毕业设计（论文）-基于1T单片机的4.3寸触摸彩屏应用程序开发.doc

南京林业大学 本科毕业设计（论文）题 目：基于1T单片机的4.3寸触摸彩屏应用程序开发学 院：机械电子工程学院专 业：测控技术与仪器 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 副教授 二O一一 年 五 月 三十 日南京林业大学学士学位毕业设计(论文)摘 要随着现代电子产品设计技术的不断发展，电子产品的设计，尤其是人机交互界面的设计越来越趋向于人性化。触摸屏凭借其独特的操作特性，应用日益广泛，它配合微控制器使用，能使嵌入式设备或手持式设备具有更加良好的人机交互界面，操作更加方便快捷。本文设计了一种基于W77E58单片机的3.5英寸彩色液晶触摸屏，旨在研究电子技术在触摸屏技术中的应用。本文完成了系统硬件及软件的设计与制作，实现了LCD显示和触摸屏的坐标读取。选用W77E58单片机作为控制器，ADS7846为触摸屏控制器，IETR320240B240作为触摸屏。设计过程中程序采用C语言编写，程序使用Keil uVision4编译软件编译成单片机可执行的机器码。关键词：W77E58；IETR320240B240；触摸屏控制器. ABSTRACTWith modern electronic products design and technology development, electronic product design, especially the design of the man-machine interface towards more humane. Touch screen with its unique operating characteristics, application increasingly extensively, it can make embedded equipment or handheld devices has more good man-machine interface, operation more convenient and quick.This paper introduces a design which3.5 inch Touch Screen based on microcontroller W77E58,aims to study electronic technology application in touch screen technology.This paper completed the system hardware and software design and production, realizing the LCD display and reading choosing of touch screen coordinates. W77E58 single chip microcomputer as controller, ADS7846 as touch screen controller, IETR320240B240 as touch screen. The design process procedure using C language, programs use Keil uVision4 software compiled into the microcontroller executable machine code.Keywords：Touch Screen；Touch Screen Controller；SPI II目 录第一章 绪论11.1研究目的及意义11.2国内外研究近况31.3主要完成任务4第二章 基于1T单片机的4.3寸触摸彩屏的整体设计52.1整体设计52.2 触摸屏工作原理52.2.1触摸屏的分类及特点52.2.2电阻式触摸屏工作原理72.3 ADS7846 的基本特性与典型应用92.3.1基本特性92.3.2引脚功能92.3.3 内部结构102.3.4 主要参数和工作方式112.3.5转换时序132.4 控制核心STC12C5A60S2132.5 SPI接口152.6 本章小结17第三章 基于触摸屏控制器ADS7846 的触点坐标和压力的测量与计算183.1触点坐标值的标定183.2 触摸压力原理及测量公式的推导193.3 本章总结20第四章 基于1T单片机的4.3寸触摸彩屏硬件设计与制作214.1使用的触摸屏简介214.1.1模块特性214.1.2液晶应用接口及总线时序224.1.3总线时序234.1.4命令表244.1.5色彩数据对照说明274.1.6 屏幕行列分布位置284.2硬件电路连接设计284.2.1 原理性电路连接284.2.2实际电路连接294.3本章总结31第五章 基于1T单片机的4.3寸触摸彩屏的程序设计与调试325.1触摸屏主程序335.2 基于Keil uVision4软件的程序编译345.3 触摸屏加电运行355.4本章总结37结束语38致 谢39参考文献40南京林业大学学士学位毕业设计(论文)第一章 绪论1.1研究目的及意义触摸屏作为一种便捷的输入接口，具有坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，是操作人员和机器之间交流的桥梁利用这种技术我们用户只要用手指轻轻地指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。触摸屏的优点如下：1.简单易用性（Simple） 利用触摸屏进行人机对话，在屏幕用户界面上，使用者仅需用手指触摸所需要的内容即完成交互过程。对没有接触过计算机的用户来讲，不会产生面对键盘时的困惑和恐惧心理，也不会像鼠标或轨迹球一样难以控制。应用触摸屛的计算机系统一般都具有良好且友善的交互界面，用户在使用之前不需要经过培训即可操作自如。2.灵活性（Flexible） 触摸屏不像利用数字接口的按钮或键盘一样，它完全由软件进行各项设置，然后即可实现交互输入。如果是兼容鼠标的触摸屏，则只需加载它的驱动程序即可替代鼠标的操作。凭借系统提供的菜单，用户可以输入并获得大量的信息。3.经济性（Economic） 触摸屏具有很好的商业价值。因为无论功能多么强大的产品，都应该具有易操作使用的特点。像早期的计算机，程序语言全用机器代码，输出的结果只是一些圆孔，非专业人员根本不可能掌握，故应用范围受到了很大限制。应用程序可以很方便地利用触摸屏进行交互，而且同其他输入设备相比，触摸屏的耐用性与可靠性明显增强。因此从这种意义上讲，触摸屏具有良好的经济性。触摸屏的应用范围非常广泛，下面以国外的有关情况进行说明。1.商店付款系统（Grocery Checkout） 现在许多商店的结算柜台使用了计算机交互式终端设备。顾客通过操作触摸屏即可以打印出标有货物名称，价格的付款单，而且可以根据购物的种类及购物次数给以折扣。在终端机上可以利用满屏的视频图像为产品促销，顾客根据自己的需要可以对商品进行查询。商商店管理者通过分析购销商品的数据以确定顾客的需要。2.入场券查询预定系统（Ticketing Klosks） 过去看棒球（ballpark）比赛要到售票处排长队买票，即费时间又费精力。最新推出的使用触摸屏的入场券查询预订系统完全解决可这一个问题。在系统屏幕上显示出可预订的座位，你可以通过触摸选择其中一个座位，这时屏幕上就会显示出你从这一位置观看比赛场地的效果，如果感到效果不理想在选择另外一个。当你确定预订的座位之后，将你的信用卡放进系统中即可完成预订过程。3.视频音乐点播机（Video Jukebox） 视频音乐点播机中储存有2500首带有画面的歌曲、250首视频音乐及卡拉OK歌曲, 通过触摸屏可以对这些内容进行选择。有些视频音乐点播机还有供你选用的游戏软件, 你只需触摸屏幕即可以玩这些生动有趣的游戏。与视频音乐库联网的视频音乐点播机则可供选择使用的内容更加丰富。4.CD预览系统（CD Preview）的购到超级市场准备购买音乐CD时，你就会遇到带有触摸屏的交互式查询演示系统（Interactive Kiosk）CD预览系统。通过触摸显示屏幕，选择音乐的种类，演唱者或者主题内容，CD预览系统就会对你的购买提高帮助。5.游戏（Game） 使用触摸屏的游戏机与视频扑克（Video Poker）机的数量正在逐渐增加。这些具有友好交互性的系统在不使用令人感到迷惑的按钮组的情况下，操作更加简单，一台机器可存放多种游戏，使用者仅需用手指点触屏幕即可进入生动有趣的游戏王国。这种游戏控制方式更加适合初学者，节奏感增强，因而深受游戏爱好者的欢迎。6.金融交易（Financial Trading） 在金融交易中，速度与准确性是极为重要的两个因素。触摸屏的使用为用户提供了轻松与迅速处理瞬息变化的信息的手段，用户不需要经过培训，根据屏幕的显示内容作出决断，并随即点触屏幕即完成决策。因此触摸屏可以让使用者将精力完全集中在交易上，而不需要思考如何操作交易系统。7.工业自动化（Industrial Automation） 在工厂车间中，触摸屏是首选的接口设备，因为它具有很强的适应性而比键盘，鼠标，轨迹球更有优越性。触摸屏易于使用，易于掌握，低操作故障率是任何其它输入设备无法比拟的。当触摸屏工作在恶劣的环境下，如灰尘，油污，潮湿，磨损划伤等，都不会照成触摸屏的损坏。因此在工业自动化中触摸屏可以发挥很好的作用。8.自助快餐（FastFood-Self-Service） 在主要的快餐连锁店中，顾客可以通过自己的操作预订快餐。带有触摸屏的显示器显示了逼真的快餐图片与价格，你只需要简单地触摸你喜欢的品种即可完成预订。这种系统的应用提高了服务人员的工作效率，并且避免了高峰时间（例如午餐）因就餐人数增多，快餐销售紧张的情况。9.电子付款销售系统（POS-Point of Sale） 大多数酒店经营者们已经发现带有触摸屏的POS终端比采用传统的现金登记具有更多优越性；触摸输入设备成本低，办理事务的速度快，减少了培训时间，便于使用者集中精力思考问题，提高了雇员的工作效率。并且POS系统在软件的支持下，系统显示菜单项目的内容与价格很容易修改。由于通过显示器办理业务，不用现金交易，因而降低了错误率1。我国触摸屏技术的研究，触摸屏的品种，质量都不如国外厂家，没有形成规模生产，其开发的深度与广度远远没有达到实际要求。触摸屏成本低，操作简便，有利于推广，普及，并可培养，提高人们对计算机的兴趣，从而调动起学习计算机的积极性。因此在我国大力发展触摸屏产业，开发各种实用性，专业化的触摸屏意义是非常重要的。1.2国内外研究近况在国外，对利用单片机直接控制存储设备的研究早已开始，而且相关的产品已经面世 在我国此类设计方案众多。比如牡丹江师范学院物理与电子工程学院白龙，李月英等人以AVR单片机Atmegal61为控制核心设计一种硬件电路简单、经济实用的触摸屏控制系统触摸屏的显示部分为320240点阵型液晶显示器动态开关扫描电路通过集电极开路结构的反向器SN7406N来实现，开关扫描主要是通过单片机控制AD转换器在两层导电层之间交替进行采样此系统可以应用在工业控制领域，实现人机交互功能7；又如天津工业大学的袁臣虎等人在Winbond单片机W77E516与触摸屏之间采用Modbus协议实现异步串行通信的方法.系统选用具有标准Modbus通信协议接口的SOLCN S534T型触摸屏,同时给出了基于单片机W77E516的简单硬件电路,运用Modbus通信协议12；再如李数函，杨冬云等人设计改进现在复杂的触摸屏驱动, 使得触摸屏驱动更为简单、可行。该系统的设计实现硬件电路的简单化, 直接利用P89LPC938 微处理器的A/ D 控制触摸屏, 降低了成本。利用软件实现IO 口的特殊功能和一般功能的相互转换来达到对触摸屏的控制。通过实验验证该系统的可行性和可靠性13；河北师范大学物理科学与信息工程学院的向倪利用双mos管设计了触摸屏与S3C2410的接口电路，并利用S3C2410的等待中断模式和自动XY坐标转换模式，读出与XY坐标有关的电压值，完成对触摸屏的控制14；苏州市职业大学的裘迅大胆提出使用双单片机并行通讯的模式。大多数情况下我们会选用PLC 相连，简单而且开发周期短，但从成本、开发灵活性和运算能力上考虑，与单片机或微机构成网络控制具有不可替代的作用。国内外普遍采用的方法是，单片机和ADS7843芯片，辅以点阵式液晶显示屏，进行嵌入式触摸屏输入与显示系统的软硬件设计，实现触点测量与液晶屏上像素相对应，实现预期的控制功能，提高触摸控制的灵敏度。液晶触摸屏包含图形液晶显示模块和附着在显示屏上的触摸屏两部分，借助于触摸屏控制器ADS7843与微处理器实现软硬件接口，通过检测用户在触摸屏上的触摸位置，实现显示与控制功能。1.3主要完成任务a.设计主要完成任务： 设计过程完成了触摸屏方案的确定与可行性预估，完成硬件电路的设计与制作，并使用keil C软件为单片机编写程序，用于调试硬件；方案确定过程中，购买元器件连接线路，并完成硬件制作和调试。 b.设计主要实现的功能：液晶触摸屏包含图形液晶显示模块和附着在显示屏上的触摸屏两部分，借助于触摸屏控制器ADS7846与STC 1T单片机实现软硬件接口，通过检测用户在触摸屏上的触摸位置，实现显示与控制功能。编写触摸屏的控制程序，包括主程序，读触摸键的位置坐标、在触摸屏上显示信息等。 编写一个基本可以实用的应用程序。- 42 -南京林业大学学士学位毕业设计(论文)第二章 基于1T单片机的4.3寸触摸彩屏的整体设计2.1整体设计基于1T单片机的4.3寸触摸彩屏由4部分组成1. 43寸触摸屏2 触摸屏控制器ADS78463 MCUSTC12C5A60S24. 串行接口-SPI2.2 触摸屏工作原理触摸屏技术在我国的应用虽然只有十多年的时间，但是它已经成了继键盘、鼠标、手写板、语音输入后最为普通百姓所易接受的计算机输入方式。利用这种技术，使界面能够访问计算机的数据库，用户只要用手指轻轻地触碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作或查询，同时大大地提高了计算机的可靠性，从而使人机交互更为直截了当。这种技术极大方便了用户，成为极富吸引力的全新多媒体交互设备2。2.2.1触摸屏的分类及特点根据触摸屏的工作原理和传输信息的介质,把触摸屏分为四种,它们分别为电阻式、表面声波式、红外线式以及电容式。每一种触摸屏都有其各自的优缺点, 要了解触摸屏的适用场合, 则了解每一种触摸屏的工作原理和特点尤为重要。（一）电阻式触摸屏1.电阻式触摸屏简介电阻触摸屏的屏体部分是一块多层复合薄膜, 由一层玻璃或有机玻璃作为基层, 表面涂有一层透明的导电层(ITO膜) ,上面再盖有一层外表面经过硬化处理、光滑防刮的塑料层。它的内表面也涂有一层ITO, 在两层导电层之间有许多细小( 小于千分之一英寸) 的透明隔离点把它们隔开。当手指接触屏幕时, 两层ITO发生接触, 电阻发生变化, 控制器根据检测到的电阻变化来计算接触点的坐标, 再依照这个坐标来进行相应的操作。电阻屏根据引出线数多少，分四线、五线等类型。五线电阻触摸屏的外表面是导电玻璃而不是导电涂覆层，这种导电玻璃的寿命较长，透光率也较高。2.电阻式触摸屏的缺陷电阻式触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境, 不怕灰尘和水汽, 它可以用任何物体来触摸, 可以用来写字画画,比较适合工业控制领域及办公室内有限地使用。电阻触摸屏共同的缺点是因为复合薄膜的外层采用塑胶材料, 不知道的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废。并且由于经常被触动，表层ITO使用一段时间后会出现细小的裂纹，甚至变形，因此其寿命并不长久。(二)表面声波触摸屏1.表面声波触摸屏简介表面声波是超声波的一种，它是在介质（例如玻璃）表面进行浅层传播的机械能量波。表面声波性能稳定、易于分析，并且在横波传递过程中具有非常尖锐的频率特性。表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或柱面的玻璃平板, 安装在CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，没有任何贴膜和覆盖层。玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器, 右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器，玻璃屏的四边刻有由疏到密间隔非常精密的45 度角反射条纹。在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指触摸屏幕时，手指吸收了一部分声波能量，控制器侦测到接收信号在某一时刻的衰减，由此可以计算出触摸点的位置。除了一般触摸屏都能响应的x、y 坐标外,表面声波触摸屏的突出特点是它能感知第三轴（z 轴）坐标, 也就是能感知用户触摸压力大小值,其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到。三轴一旦确定,控制器就把它们传给主机。2.表面声波触摸屏的特点表面声波触摸屏非常稳定，不受温度、湿度等环境因素影响，寿命长( 维护良好情况下达5000 万次) ;透光率和清晰度高,没有色彩失真和漂移, 安装后无需再进行校准，有极好的防刮性，能承受各种粗暴的触摸，最适合公共场所使用。(三)红外线式触摸屏1.红外线触摸屏简介红外触摸屏的四边排布了红外发射管和红外接收管, 它们一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时,手指会挡住经过该位置的横竖两条红外线, 控制器通过计算即可判断出触摸点的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。2.红外线触摸屏的特点红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰, 适宜于某些恶劣的环境条件。其主要优点是价格低廉、安装方便，可以用在各档次的计算机上。此外，由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。(四）电容式触摸屏1.电容式触摸屏简介电容式触摸屏利用人体的电流感应进行工作。电容式触摸屏是一块4 层复合玻璃屏, 用真空金属镀膜技术在玻璃屏的内表面和夹层各镀有一层ITO, 玻璃四周再镀上银质电极，最外层是只有0.0015毫米厚的玻璃保护层, 夹层IT0涂层作为工作面, 4 个角引出4 个电极, 内层ITO为屏蔽层，以保证良好的工作环境。在玻璃的四周加上电压，经过均匀分布的电极的传播，使玻璃表面形成一个均匀电场，当用户触摸电容屏时,由于人是一个大的带电体，手指和工作面形成一个耦合电容, 因为工作面上接有高频信号，手指吸收走很小的一部分电流。电流分别从触摸屏4个角上的电极流出, 流经这4个电极的电流与手指到4 个角的距离成正比, 控制器通过对这4个电流比例的精密计算, 得出触摸点的位置。2.电容式触摸屏的缺陷电容式触摸屏反光严重, 而且, 电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀, 存在色彩失真的问题, 由于光线在各层间的反射, 还会造成图像字符的模糊。电容式触摸屏在有导体靠近, 会引起电容式触摸屏的误动作。电容式触摸屏的另一个缺点是用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应。电容屏更主要的缺点是漂移: 当环境温度、湿度改变, 环境电场发生改变时, 会引起电容式触摸屏的漂移, 造成不准确3。2.2.2电阻式触摸屏工作原理如图2-1所示，电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。 图2-1触摸屏原理图如图2-2所示，当手指或笔触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层（顶层）接通X轴方向的5V均匀电压场，使得检测层（底层）的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比即可得触摸点的X轴坐标为（原 点在靠近接地点的那端）：Xi=LxVi / V（即分压原理）同理得出Y轴的坐标，这就是所有电阻触摸屏共同的最基本原理。图2-2 触摸屏工作原理2.3 ADS7846 的基本特性与典型应用2.3.1基本特性ADS7846是美国Burr - Brown公司推出的新一代4线制触摸屏控制器,它在与触摸屏连用时,一旦笔或手指点触摸在屏上,可迅速得到该点的位置信号,从而达到在触摸屏表面上寻址的目的。ADS7846是典型的逐步逼近寄存器型A/ D变换器,其结构以电容再分布为基础,包含了取样/ 保持功能。ADS7846的引脚与以前产品ADS7843的引脚完全兼容,只是增加了片内温度测量、触摸压力测量和电池电压测量三个功能。ADS784的其它主要特点如下:具有4 线制触摸屏接口;可单电源工作,电压范围为2.25.25V;内部自带+2.5V参考电压;具有125kHz的转换速率;带有微处理器的串行接口;具有可编程8位或12位的分辨率;具有1路辅助模拟量输入4。ADS7846 可广泛用于有触摸屏的应用中,如个人数字助理(PDA)、笔记本电脑等。2.3.2引脚功能ADS7846具有TSSOP-16和SSOP-16两种封装形式,它的引脚排列如图2-3所示,表-1 为各引脚的功能说明。图2-3 ADS7846 引脚图表-1 引脚描述引脚名称功能描述1+VCC电源输入端2X+X+位置输入端3Y+Y+位置输入端4X-X-位置输入端5Y-Y-位置输入端6GND接地7VBAT电视监视输入端8INADC辅助输入通道9VREF参考电压输入10+VCC电源输入端11PENIRQ笔中断输入。需外接10K100K的上拉电阻12DOUT串行数据输入端。数据在DCLK的下降沿移出，当CS为高电平时为高阻状态13BUSY忙时信号线。当CS为高电平时为高阻状态14DIN串行数据输入端。当CS为低，数据在DCLK上升沿锁存进来15CS片选信号，低电平有效16DCLK外部时钟信号输入2.3.3 内部结构图2-4为ADS7846 的内部结构图, 该芯片由6 路通道选择器、逐步逼近式寄存器(SAR) 、+ 2. 5V参考电压、电容式D/ A 转换器(CDAC) 、温度传感器等部分构成。ADS7846 工作时需要一个外部参考(VREF引脚) 和一个外部时钟(DCLK引脚) 。其中外部基准电压的范围是1V + VCC , 由它可以直接设定A/ D 输入通道的输入范围, 其平均基准输入电流取决于变换速率。外部时钟主要用于控制SAR 变换过程和同步串行数据I/ O5。图2-4 ADS7846的内部结构2.3.4 主要参数和工作方式ADS7846 的主要参数如下:工作电压: + 2. 2 + 5. 25V;AD 采样时间: 1. 5s (在fDCLK=2MHz 情况下) ;AD 转换时间: 6s (条件同上) ;开关延时时间: 30ns ;参考电压范围: + 1V + Vcc ;温度范围: - 40+ 85;功耗: 1. 8mW。 ADS7846 的输入方式有差分输入和单端输入两种。表-2 控制字节各位Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0SA2A1A0MODESER/DFRPD1PD0S :数据传输起始标志位。为1表示一个新的控制字节到来;为0则忽略DIN引脚上数据。A2A1A0 :通道选择位。用于控制通道选择器的输入,触摸信号驱动开关及ADC的参考输入电压。当A2A1A0 =001时,采集Y 坐标信号;当A2A1A0=101时,采集X 坐标信号。MODE :用来选择A/ D 转换的精度。为1选择8位精度;为0选择12位精度。SER/ DFR :用来选择参考电压的输入模式。1 为参考电压非差动输入模式; 0 为参考电压差动输入模式。PD1,PD0 :低功率模式选择位。若为11 ,器件总处于供电状态;若为00 ,器件在两次变换之间处于低功率模式。表-3 控制字节各位描述位名称功能描述7S开始为。为1表示一个新的控制字节到来，为0则忽略DIN引脚数据64A2A0通道选择位。参见表-4，表-53MODE12位、8位转换分辨率选择位。为1选择8为转换分辨率，为0选择12位分辨率2SER/DFR单端输入方式、差分输入方式选择位。为1是单端输入方式，为0是差分输入方式10PD1PD0低功率模式选择位。若为11，器件总处于供电状态，若为00，器件在变换之间处于低功率模式表-4 单端基准模式输入配置A2A1A0VBATAUXTEMPY-X+Y+Y- POSIT IONX- POSIT IONZ1- POSIT IONZ2- POSIT IONX- DRIVEY- DRIVE000+INOFFOFF001+INMOFFON010+INOFFOFF011+INMX-,ONY+,ON100+INMX-,ONY+,ON101+INMONOFF110+INOFFOFF111+INOFFOFF表-5 差分基准模式输入配置A2A1A0+REFREFY-X+Y+Y- POSITIONX- POSITIONZ1- POSITIONZ2- POSITIONDRIVES ON001Y+Y-+INMeasureY+,Y-011Y+X-+INMeasureMeasureY+,X-100Y+X-+INY+,X-101X+X-+INMeasureX+,X-2.3.5转换时序ADS7846 的转换时序如图4 所示。一次完整的电极电压切换和A/ D 转换,需要ADS7846 和微处理器进行3 次串行数据传送,每次传送需要8 个时钟周期。第一次传送由微处理器向ADS7846 发送控制字,接下来的两次传送是微处理器从ADS7846 读取转换结果(最后4 位自动补0) 。由于串口支持双向同时进行传送,并且在一次读数与下一次发控制字之间可以重叠,所以转换速率可以提高到每次16 个时钟周期6。图2-5 ADS7846 的转换时序2.4 控制核心STC12C5A60S2STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。1.增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；2.工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V-3.3V（5V单片机）STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V-2.2V（3V单片机）；3.工作频率范围：035MHz，相当于普通8051的0420MHz；4.用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节；5.片上集成1280字节RAM；6.通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口），可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55Ma；7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)；9. 看门狗；10.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）；11.外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器，5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%；12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内) 1用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz15.5MHz，3.3V单片机为：8MHz12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准；13.共4个16位定时器 两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器 做串行通讯的波特率发生器 再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；14. 2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟；15.外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块， Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3)；16. PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路）：也可用来当2路D/A使用也可用来再实现2个定时器也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)；17.A/D转换, 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)18.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口；19. STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)；20.工作温度范围：-40+85(工业级) / 075(商业级)21.封装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接 74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口, 还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。图2-6 STCRC5A60S2 引脚图2.5 SPI接口SPI（Serial Peripheral Interface）是MOTOROLA公司提出的同步串行总线方式，是一种三线同步接口，三根信号线分别为时钟线，数据输入线和数据输出线。SPI 接口信号的时序关系如图2-7所示，SCK为时钟信号，由主机发出；SI是主机输出（从机输入）信号，SI上的数据由主机在SCK下降沿发出，从机在SCK上升沿接收；SO是主机输入（从机输出）信号，SO上的数据由从机在SCK下降沿发出，主机在SCK上升沿接收；CE为片选信号。因SPI接口信号定义简单，嵌入式应用中的大部分芯片都采用了此接口，如温度控制芯片，串行Flash 芯片等8。图2-7 SPI接口信号的时序关系图SPI接口可以用全双工方式同时发送接收8位数据, 它共用4条引脚. (本系统采用STC12C5A60S2单片机).(1)主器件输出/从器件输入线主器件输出/从器件输入线即在主器件中作为输出线, 在从器件中作为输入线(简称MOSI). 先送高位(MSB) 后送低位(LSB), 引脚可用RC4, 其作用是在一个方向传送数据.(2)主器件输入/从器件输出线主器件输入/从器件输出线即在主器件中作为输入线, 在从器件中作为输出线,引脚可用RC5,其作用也是在一个方向传送数据(简称MISO),也是先送高位(MSB)后送低位(LSB).(3)同步串行时钟线同步串行时钟线即在主器件中作为输出线,从器件中作为输入线, 引脚可用RC3(简称SCK) . 在八个时钟之内,主从器件之间完成一个字节信息的交换.(4)从机方式选择线从机方式选择线(简称SS),对于工作在从器件模式的单片机,SS输入线用作选通信号输入端,该引脚必须在传送数据之前被设置为低电平, 并且在整个传送数据过程中维持稳定的低电平,对于工作在主器件模式的单片机,SS输入线必须接高电平.从机SS 口可与主机I/O 引脚连接、SS口、I/O口可用RC引脚.SPI总线上可挂接多种具有SPI外围接口的器件,每个外围接口的器件具有同步串行数据线及时钟线,SCK、MISO、MOSI都是同名端相联,每个外围接口的器件都有片选端CS.多数MCU不带有专门的SPI控制器，因此，在使用具有SPI 接口的芯片时，必须根据硬件的连接关系编程实现对它们的控制。通常SPI实现方式有2种-软件方式和硬件方式，本文采用的是软件编程方式实现，这里以SST25VF080B 为例。SST25VF080B 是SST 公司推出的8Mbit，8 位数据宽度的串行Flash 芯片。芯片共有8个引脚，其中VDD 和VSS 是电源和地；nWP 和nHOLD 是写保护和保持引脚，不用时可接至高电平；nCE 为片选信号，低电平有效；SCK为数据时钟；SI和SO分别是数据输入和数据输出9。MCU与SST25VF080B的连接关系如图2-8所示，MCU的四个可编程IO引脚分别与SST25VF080B的nCE，SCK，SI，SO引脚相连，可编程的IO引脚模拟SPI接口的时序，在发送时，可调用函数void SPI_SEND_Byte(Byte c)，一次发送一个字节的数据；接收时，调用函数Byte SPI_READ_Byte(void)，一次接收一个字节的数据，从SST25VF080B内部读取N字节数据的流程图如图2-9所示。 图2-8 MCU 与SST25VF080B 的连接 调用发送函数，发送读命令0X03调用发送函数，发送3字节FLASH地址调用接收函数，接收N字节的数据结束图2-9读取N 字节数据流程图2.6 本章小结本章介绍了触摸屏系统的各个组成部分，详细介绍了触摸屏的分类，原理；介绍了触摸屏控制器ADS7846的基本特性，工作方式；说明了1T单片机的特点和组成；解释了SPI接口是如何实现的。第三章 基于触摸屏控制器ADS7846 的触点坐标和压力的测量与计算ADS7846是BB公司生产的一种四线式触摸屏控制器，目前广泛用于电阻式触摸屏输入系统中。ADS7846与其前代产品ADS7843相比，除了基本的X、Y坐标测量功能外，还支持测量系统供电电池电压、芯片温度、触摸压力和外模拟量4个物理量。ADS7846的核心是一个具有采样和保持功能的12位的逐次逼近式A/D转换器。内部的6选1模拟多路开关根据微控制器送来的命令字选择6个电压量：X、Y、Y、VBAT(电池电压)、TEMP(温度)和AUXIN(外模拟量)之一送入A/D转换器转换后，通过SPI接口将转换值送入微控制器。ADS7846 还设置有触摸识别电路，当检测到有触摸时，该电路输出一个低电平信号，称为PENIRQ#(笔中断)，ADS7846以这个信号向微控制器提出测量触点坐标的中断请求7。 3.1触点坐标值的标定使用ADS7846测量坐标模拟量时，AD转换器使用的参考电压方式有单端和差动两种。差动参考电压方式也称比率度量转换方式，能消除内部开关电阻带来的转换误差，比用单端参考电压方式测量误差小，但功耗可能略大于单端方式。经综合考虑，在测量触点坐标时，采用差动参考电压方式，但发现触摸屏边沿点对应的测量值仍达不到0或满量程(4096)，而且由于触摸屏存在着个体差异，不同触摸屏边沿点的测量值一般是不同的。另外，在一个触摸屏任一条水平或竖直线上等距离测量时，得到相邻两点测量值的差值是相同的，但对不同的触摸屏采用相同的等距离测量时，这个差值是不同的。触点位置与测量值之间的关系如图3-1所示。在两个触摸屏上各选一条竖直直线，并进行等距离(尽可能相等)测量实验，其结果列于表-6 和表-7。这里需指出，由于存在着手工操作误差，触点难以绝对地分布在一条竖直线上，故表中各测点的X 坐标值也存在着一定的偏差。使用4.3 英寸、分辨率为480x272 的真彩TFT 屏。根据前面对触点坐标实测结果的分析，触点测量值转换为液晶屏上对应像素点坐标应该按照下面的公式标定。 （3-1） （3-2）式中：(X, Y)为触点测量值，(XMIN,YMIN)和(XMAX,YMAX)分别为触摸屏上最小、最大坐标点的测量值，(X1，Y1 )为触点在液晶屏的像素点坐标。表-6 触摸屏1在一条竖直线上等距离测量坐标值X坐标测量值230524002307230423082305230823072400230724002306230923092307Y坐标测量值298543782102112661502174219852227246127042949319634353671表-7 触摸屏2在一条竖直线上等距离测量坐标值X坐标测量值274827452747274524492744244727452745274227522751274527452750Y坐标测量值5137209271124135615651773198621952406261828243045325634693.2 触摸压力原理及测量公式的推导 触摸压力测量的是手指或触笔触及触摸屏时产生的压力值。通过判断这个压力值的大小，可以避免因为触摸过轻或过重而造成的误操作。触摸压力不是直接测出来的，而是转换为测量触点处X工作面和Y工作面之间接触电阻RT的大小。实际上，RT是通过测量四个坐标值：触点的X和Y坐标、触点的Z1和Z2坐标，然后经计算得出(Z1和Z2)坐标分别为PX点和PY点的坐标值。在实际使用时发现，使用数据手册上提供的触摸压力公式计算得到的值不能正确反应触摸压力的大小10。根据电阻式触摸屏工作理和压力测量原理，推导如下： （3-3） （3-4） （3-5） （3-6）由以上各式可推出： （3-7）或 （3-8）式中：R X、R Y 分别为X、Y板的总电阻，RT表示接触电阻，RX-表示PX点到X- 的电阻，RY-表示PY点到Y-的电阻，RY+表示Y到PY点的电阻。(5)、(6)两公式均作为压力测量公式使用。对不同的触摸屏，RX和RY一般是不同的，需要用电表测量得到，比如前述触摸屏1 的RX=344，RY=568；触摸屏2 的RX=345，RY=524。将(6)式两端同时除以RX，得 （3-9）使用(7)式，不必事先测量RX，并且这种比值关系对各触摸屏均适用，使得压力的测量计算得到简化。采用(7)式，分别对上述两个触摸屏1、触摸屏2 测量计算得出，当RX/RT 的值在2.352.8时，认为触摸压力较为适中，触摸在正常操作范围中11。3.3 本章总结本章介绍了触摸屏的核心部分触摸点坐标的获取方法，详细说明了XY坐标的获取方式，介绍了XY输出的处理方法，推出了XY像素点坐标的获取公式。为之后的硬件和软件设计提供了理论依据和思路。第四章 基于1T单片机的4.3寸触摸彩屏硬件设计与制作4.1使用的触摸屏简介此次触摸屏设计选用的触摸屏是郑州飞逸科技有限公司生产的FY43-4827-256触摸屏。FY43-4827-256是一款广泛应用于单片机系统、工业控制系统等设备上的宽温彩色TFT 液晶显示屏(带触摸屏)，采用 4.3 英寸、分辨率为480x272的真彩TFT屏，提供8位标准8080 总线接口方式