化，顯示窗口設(shè)置8sleep in53h空閑狀態(tài)設(shè)置/顯示操作disp on/off59h/58h設(shè)置開關(guān)顯示方式1scroll44h設(shè)置顯示區(qū)域10csrform4dh設(shè)置光標(biāo)形狀2cgram adr4ch設(shè)置cgram起始地址2csrdir4ch-4fh設(shè)置光標(biāo)移動方向/通對應(yīng)的參數(shù)寄存器，任一條指令的執(zhí)行（除sleepin、csrdir、csrr和mread外）都產(chǎn)生在附屬參數(shù)的輸入完成之后。需要注意的是，在實(shí)際使用指令時(shí)，如果該指令

23、具有多個(gè)參數(shù)，則必須按順序依次寫入各個(gè)參數(shù)。尤其在mpu操作sed1335及其控制的液晶顯示模塊時(shí)，必須首先寫入systen set（40h）指令。如果該指令設(shè)置出現(xiàn)錯(cuò)誤，則顯示必定不正常。這里著重介紹cpsdir指令。該指令的作用是規(guī)定光標(biāo)地址指針自動移動的方向。sed1335所控制的光標(biāo)地址指針實(shí)際也是顯示ram的當(dāng)前地址指針。該指令有四個(gè)參數(shù)：4c/4d/4e/4fh，分別表示修改的四個(gè)方向，這樣就具有了很強(qiáng)的作圖功能，這也是很多液晶控制器所沒有的。在韓國三星320×240lcd型液晶顯示屏的設(shè)計(jì)中，顯示的順序是從右向左，即顯示屏上的一個(gè)8×1點(diǎn)陣從左至右依次對應(yīng)內(nèi)存

24、單元中1bit數(shù)據(jù)的高位到低位。2.3 sed1335內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計(jì)sed1335是日本seiko epson公司出品的液晶顯示控制器，具有較強(qiáng)功能的 圖2-1 sed1335結(jié)構(gòu)圖i/o緩沖器，指令功能豐富，四位數(shù)據(jù)并行發(fā)送，最大驅(qū)動能力為640×256點(diǎn)陣。sed1335硬件結(jié)構(gòu)可分為mpu接口、控制部分和驅(qū)動lcm部分，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。接口部分具有功能較強(qiáng)的i/o緩沖器，mpu訪問sed1335不需要判其“忙”，sed1335可隨時(shí)接受mpu的訪問，并及時(shí)地把mpu發(fā)來的指令、數(shù)據(jù)傳輸就位；控制部分由振蕩器、功能邏輯器、顯示ram管理電路、字符庫及驅(qū)動時(shí)序電路的時(shí)序發(fā)生

25、器組成；驅(qū)動部分具有各個(gè)顯示區(qū)的合成顯示能力，傳輸數(shù)據(jù)的組織功能及產(chǎn)生液晶顯示模塊所需的時(shí)序。(1)接口硬件的設(shè)計(jì)sed1335接口部分由指令輸入寄存器、數(shù)據(jù)輸入緩沖器、數(shù)據(jù)輸出緩沖器和標(biāo)志寄存器組成，通道的選擇由引腳a0和讀寫操作信號聯(lián)合控制,如圖2-2所示。dbsed1335adresrd/wr/cs p3c8051f a0 p1.7 /rd /wr p2.7圖2-2 sed1335與cpu的接口sed1335接口可以適配8080和m6800系列的mpu，通過sel1和sel2的組合加以選擇，與8080序列的接口部傳輸時(shí)序如圖2-3所示，時(shí)序特性如表2-3所示。表2-3 接口時(shí)序特性項(xiàng)目符

26、號參數(shù)說明vdd=2.74.5v最小(ns)最大(ns)a0t1地址建立時(shí)間10-/cst2地址保持時(shí)間0-/wrt3讀寫周期550-/rdt4讀寫脈沖寬度150-d0d7t5寫數(shù)據(jù)保持時(shí)間120-t6寫數(shù)據(jù)建立時(shí)間5-t7讀數(shù)據(jù)建立時(shí)間-80t8讀數(shù)據(jù)保持時(shí)間-55圖2-3 80系列與mpu相適配時(shí)序圖(2)接口軟件的設(shè)計(jì)接口軟件設(shè)計(jì)主要包括sed1335的初始化程序和中斷顯示子程序，初始化程序根據(jù)所控制的液晶顯示模塊的特性和用戶的顯示要求，送入適當(dāng)?shù)拿詈蛥?shù)，通常以參數(shù)表的形式送入，如system set命令(代碼為40h)，帶有8個(gè)參數(shù)，分別定義顯示字符的高度和寬度及液晶顯示模塊的點(diǎn)陣

27、行數(shù)等，這些命令和參數(shù)必須首先寫入，否則顯示將不正常。mov com，#40h；system set代碼lcall pr1 mov count1，#00hinta：mov dptr，#systab；systab為該指令參數(shù)表首地址 mov a，count1 movc a，a+dptr mov dat1，a lcall pr2 inc count1 mov a，count1 cjne a，#08h，inta；循環(huán)送參數(shù) systab：db 30h，87h，07h，27h，42h，0f0h，28h，00h；p1p8參數(shù)pr1和pr2是送指令和參數(shù)的子程序。顯示的中斷時(shí)間根據(jù)每一屏刷新時(shí)間和液晶顯示

28、的點(diǎn)陣列數(shù)來確定，如5秒1屏，320列，則中斷時(shí)間為5/320s，外部時(shí)鐘是16mhz，選用m=16位的定時(shí)方式。r0來記錄中斷次數(shù)，初始值為10000000b，中斷一次右移一位，r0為0時(shí)，一個(gè)字節(jié)處理完，可送入移動掃描顯示，并初始化r0；整屏顯示用r2來控制，初始為0，處理完一個(gè)字節(jié)遞增1，到達(dá)一定的值(通常為液晶模塊列數(shù)的1/8)后，當(dāng)處理完1屏后，可以送入顯示ram，同時(shí)r2清零。顯示地址用行列交叉計(jì)算法得到，分別用寄存器r1和r2來控制行值和列值，對應(yīng)顯存地址為：r2r1×n。n為每行的字節(jié)數(shù)，采用320×240的lcd時(shí)，n320/840。中斷程序流程如圖2-4

29、所示。圖2-4 顯示中斷流程圖保護(hù)現(xiàn)場參數(shù)r0左移1位移動顯示1字節(jié)處理完畢送1字節(jié)數(shù)據(jù)顯示整屏顯示完中斷返回1屏采集完送1屏數(shù)據(jù)顯示恢復(fù)r2處值yynnynn第3章 觸摸屏及其控制器3.1 觸摸屏3.1.1 觸摸屏技術(shù)簡介 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|摸屏是作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的而且又適用于中國多媒體信息查詢信息的輸入設(shè)備，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)。利用這種技術(shù)，我們用戶只要用手指輕輕地碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)，這種技術(shù)極大方便了

30、那些不懂電腦操作的用戶。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設(shè)備。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，觸摸屏是還要走入家庭。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)。3.1.2 觸摸屏的工作原理為了操作上的方便，人們用觸摸屏代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時(shí)，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單

31、位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給cpu，它同時(shí)能接收cpu發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。(1)透明性能觸摸屏由多層的復(fù)合薄膜構(gòu)成，透明性能的好壞直接影響到觸摸屏的視覺效果。衡量觸摸屏透明的性能不僅要從它的視覺效果來衡量，還應(yīng)該包括透明度、色彩失真度、反光性和清晰度這四個(gè)特性。(2)絕對坐標(biāo)系統(tǒng) 我們傳統(tǒng)的鼠標(biāo)是一種相對定位系統(tǒng)，只和前一次鼠標(biāo)的位置坐標(biāo)有關(guān)。而觸摸屏則是一種絕對坐標(biāo)系統(tǒng)，要選哪就直接點(diǎn)哪，與相

32、對定位系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別。絕對坐標(biāo)系統(tǒng)的特點(diǎn)是每一次定位坐標(biāo)與上一次定位坐標(biāo)沒有關(guān)系，每次觸摸的數(shù)據(jù)通過校準(zhǔn)轉(zhuǎn)為屏幕上的坐標(biāo)，不管在什么情況下，觸摸屏坐標(biāo)在同一點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的。不過由于技術(shù)原理的原因，并不能保證同一點(diǎn)觸摸每一次采樣數(shù)據(jù)相同的，不能保證絕對坐標(biāo)定位，點(diǎn)不準(zhǔn)，這是觸摸屏不可避免的問題：漂移。對于性能質(zhì)量好的觸摸屏來說，漂移的情況出現(xiàn)的并不是很嚴(yán)重。 (3)檢測與定位各種觸摸屏技術(shù)都是依靠傳感器來工作的，甚至有的觸摸屏自己就是一套傳感器。各自的定位原理和各自所用的傳感器決定了觸摸屏的反應(yīng)速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。 3.1.3 觸摸屏的種類從技術(shù)原理來區(qū)別觸摸屏，可分為五個(gè)基本

33、種類：矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺。紅外觸摸屏的價(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；電容屏設(shè)計(jì)理論好，但其圖像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，怕刮壞或損壞。表面聲波觸摸屏就解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰抗暴，適于各種場合，缺憾是屏表面的水滴、塵土使觸摸屏的反應(yīng)變得遲鈍，甚至不工作。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，觸摸屏可分為四種，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簡要介紹：(1)電阻式觸

34、摸屏電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層（oti，氧化銦），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)表面涂有一層oti，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)手指接觸屏幕，兩層oti導(dǎo)電層出現(xiàn)一個(gè)接觸點(diǎn)，因其中一面導(dǎo)電層接通y軸方向的5v均勻電壓場，使得檢測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器檢測到這個(gè)接通后，進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5v相比，即可得觸摸點(diǎn)的y軸坐標(biāo)，同理得出x軸的坐標(biāo)，這就是電阻觸摸屏的共同最基本原理。電阻觸摸屏根據(jù)引出線數(shù)多少，分為四線、五線

35、等多線電阻觸摸屏。五線電阻觸摸屏的a面是導(dǎo)電玻璃而不是導(dǎo)電涂覆層，導(dǎo)電玻璃的工藝使其的壽命得到極大的提高，并且可以提高透光率。電阻式觸摸屏的oti涂層比較薄且容易脆斷，涂得太厚又會降低透光且形成內(nèi)反射降低清晰度，oti外雖多加了一層薄塑料保護(hù)層，但依然容易被銳利物件所破壞；且由于經(jīng)常被觸動，表層oti使用一定時(shí)間后會出現(xiàn)細(xì)小裂紋，甚至變型，如其中一點(diǎn)的外層oti受破壞而斷裂，便失去作為導(dǎo)電體的作用，觸摸屏的壽命并不長久。但電阻式觸摸屏不受塵埃、水、污物影響。這種觸摸屏是利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。它用兩層高透明的導(dǎo)電層組成觸摸屏，兩層之間距離僅為2.5s。當(dāng)手指按在觸摸屏上時(shí)，該處兩層導(dǎo)電層接觸，電

36、阻發(fā)生變化，在x和y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器。這種觸摸屏可在惡劣環(huán)境下工作，但手感和透光性較差，適合配帶手套和不能用手直接觸控的場合。電阻類觸摸屏的關(guān)鍵在于材料科技，常用的透明導(dǎo)電涂層材料有：aito，氧化銦，弱導(dǎo)電體，特性是當(dāng)厚度降到1800個(gè)埃以下時(shí)會突然變得透明，透光率為80，再薄透光率反而下降，到300埃厚度時(shí)又上升到80。ito是所有電阻技術(shù)觸摸屏及電容技術(shù)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。b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好的鎳金涂層材料，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是工藝成本較為高昂。鎳金

37、導(dǎo)電層延展性好，但是只能作透明導(dǎo)體，而不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因?yàn)樗鼘?dǎo)電率高，而且金屬不易做到厚度非常均勻，不宜作電壓分布層，只能作為探層。(2)電容式觸摸屏電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，雙玻璃設(shè)計(jì)能徹底保護(hù)導(dǎo)體層及感應(yīng)器。電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場。用戶觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場，手指與導(dǎo)體層間會形成一個(gè)耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。電容式觸摸屏是在玻璃表面貼上一層透明

38、的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，觸點(diǎn)的電容就會發(fā)生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過測量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息。該種觸摸屏適用于系統(tǒng)開發(fā)的調(diào)試階段。(3)紅外線式觸摸屏該觸摸屏是由裝在觸摸屏外框上的紅外線發(fā)射與接收感測元件構(gòu)成，在屏幕表面上，形成紅外線探測網(wǎng)，任何觸摸物體可改變觸點(diǎn)上的紅外線而實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作。紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環(huán)境條件。其主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、安裝方便、不需卡或其它任何控制器，可以用在各檔次的計(jì)算機(jī)上。此外，由于沒有電容充放電過程，響應(yīng)速度比電容式快，但分辨率較低。 紅外線觸摸屏原理很簡單，只是在顯示器上加上光點(diǎn)距框

39、，無需在屏幕表面加上涂層或接駁控制器。光點(diǎn)距框的四邊排列了紅外線發(fā)射管及接收管，在屏幕表面形成一個(gè)紅外線網(wǎng)。用戶以手指觸摸屏幕某一點(diǎn)，便會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，計(jì)算機(jī)便可即時(shí)算出觸摸點(diǎn)位置。(4)表面聲波觸摸屏表面聲波是一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ臋C(jī)械波。該種觸摸屏是由觸摸屏、聲波發(fā)生器、反射器和聲波接受器組成，其中聲波發(fā)生器能發(fā)送一種高頻聲波跨越屏幕表面，當(dāng)手指觸及屏幕時(shí)，觸點(diǎn)上的聲波即被阻止，由此確定坐標(biāo)位置。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長（5000萬次無故障）；透光率高(92%)，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量；沒有漂移，只需安裝時(shí)一次校正；有

40、第三軸(即壓力軸)響應(yīng)，最適合公共場所使用。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的強(qiáng)化玻璃，區(qū)別于其它觸摸屏技術(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。 3.2 觸摸屏控制器ads7843 簡要介紹觸摸屏的結(jié)構(gòu)及工作原理，并以burr-brown公司的觸摸屏控制芯ads7843為例，介紹四線式電阻觸摸屏應(yīng)用的典型電路和操作。(1)觸摸屏的基本原理典型觸摸屏的工作部分一般由三部分組成，兩層透明的阻性

41、導(dǎo)體層、兩層導(dǎo)體之間的隔離層、電極。觸摸屏在工作時(shí)，上下導(dǎo)體層相當(dāng)于電阻網(wǎng)絡(luò)，如圖3-2所示。當(dāng)某一層電極加上電壓時(shí)，會在該網(wǎng)絡(luò)上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，則在圖3-1 觸摸屏結(jié)構(gòu)電極未加電壓的另一層可以測得接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道接觸點(diǎn)處的坐標(biāo)。比如，在頂層的電極(x+,x)上加上電壓，則在頂層導(dǎo)體層上形成電壓梯度，當(dāng)有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，在底層就可以測得接觸點(diǎn)處的電壓，再根據(jù)該電壓與電極(x+)之間的距離關(guān)系，知道該處的x坐標(biāo)。然后將電壓切換到底層電極(y+,y)上，并在頂層測量接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道y坐標(biāo)。圖3-2 工作時(shí)的導(dǎo)體層(2)觸摸屏的控制實(shí)現(xiàn)現(xiàn)

42、在很多人機(jī)界面應(yīng)用中，觸摸屏是作為一個(gè)輸入設(shè)備，對觸摸屏的控制也有專門的芯片。很顯然，觸摸屏的控制芯片要完成兩件事情：其一，是完成電極電壓的切換；其二，是采集接觸點(diǎn)處的電壓值(即a/d) 。3.2.1 ads7843的基本特性與典型應(yīng)用ads7843是一個(gè)內(nèi)置12位模數(shù)轉(zhuǎn)換、低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)的串行接口芯片。供電電壓2.75 v，參考電壓vref為1 v+vcc，轉(zhuǎn)換電壓的輸入范圍為0 vref，最高轉(zhuǎn)換速率為125 khz。ads7843的引腳配置如圖3-3所示。表3-1為引腳功能說明，圖3-4為典型應(yīng)用。 圖3-3 ads7843引腳配置表3-1 引腳功能說明引腳號引腳號功能描述1,10+

43、v供電電源2.75v2,3x+,y+接觸摸屏正電極,內(nèi)部a/d通道4,5x-,y-接觸摸屏負(fù)電極6gnd電源地7,8in3,in4兩個(gè)附屬a/d輸入通道9va/d參考電壓輸入11/penirq中斷輸出,須接外拉電阻(10k或100k)12,14,16dout,din,dclk串行接口引腳,在時(shí)鐘下降沿?cái)?shù)據(jù)移出,上升移進(jìn)13busy忙指示,低電平有效15/cs片選圖3-4 ads7843的典型應(yīng)用3.2.2 ads7843的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及參考電壓模式選擇圖3-5 ads7843內(nèi)部結(jié)構(gòu)ads7843之所以能實(shí)現(xiàn)對觸摸屏的控制，是因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)很容易實(shí)現(xiàn)電極電壓的切換，并能進(jìn)行快速a/d轉(zhuǎn)換。圖3-5

44、所示為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，a2a0和ser/dfr為控制寄存器中的控制位，用來進(jìn)行開關(guān)切換和參考電壓的選擇。ads7843支持兩種參考電壓輸入模式：一種是參考電壓固定為vref，另一種采取差動模式，參考電壓來自驅(qū)動電極。這兩種模式分別如圖3-6(a)、(b)所示。采用圖圖3-6 參考電壓輸入模式3-6(b)的差動模式可以消除開關(guān)導(dǎo)通壓降帶來的影響。表3-2和表3-3為兩種參考電壓輸入模式所對應(yīng)的內(nèi)部開關(guān)狀況。表3-2 參考電壓非差動輸入模式（ser/dfr=1）a1a1a0x+y+in3in4-inx開關(guān)y開關(guān)+ref-ref001+ingndoffon+v refgnd101+ingndoffoff

45、+v refgnd010+ingndoffoff+v refgnd110+ingndoffoff+v refgnd表3-3 參考電壓差動輸入模式（ser/dfr=0）a2a1a0x+y+in3in4-inx開關(guān)y開關(guān)+refref001+inyoffon+yy101+inxonoff+xx010+ingndoffoff+v refgnd110+ingndoffoff+v refgnd3.2.3 ads7843的控制字及數(shù)據(jù)傳輸格式ads7843的控制字如表4所列，其中s為數(shù)據(jù)傳輸起始標(biāo)志位，該位必為“1”。a2a0進(jìn)行通道選擇（見表3-2和3-3）。mode用來選擇a/d轉(zhuǎn)換的精度，“1”選擇

46、8位，“0”選擇12位。ser/選擇參考電壓的輸入模式（見表3-2和3-3）。pd1、pd0選擇省電模式：“00”省電模式允許，在兩次a/d轉(zhuǎn)換之間省電，且中斷允許；“01”同“00”，只是不允許中斷；“10”保留；“11”禁止省電模式。表3-4  ads7843的控制字bit7(msb)bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0sa2a1a0modeser/dfrpd1pd0為了完成一次電極電壓切換和a/d轉(zhuǎn)換，需要先通過串口往ads7843發(fā)送控制字，轉(zhuǎn)換完成后再通過串口讀出電壓轉(zhuǎn)換值。標(biāo)準(zhǔn)的一次轉(zhuǎn)換需要24個(gè)時(shí)鐘周期。由于串口支持雙向同時(shí)進(jìn)行傳送，并且在一次讀數(shù)與

47、下一次發(fā)送的控制字之間可以重疊，所以轉(zhuǎn)換速率可以提高到每次16個(gè)時(shí)鐘周期。如果條件允許，cpu可以產(chǎn)生15個(gè)clk的話,轉(zhuǎn)換速率還可以提高到每次15個(gè)時(shí)鐘周期。3.3 c8051f021與觸摸屏接口電路及程序流程spimosi spimisospiclkp1.2p1.1（/into）p2.6 c8051f021 （mast）dindoutdclk/cs/pinirqbusyads7843觸摸屏xyxy圖3-7 觸摸屏輸入系統(tǒng)示意圖圖3-9 測量子程序關(guān)中斷片選選中ads7843送測量x坐標(biāo)的命令字調(diào)用測量子程序調(diào)用測量子程序送測量y坐的標(biāo)命令字圖3-8 定時(shí)中斷采樣程序中斷程序入口判斷sy是否

48、為高串行送出命令字接收a/d12位轉(zhuǎn)換結(jié)果返回noyes第4章 人機(jī)界面設(shè)計(jì)4.1 硬件組成及原理 lcd液晶顯示屏c8051f021觸摸屏控制器ads7843四線電阻觸摸屏圖4-1 硬件連接 4.1.1 硬件組成 觸摸屏采用典型的四線電阻式觸摸屏，其主要特點(diǎn)是精確度高，不受環(huán)境干擾，適用于各種場合。觸摸屏控制器為四線電阻式觸摸屏通用的 bb公司的ads7843控制芯片，具有12位轉(zhuǎn)換精度，支持spi通訊協(xié)議;液晶屏控制器采用的是epson的sed1335，帶有32k字節(jié)的sram，支持文本顯示和圖形顯示兩種方式，最多3層圖形顯示合成。本文選用的cygnal公司的c8051f021高速soc(

49、system on chip)單片機(jī)作為人機(jī)界面系統(tǒng)的主控cpu。cygnal公司的c8051單片機(jī)使用cygnal的專利cip-51微控制器內(nèi)核。文中將分別介紹基于c8051f021高速單片機(jī)的人機(jī)界面系統(tǒng)硬件、軟件。(1)以下介紹c8051f021單片機(jī)的一些重要技術(shù)以及在本系統(tǒng)中的應(yīng)用1.c8051f021單片機(jī)采用流水線指令結(jié)構(gòu)；70 指令的執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期；速度可達(dá)25 mips(時(shí)鐘頻率為25 mhz時(shí))。2.c8051f021單片機(jī)內(nèi)部有5個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器定時(shí)器和專用的看門狗定時(shí)器(wdt)，這樣就不再需要附加外部計(jì)數(shù)器件和外部看門狗電路。3.c8051f021

50、單片機(jī)引入了數(shù)字交叉開關(guān)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源分配給端口io引腳。通過設(shè)置優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)控制寄存器，將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器定時(shí)器、串行總線、硬件中斷、adc轉(zhuǎn)換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其他數(shù)字信號配置為出現(xiàn)在端口io引腳。4.c8051f021單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可編程計(jì)數(shù)器陣列(pca)，由一個(gè)專用的16位計(jì)數(shù)器定時(shí)器和5個(gè)16位捕捉比較模塊組成。5.c8051fo21單片機(jī)具有片內(nèi)jtag和調(diào)試電路，通過4腳jtag接口并使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的器件就可以進(jìn)行全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試，而且支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、觀察點(diǎn)、堆棧監(jiān)視器、支持觀察修改存儲器和寄存器。6.c8051f021單片機(jī)的

51、mcu除了具有全雙工uart串口之外，還增加了spi總線和smbus/ic總線。每種串行總線都能向cip-51發(fā)出中斷申請，因此很少需要cpu的干預(yù)。由以上介紹可以看出，在人機(jī)界面用c8051單片機(jī)是非常合適的，由于可以硬件生成pwm，占用cpu資源很少；高性能的指令系統(tǒng)以及和c語言之間進(jìn)行交叉匯編，為設(shè)計(jì)各種控制算法提供了廣闊的空間。(2)人機(jī)界面硬件接口電路 c8051f021和ads7843通過標(biāo)準(zhǔn)的spi接口相連，spi接口是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同步串行接口，是一種全雙工、四線通信的系統(tǒng)。它允許c8051f單片機(jī)與各種外圍設(shè)備以串行方式（可配置成18位數(shù)據(jù)同時(shí)、同步地被發(fā)送和接收）進(jìn)行

52、通信。在spi接口中，數(shù)據(jù)的傳輸需要1個(gè)時(shí)鐘信號和兩條數(shù)據(jù)線。spi可工作在主模式或從模式下。在主模式下，最大數(shù)據(jù)傳輸速率(位/秒)是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的1/2；而在從模式下，全雙工操作時(shí)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率(位/秒)是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的1/10。ads7843是四線式觸摸屏的控制器，控制器的主要功能是分時(shí)向x、y電極對施加電壓，并把測量電極上的電壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)觸點(diǎn)的x、y坐標(biāo)，并通過筆中斷請求向c8051f021表示有觸摸發(fā)生。ads7843只能作為spi的從設(shè)備，各信號的時(shí)序是完全固定的，因此需要配置c8051f021 spi接口信號的時(shí)序使之完全符合ads7843的時(shí)序，尤其是從選擇信號cs在一次

53、通信過程中應(yīng)一直為低。根據(jù)sed1335的電路特性，c8051f021與sed1335的接口電路如圖4-2所示，由于c8051f021的操作時(shí)序是intel8080時(shí)序，所以sed1335接口部分選用適配intel8080時(shí)序的接口電路。sed1335的a0信號不是獨(dú)立的，而是與片選信號組合定義的。單片機(jī)對sed1335進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)和指令操作的地址分別是8000h和8001h。4.1.2 工作原理c8051f021單片機(jī)的p0p3端口可以做通用的i/o端口，同時(shí)每個(gè)管腳通過獨(dú)立編程都能作為數(shù)字輸入或數(shù)字輸出，還可以通過軟件設(shè)置改變引腳的硬件功能配置和輸入輸出硬件狀態(tài)配置。本設(shè)計(jì)在使用i/o端口

54、是通過不同的特殊功能寄存器對它 圖4-2 人機(jī)界面硬件連接圖進(jìn)行配置。74hc373為鎖存器，同外部2764相配合，用于存儲計(jì)算機(jī)bios 中ascii 的8×16 字模庫，建立8×16 點(diǎn)陣常用字符、數(shù)字、符號字模庫和ucdos 的asc16 文件等做字模庫。j1為內(nèi)置sed1335控制器的液晶顯示器的外部引腳，a0為i/o緩沖器選擇信號，當(dāng)a0=1寫指令代碼和讀數(shù)據(jù)，a0=0寫數(shù)據(jù)、參數(shù)和讀忙標(biāo)志位。res為復(fù)位端，cs片選端，v0為亮度調(diào)節(jié)端。同時(shí)使用spi全雙工同步串行接口，spi串行擴(kuò)展接口需要用到3根通信線，分別是sck串行時(shí)鐘線、mosi(master out slave in)主機(jī)輸出/從機(jī)串行數(shù)據(jù)輸入線、miso(master in slave out)主機(jī)輸入/從機(jī)數(shù)據(jù)輸出線，此外還有nss片選端，但本設(shè)計(jì)中采用的是自定義功能引腳，用p1.2端來選擇從器件ads7843，另外p1.1設(shè)置為into。 用戶在觸摸屏上有效區(qū)域點(diǎn)擊，觸摸屏的x方向輸出電阻和y方向輸出電阻分別隨x和y呈線性變化，ads7843控制器將其分別轉(zhuǎn)換為12位數(shù)據(jù)，通過觸摸屏的筆中斷/pinir