嵌入式原理設(shè)計(jì)課程報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上嵌入式系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 課程報(bào)告 論文題目 基于嵌入式系統(tǒng)LCD觸摸屏的設(shè)計(jì) 年 級 13 級 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 目錄摘 要：31前言3 1.1 LCD觸摸屏簡介3 1.2 LCD觸摸屏的應(yīng)用及發(fā)展前景4 1.3 ARM嵌入式處理器42 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)5 2.1 系統(tǒng)硬件組成及整體功能5 2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案的選擇53 硬件實(shí)現(xiàn)6 3.1 處理器的選擇6 3.2 外圍芯片的選用7 3.3 硬件原理圖84 LCD觸摸屏軟件設(shè)計(jì)13 4.1 界面的定制與顯示13 4.2 觸摸屏信息的處理13 4.3 主函數(shù)初始化145 結(jié)語15參考文獻(xiàn)15 摘要：如今

2、LCD觸摸屏應(yīng)用已成為生活中很常見的現(xiàn)象，通過利用這種裝置，改變了傳統(tǒng)的較為復(fù)雜呆板的機(jī)械人機(jī)交互方式，使得人機(jī)之間信息的交互變得簡單，快捷，而且更具形象化。本文針對基于ARM系統(tǒng)LCD觸摸屏設(shè)計(jì)的介紹，分析LCD 觸摸屏的工作原理及硬件結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)一步開發(fā)出了觸摸屏的驅(qū)動程序。通過軟硬件的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)利用觸摸屏完成人機(jī)之間信息的交互，同時(shí)也可以將該設(shè)計(jì)運(yùn)用到同類人機(jī)交互系統(tǒng)中，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本。關(guān)鍵詞：LCD觸摸屏；ARM；人機(jī)交換系統(tǒng)1 前言隨著嵌進(jìn)式系統(tǒng)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)設(shè)備產(chǎn)品也越來越現(xiàn)代化，普遍要求可視化操縱。LCD觸摸屏低耗能散熱小，本錢低，纖薄輕巧，外形

3、尺寸小，安裝輕易。使用LCD觸摸屏作為產(chǎn)業(yè)設(shè)備的輸進(jìn)輸出設(shè)備既能達(dá)到可視化的要求，方便現(xiàn)場操縱，又能降低產(chǎn)品的本錢。而在產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)過程中，人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)往往占據(jù)著很大一部分工作，這樣，不但極大地增加了產(chǎn)品的開發(fā)本錢并且延長了產(chǎn)品的上市周期。本文設(shè)計(jì)的基于S3C44BOX的人機(jī)交互界面是一種可定制、簡單易用、性能優(yōu)良的通用型人機(jī)交互界面，能很好地解決上述問題。1.1 LCD觸摸屏簡介觸摸屏起源于20世紀(jì)70年代，早期多被裝于工控計(jì)算機(jī)、POS機(jī)終端等工業(yè)或商用設(shè)備之中。2007年iPhone手機(jī)的推出，成為觸控行業(yè)發(fā)展的一個(gè)里程碑。蘋果公司把一部至少需要20個(gè)按鍵的移動電話，設(shè)計(jì)得僅需三

4、四個(gè)鍵就能搞定，剩余操作則全部交由觸控屏幕完成。除賦予了使用者更加直接、便捷的操作體驗(yàn)之外，還使手機(jī)的外形變得更加時(shí)尚輕薄，增加了人機(jī)直接互動的親切感，引發(fā)消費(fèi)者的熱烈追捧，同時(shí)也開啟了觸摸屏向主流操控界面邁進(jìn)的征程。觸摸屏（touch screen）又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。觸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、自然的一種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富

5、吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。1.2 LCD觸摸屏的應(yīng)用及發(fā)展前景目前，觸摸屏應(yīng)用范圍正在變得越來越廣泛，從工業(yè)用途的工廠設(shè)備的控制操作系統(tǒng)、公共信息查詢的電子查詢設(shè)施、商業(yè)用途的提款機(jī)，到消費(fèi)性電子的移動電話、PDA、數(shù)碼相機(jī)等都可看到觸控屏幕的身影。當(dāng)然，這其中應(yīng)用最為廣泛的仍是手機(jī)。2008年采用觸控式屏幕的手機(jī)出貨量將超過1億部，如今，安裝觸控界面的手機(jī)出貨量已超過5億部。而且有跡象表明，觸摸屏在消費(fèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用范圍正從手機(jī)屏幕等小尺寸領(lǐng)域向具有更大屏幕尺寸的筆記本電腦拓展。目前，戴爾、惠普、富士通、華碩等一線筆記本電腦品牌廠商都計(jì)劃推出具備觸摸屏的筆記本電腦或UMPC。由此可以看出

6、，觸摸屏市場未來的發(fā)展前景也十分誘人。根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)的預(yù)測，到2017年觸摸屏產(chǎn)值將達(dá)到239億美元。1.3 ARM嵌入式處理器RISC嵌入式處理器是目前高中端嵌入式設(shè)計(jì)和應(yīng)用的主流，現(xiàn)今比較流行的RISC處理器有PowerPC、MIPS和ARM。其中ARM嵌入式處理器以其小體積、低功耗、低成本和高性能等特點(diǎn)占據(jù)了業(yè)界領(lǐng)先地位，已經(jīng)成為一種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。目前市場上常用的基于ARM體系結(jié)構(gòu)的通用嵌入式處理器系列有 ARM7 和ARM9 系列。ARM7系列處理器包括 ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ 等幾種類型的核，是低功耗的32位RISC架構(gòu)處理器，三級流水

7、線，主頻達(dá)到 66MHz。ARM9系列處理器包括ARM920TDMI、ARM922T、ARM940T等幾種類型的核，采用五級流水線，主頻達(dá)到533MHz。此外，ARM系列處理器還包括ARM9E、ARM10E和ARM11等幾個(gè)系列。SAMSUNG公司推出的一系列采用ARM處理器和微控制器的產(chǎn)品，性能良好，數(shù)據(jù)手冊豐富，配套應(yīng)用方案完善，因此迅速在通信產(chǎn)品民用市場上獲得了廣泛的應(yīng)用，在 ARM 處理器產(chǎn)品中極具代表性。本文的設(shè)計(jì)將基于SAMSUNG公司的一款A(yù)RM7芯片：S3C44B0X。2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用LCD觸摸屏模塊OCMJ15x20D，配以相應(yīng)的外圍硬件，通過ARM芯片S3C4

8、4B0X對觸摸屏從外界采集的信息的處理，然后據(jù)此控制受控系統(tǒng)，并給與觸摸屏信息確認(rèn)及輸出。2.1 系統(tǒng)硬件組成及整體功能系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分，分別為PC機(jī)、S3C4480X微處理器和LCD觸摸屏模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示： 圖2-1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)有三部分組成：PC機(jī)，用于定制人機(jī)交互界面信息；S3C4480X微處理器，用于控制觸摸模塊接收到的外界信息；LCD觸摸屏模塊，是直接參與人機(jī)交互的層面，通過它可以顯示出虛擬按鍵，人們可以對其操作，然后配以處理器及外圍硬件的協(xié)同工作，達(dá)到完成對儀器的控制目的。通過該系統(tǒng)可以給產(chǎn)業(yè)設(shè)備提供一個(gè)可視化的人機(jī)界面。來自PC機(jī)的定制好的界面信息存儲在

9、ARM的FLASH存儲器內(nèi)。在應(yīng)用當(dāng)中，當(dāng)微處理器接收到觸摸屏按鍵信息時(shí)，對產(chǎn)業(yè)設(shè)備進(jìn)行控制。同時(shí)微處理器也對LCD進(jìn)行界面的刷新，這樣以完成人機(jī)交互。2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案的選擇為增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，在軟件設(shè)計(jì)中將進(jìn)行操作系統(tǒng)（Operating System，OS）的移植，進(jìn)而對應(yīng)用程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。嵌入式OS負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度，控制和協(xié)調(diào)各部件的工作，與普通OS相比，嵌入式OS在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件依賴性、軟件固化及應(yīng)用的專用性方面具有較為突出的特點(diǎn)。嵌入式OS種類繁多，大體上分為商用型和免費(fèi)型兩大塊，其中商用型功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，但價(jià)

10、格昂貴，典型的有VxWorks、WinCE等。免費(fèi)型的源代碼公開，性能也較良好，主要有嵌入式Linux和C/OS。隨著開源軟件的迅速發(fā)展，Linux和C/OS已經(jīng)具有非常廣泛的應(yīng)用。基于良好的性價(jià)比，本文將采用uClinux作為觸摸屏終端的操作系統(tǒng)。uClinux是一種優(yōu)秀的嵌入式Linux版本，它秉承了標(biāo)準(zhǔn)Linux的優(yōu)良特性， 是經(jīng)過各方面的小型化改造，形成的一個(gè)高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux。雖然它的體積很小，但性能穩(wěn)定，有良好的移植性。在操作系統(tǒng)移植完成后，本文將結(jié)合觸摸屏終端所需實(shí)現(xiàn)的功能，給出其整體的軟件設(shè)計(jì)方案。3 硬件實(shí)現(xiàn)3.1 處理器的選擇本系統(tǒng)選擇三星公司基于ARM

11、7TDMI的16/32位微處理器S3C44B0X。該芯片為手持設(shè)備以及一般嵌入式應(yīng)用提供了一個(gè)成本低廉、功能強(qiáng)大的微控制器解決方案。有豐富的內(nèi)置部件，包括：8KB cache，內(nèi)部SRAM，LCD控制器，帶自動握手的2通道UART，4通道DMA，系統(tǒng)管理器（片選邏輯，F(xiàn)P/EDO/SDRAM 控制器），代用PWM功能的5通道定制器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，PLL倍頻器。3.1.1 S3C44B0X 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3-1-1：S3C44B0X結(jié)構(gòu)圖3.1.2 S3C44B0X引腳圖S3C44B0X引腳情況如圖3-1-2所示：3.2 外圍芯片

12、的選擇根據(jù)功能要求，該系統(tǒng)還需配置其他外圍芯片，用于輔助完成要求功能。此處選用的外圍芯片為FM7843，不過它已被集成在觸摸屏模塊OCMJ15x20D中，它主要用來對觸摸點(diǎn)進(jìn)行檢測，并把檢測到的信息送出轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的坐標(biāo)，以供S3C44BOX處理器讀取。下面對該芯片結(jié)構(gòu)及原理作簡要介紹。FM7843簡介：模塊FM7843是四線電阻式觸摸屏輸進(jìn)控制芯片。它是一款具有同步串行接口的12位采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在125kHz吞吐速率和2.7V電壓下的功耗為750W而在封閉模式下的功耗僅為05W。它具有低功耗和高速等特性，因此被廣泛應(yīng)用。引腳X+、Y+、X-、Y-是轉(zhuǎn)換器模擬輸進(jìn)端，DCLK是外部時(shí)鐘輸進(jìn)；C

13、S是片選端：DIN是串行輸進(jìn)，其控制數(shù)據(jù)通過該引腳輸進(jìn)；DOUT是串行數(shù)據(jù)輸出用于輸出轉(zhuǎn)換后的觸摸位置數(shù)據(jù)。最大數(shù)為二進(jìn)制的4095；IN3、IN4是輔助輸進(jìn)；PENIRQ是PEN中斷引腳。其中，S3C44BOX共使用6條與FM7843接口相連。其結(jié)構(gòu)如圖3-2-1所示： 圖3-2-1：FM7843結(jié)構(gòu)圖3.3 硬件原理圖圖3-3-2：觸屏模塊OCMJ15x20D外形尺寸上圖為觸屏模塊OCMJ15x20D的實(shí)體圖和外形尺寸圖，本系統(tǒng)顯示部分采用的正是該模塊系列中文液晶濕示模塊，其中OCMJ表示奧可拉中文集成模塊。這是一個(gè)中英文文字與繪圖模式的點(diǎn)陣液晶屁示模塊，內(nèi)建512KByte的ROM字形碼

14、，可以顯示中文字型、數(shù)字符號、英日歐文等字母，并且內(nèi)建雙圖層(Two Page)的顯爪內(nèi)存。在文字模式中，可接收標(biāo)準(zhǔn)中文文字內(nèi)碼直接顯示中文，而不需要進(jìn)進(jìn)繪圖模式以繪圖方式描繪中文，提升液晶顯示中文之效率。該模塊整合了多項(xiàng)的實(shí)用界面，包含內(nèi)建的10-Bit ADC提供觸控屏接口。OCMJ15X20D(V3.2)的觸摸屏是用FM7843控制的，該控制器已集成在模塊上，模塊已留出FM7843的控制線供客戶使用(OCMJ15X20D上的J5腳)，可直接使用3V供電而不需外接負(fù)電壓。該模塊同時(shí)支持支持文字與繪圖兩種混和顯示模式。支持2 Page 顯示模式(And, Or, Nor, Xor)，內(nèi)建兩個(gè)

15、4.8K / 9.6 K（15x20D） Byte 的顯示RAM (Display Data RAM)，共9.6K / 19.2 K（15x20D） Byte RAM，并且可做成4 階的顯示效果。內(nèi)建512KByte ROM，控制IC 分帶繁體字庫IC 和帶簡體字庫IC，其中標(biāo)準(zhǔn)繁體中文BIG5 碼，包含13,094個(gè)常用與次常用字型、408 個(gè)特殊字與兩組ASCII CODE，簡體字庫儲存7602 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)GB 碼的簡體中文。提供全角(16x16)與半角(8x16)文字顯示模式。支持4/8 位之6800/8080 MCU 接口。內(nèi)建8x8 鍵盤掃瞄界面(Key Scan)。帶光標(biāo)、反白、閃爍功

16、能，且光標(biāo)高度與寬度可調(diào)。支持屏幕水平卷動及垂直卷動功能。內(nèi)建512Byte SRAM 可自行造字。提供中/英文文字對齊功能。顯示字型可放大到32x32、48x48 或64x64，以及混合顯示模式。支持可將字型由ROM 直接讀出使用。內(nèi)建粗體字形與行距設(shè)定。內(nèi)建10-Bit ADC 支持觸控屏幕應(yīng)用（OCMJ4X15D 和OCMJ5X10D 屏蔽了此功能）。OCMJ4X15D 和OCMJ5X10D 當(dāng)為黃綠屏而不使用背光時(shí)，或者為藍(lán)屏使用背光時(shí)，可使用3V 供電而。不需外接負(fù)電壓。OCMJ8X10D 和OCMJ8X15D 也可使用3V 供電但需外接負(fù)電壓，除OCMJ8X10D 的藍(lán)屏背光可使用

17、。3V 供電外，其他背光都要4.1V 以上供電。OCMJ15X20D 可直接使用3V 供電而不需外接負(fù)電壓，但其背光為CCFL 背光，需另外供電，一般要45V。對于觸摸屏模塊OCMJ15X20D ，其直接參與人機(jī)交互的結(jié)構(gòu)為電阻式觸摸面板。電阻式觸摸面板是由兩層極薄的電阻面板組成，如圖2-3-3 所示，兩層面板之間有一個(gè)很小的間距，當(dāng)有外力在面板上的某一點(diǎn)壓下去時(shí)，會在施力點(diǎn)造成兩層電阻接觸，也就是短路(Short)，而兩層電阻面板的端點(diǎn)都各有電極，如圖3-3-4所示YU, YD, XL, XR，因此配合一些開關(guān)就可偵測出面板上哪一相對位置被Touch。 圖3-3-3：電阻式觸摸面板結(jié)構(gòu) 圖3

18、-3-4：觸摸面板與偵測開關(guān)在圖3-3-5 中，設(shè)定開關(guān)SW2 與SW3 是OFF(Open)，SW0 與SW1 是ON(Close)，當(dāng)有外力在面板上的某一點(diǎn)壓下去時(shí)，由YU 點(diǎn)取得電壓接到ADC(Analog to Digital Converter)，就可以得到被Touch 點(diǎn)的X 坐標(biāo)相對位置。 圖3-3-5：讀取X坐標(biāo)在圖3-3-5 中，因?yàn)殚_關(guān)SW2 與SW3 是OFF，因此YD 點(diǎn)是Floating，所以當(dāng)有外力在面板上的某一點(diǎn)壓下去時(shí)，YU 上的電壓事實(shí)上就是X 的Panel(也就是電阻)上的分壓結(jié)果，壓在面板上的不同一點(diǎn)，就會得到不同的分壓值，如圖2-3-6所示。 圖3-3-

19、6：Resistor-X 的分壓同理，在圖3-3-7中，設(shè)定開關(guān)SW0 與SW1 是OFF(Open)，SW2 與SW3 是ON(Close)，當(dāng)有外力在面板上的某一點(diǎn)壓下去時(shí)，由XL 點(diǎn)取得電壓接到ADC(Analog to Digital Converter)，就可以得到被Touch 點(diǎn)的Y 坐標(biāo)相對位置。一般說來許多觸摸面板都是貼在LCD 面板上面，因此在程序設(shè)計(jì)上如果重復(fù)圖3-3-5 與3-3-7的讀取步驟就可以順利得知被Touch 的點(diǎn)是在屏幕上的哪一位置。 圖3-3-7：讀取Y坐標(biāo) 圖3-3-8：Resistor-Y 的分壓在圖3-3-7 中，因?yàn)殚_關(guān)SW0 與SW1 是OFF，因

20、此XR 點(diǎn)是Floating，所以當(dāng)有外力在面板上的某一點(diǎn)壓下去時(shí)，XL 上的電壓事實(shí)上就是Y 的Panel(也就是電阻)上的分壓結(jié)果，壓在面板上的不同一點(diǎn)，就會得到不同的分壓值，如圖3-3-8所示。4 LCD觸摸屏軟件設(shè)計(jì)4.1 界面的定制與顯示 界面的定制是通過建立網(wǎng)絡(luò)鏈表的方式實(shí)現(xiàn)的。構(gòu)建好鏈表網(wǎng)絡(luò)后就進(jìn)進(jìn)應(yīng)用程序階段，即系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)正常運(yùn)行狀態(tài)。通過系統(tǒng)中設(shè)定當(dāng)前屏指針、當(dāng)前項(xiàng)指針及已構(gòu)建的鏈表網(wǎng)絡(luò)等來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面的操縱。同一屏幕的項(xiàng)構(gòu)成雙向循環(huán)鏈表、鏈接屏幕構(gòu)成單向循環(huán)鏈表。實(shí)現(xiàn)方法：先以屏為單位建立每屏的橫向雙向循環(huán)鏈表； 再遍歷各屏的雙向鏈表，為各屏的項(xiàng)建立鏈接關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)

21、鏈表網(wǎng)絡(luò)。通過遍歷當(dāng)前屏幕的橫向雙向循環(huán)鏈表來逐一顯示屏幕的項(xiàng)。其巾對各類項(xiàng)的處理如下：當(dāng)屏幕項(xiàng)是文本時(shí)，直接讀取并顯示。當(dāng)屏幕項(xiàng)為整型、浮點(diǎn)時(shí)通過向控制系統(tǒng)索取其值并顯示。當(dāng)屏幕項(xiàng)為枚舉時(shí)，通過向控制系統(tǒng)索取其值，再按值讀取對應(yīng)的字符串并顯示。4.2 觸摸屏信息的處理 觸摸屏按鍵分為數(shù)字鍵、換屏鍵、確認(rèn)鍵和選擇鍵。數(shù)字鍵用于鍵進(jìn)所按的數(shù)字。換屏鍵用于切換屏幕內(nèi)容，進(jìn)進(jìn)所選中項(xiàng)的鏈接屏幕，若當(dāng)前屏幕沒有選中項(xiàng)，則進(jìn)進(jìn)首項(xiàng)鏈接的屏幕。選擇鍵主要是使下拉菜單的內(nèi)容顯示到屏幕上來。確認(rèn)鍵是用于選擇下拉菜單內(nèi)容。4.3 主函數(shù)初始化該軟件系統(tǒng)主函數(shù)采用的是等待觸摸鍵值的死循環(huán)結(jié)構(gòu)。代碼如下：main()unsigned char KeyCount = 0; /按鍵個(gè)數(shù)System_Init(); /系統(tǒng)初始化程序SPortInit(); /串口初始化Lcd_Init(); /LCD 初始化KeyValue0 = 20; /REFRESHSend_Info(1)