基于ARM的呼叫服务人机界面

第0页基于ARM的呼叫服务人机界面【摘要】：论文设计基于ARM的呼叫服务人机界面。软硬件设计采用协同设计的方法，以使设计更加直观、完整。设计中选用STM32系列的STM32F103ZET6作为微处理器，lcd320240作为人机界面的显示部件，通过串口进行数据输入。当模拟人机界面进行呼叫时，用串口输送呼叫的次数，并在LCD上显示数值，配以状态条显示当前被呼叫的位置。在论文中还设计了多个用户的呼叫，通过触屏完成界面的翻页，且两个页面可保持数据随意切换，使整个设计更有亮点。该呼叫服务人机界面使用灵活方便，可实时显示，查看和修改呼叫的相关信息功能。【关键词】：人机界面；lcd320240；串口；第1页Abstract:Paper-basedcallingservicedesignedARMHMI.Hardwareandsoftwaredesignusingthemethodofcollaborativedesign,inordertomakethedesignmoreintuitiveandcomplete.DesignwaschosenasthemicroprocessorSTM32F103ZET6STM32family,lcd320240asaman-machineinterfacedisplayunitthroughtheserialdatainput.WhenHMIsimulatedcall,conveyingthecallwithaserialnumber,andthevaluedisplayedontheLCD,thestatusbardisplaysthecurrentpositionwiththecalled.Inthepaperalsodesignedanumberofusercalls,flipthroughatouchscreeninterfacetocomplete,andtwopagesofdatacanbemaintainedeasilyswitchtomakethewholedesignmorehighlights.Thecallservicetouseman-machineinterfaceflexibility,real-timedisplay,viewandmodifythefunctioncallrelatedinformation.Keywords:Man-machineinterface;lcd320240;serial;-目录前言.1第1章绪论.2第1.1节课题的背景和意义.2第1.2节人机界面概述.2第1.3节人机界面的发展.3第2章系统方案.4第2.1节控制模块比较与选择.4第2.2节液晶显示模块比较与选择.4第3章系统分析.5第3.1节串口模块分析.5第3.2节触摸屏分析.6第4章硬件设计.7第4.1节STM32开发板概述.7第4.2节触摸屏的基本原理.8第4.3节电路及接口说明.9第5章软件设计.11第5.1节系统初始化.11第5.2节LOGO显示.12第5.3节呼叫人机主界面.13第6章呼叫服务人机界面的测试.15第6.1节触摸屏测试.15第6.2节串口通信测试.16第6.3节测试总结.17结论.18参考文献.18致谢.19附录.20附录1：实物照片说明.20附录2：部分源程序.20第0页前言人机界面是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面，信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软触，此结合面不仅包括点线面的直接接触，还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。人机结合面是人机系统中的中心一环节，主要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及安全系统工程学去研究具体的解决方法手段措施安全人机学。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。大量运用在工业与商业上，简单的区分为“输入”（Input）与“输出”（Output）两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令（命令）的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助使用者更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥最大的效能并延长使用寿命，而市面上所指的人机接口则多界狭义的指在软件人性化的操作接口上。论文主要依据与医院场所的人机界面，如病床呼叫等。论文主要通过对ARM算法的介绍、系统软硬件的设计及实验结果分析等内容进行阐述，最终搭建一个基ARM的呼叫服务人机界面。1）绪论：阐述ARM在人机界面的重要作用和课题研究背景和意义，及论文的组织；2）系统方案：阐述ARM的呼叫服务人机界面需要的硬件模块；3）系统分析：首先介绍ARM的优势，接着分析ARM的特点及其编程的结构和算法等；4）硬件设计：介绍基于ARM的主要功能和结构，然后介绍主结点和子结点的硬件设计所需电路及串口通信用到的芯片等；5）系统软件设计：首先对系统初始化设置，再对系统的字符、中文、图片等函数进行叙述，然后详细讲解呼叫人机界面的应用的函数等等；6）呼叫服务人机界面的测试：测试串口及触摸屏人机界面，并分析结果和存在的不足。第1页第1章绪论在人机系统中，人机界面是连接人与机器的重要通道。因此，人机界面设计，首要的是人与机器的信息交流过程中的准确性、可靠性及有效度。操纵装置与显示装置是人机界面的典型部件。现以这一控制显示系统的设计为例，阐明人机界面的设计。用户通过按键进入相应界面设置参数或发送命令，此时输入的参数和命令通过RS485串口通信发送给下位机智能仪器系统，仪器接收到参数和命令后进行相关操作，返回结果数据再通过RS485发送给人机交互系统，人机交互系统扫描串口是否接收到数据，如果接收到则通过液晶显示返回结果。用户此时可以浏览并存储这些结果数据，再通过RS232接口将这些结果数据发送到上位机数据管理系统1。图1-1为人机界面结构框图。用户按键输入通用智能仪器人机交互系统下位机智能仪器上位机数据管理系统液晶显示输出RS485RS232图1-1人机界面结构框图第1.1节课题的背景和意义人机交互界面又称用户界面，是指人与产品进行交互的方式与方法2。人机交互是指人类在学习工作生活中使用计算机、网络及各种多媒体设备，进行人与机器之间的相互交流学习。原语是指在两个通信层协议之间用于一个服务请求的消息。在人和机器的互动过程中，有一个层面，即我们所说的界面。从心理学意义来分，界面可分为感觉（视觉、触觉、听觉等）和情感两个层次。人机界面设计是屏幕产品的重要组成部分。界面设计是一个复杂的有不同学科参与的工程，认知心理学、设计学、语言学等在此都扮演着重要的角色。人机界面设计的三大原则是：置界面于用户的控制之下；减少用户的记忆负担；保持界面的一致性3。第1.2节人机界面概述人机界面是人与机器进行交互，即用户与机器互相传递信息的媒介3，其中包括信息的输入和输出。这里的“交互”即信息交换，包括计算机通过输出或显示设备给人提供信息，以及第2页人通过输入设备向计算机输入有关信息。信息交换的形式有多种方式，如键盘、鼠标、显示屏幕上的符号或图形，也可以用声音、姿势或身体的动作等。第1.3节人机界面的发展1)硬件人机界面学的发展工业革命电子技术的出现信息革命。18世纪末20世纪40年初网络技术的发展机器机械电子技术信息化浪潮设计风格出现结合人机工程学非物质化、信息化3。2)软件人机界面学的发展计算机技术的迅速发展，人机界面学也随之迅速地发展起来。图形技术和图形用户界面技术的出现，启动了微型计算机蓬勃发展的大潮流。人机界面保持“简单、自然、友好、方便、一致”由此人文因素成为计算机产品中越来越突出的问题。1.3.1.国内外发展动向国际标准化组织(ISO)在其ISOFDIS9241211标准(GuidanceonUsability,1997)中认为，人机界面可用性是指当用户在特定的环境中使用产品完成具体任务时，交互过程的有效性、交互效率和用户满意度Hartson(1998)认为可用性包含两层含义:有用性和易用性.有用性是指产品能否实现一系列的功能4。易用性是指用户与界面的交互效率、易学性以及用户的满意度。Hartson的定义比较全面，但对这一概念的可操作性缺乏进一步分析。Nielsen(1993)的定义弥补了这一缺陷。Nielsen认为产品在每个要素上都达到很好的水平，才具有高可用性.他认为可用性包括以下要素5。1.易学性:产品是否易于学习；2.交互效率:即用户使用产品完成具体任务的效率；3.易记性:用户搁置某产品一段时间后是否仍然记得如何操作；4.出错频率和严重性:操作错误出现频率的高低，严重程度；5.用户满意度:用户对产品是否满意。第3页第2章系统方案系统主要由控制模块、显示模块、串口模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。第2.1节控制模块比较与选择方案一：采用AT89S52单片机做主控制器，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8KFlash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CpU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。它的成本低，易控制，易实现。缺点：运行速度慢，存储容量小，难以完成复杂的运算。方案二：采用AVR单片机做主控制器，由AVR来完成采集和信号处理等底层的核心计算，单片机已广泛地应用于军事、工业、家用电器、智能玩具、便携式智能仪表和机器人制作等领域，可靠性高，成本低廉。相对于出现较早也较为成熟的51系列单片机，AVR系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代51系列单片机。但相对于32为处理器，运算精度和运算速度都不如ARM。方案三：采用ARM微处理做主控芯片，ARM处理器是一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构，因其计算速度快，耗电少、功能强、存储容量大，已被广泛地使用在许多嵌入式系统设计。主要不足是设计复杂，需要有一定开发经验。通过三个方案比较，为了实现电路设计的低功耗及高速的运算速度，故采用方案三。第2.2节液晶显示模块比较与选择方案一：采用LCD12864。带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，可以显示84行1616点阵的汉字。也可完成图形显示。而且低电压、低功耗，价格相比其他模块略低。该模块接口方式灵活，具备简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。方案二：采用LCD1602。LCD1602是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。液晶显示器画质高且不会闪烁。而且它的体积小，质量轻，但是它显示单一，不可以显示汉字和图像。方案三：采用3.2”TFTLCDILI9325模块。显示功能强大，可显示文字和图形，显示内容清晰，有相应的驱动程序和库函数支持。不足之处是程序较复杂，功耗稍大。第4页综上所述，为了显示更全面的界面，选择方案三。第5页第3章系统分析嵌入式测控系统的开发是一项系统工程，涉及软件、硬件、系统集成等诸多方面。为了使测控系统能与用户更好的交互，需要提供友好的人机交互界面。这也是嵌入式测控系统开发的基本要求之一6。人机交互接口已经成为嵌入式测控设备的重要组成部分，随着测控对象的多元化和图形显示设备的日益发展，对于人机交互接口提出了新的要求，图形用户界面已经越来越多的被用于测控系统中。第3.1节串口模块分析串行接口是一种可以将接受来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接受的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件。串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式7。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。打开串口串口初始化等待接受数据关闭串口数据处理与显示发送读取数据命令InBufferCount=0?NY图3-1串口通信程序框图串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议。大多数计算机包含两个基于RS-232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。RS-232（ANSI/EIA-232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中RS-232的传输长度或者速度常常超过标准的值。RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。RS-232串口通信最远距离是50英尺。第6页第3.2节触摸屏分析为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。3.2.1.电阻式触摸屏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。所以电阻触摸屏可用较硬物体操作。3.2.2.电容式触摸屏电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，最外层是一薄层矽土玻璃保护层，夹层ITO涂层作为工作面，四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。第7页第4章硬件设计系统的ARM硬件一般是在最小系统上按需求定制其扩展功能，其硬件中主要以串口收发数据和触摸屏换页为主，整个设计的核心是面向产品需求定制的最优化界面。PC处理器STM32Open103Z电源/复位Flash存储器串口模块LCD图4-1系统硬件流程图第4.1节STM32开发板概述STM32开发板Open103Z是一块以STM32F103ZET6为主控芯片的核心板，带有丰富的扩展接口，支持各类外围模块的接入。它使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设还包含多个标准和先进的通信接口8。图4-2Open103Z实物STM32F103ZET6芯片介绍基于ARMCortex-M3核心的32位微控制器，LQFP-144封装；第8页512K片内FLASH（相当于硬盘），64K片内RAM（相当于内存），片内FLASH支持在线编程(IAP)；通过片内BOOT区，可实现串口下载程序(ISP)；片内双RC晶振，提供8M和32K的频率；支持片外高速晶振(8M)，和片外低速晶振(32K)，其中片外低速晶振可用于CPU的实时时钟，带后备电源引脚，用于掉电后的时钟行走；支持JTAG，SWD调试，配合廉价的J-LINK，实现高速低成本的开发调试方案；多达80个IO(大部分兼容5V逻辑)，4个通用定时器，2个高级定时器，2个基本定时器，3路SPI接口，2路I2S接口，2路I2C接口，5路USART，一个USB从设备接口，一个CAN接口，SDIO接口，可兼容SRAM，NOR和NANDFlash接口的16位总线-FSMC；3路共16通道的12位AD输入，2路共2通道的12位DA输出支持片外独立电压基准；CPU操作电压范围:2.0-3.6V。STM32F103ZET6的最大特点是：板载MCU的最基本电路，包括晶振电路，USB控制电路，USB接口等；引出了所有I/O资源；带JTAG/SWD调试下载接口；排针间距2.0mm，体积较小，适合接入用户系统。第4.2节触摸屏的基本原理典型触摸屏的工作部分一般由三部分组成，如图4-3所示：两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。阻性导体层选用阻性材料，如铟锡氧化物（ITO）涂在衬底上构成，上层衬底用塑料，下层衬底用玻璃。隔离层为粘性绝缘液体材料，如聚脂薄膜。电极选用导电性能极好的材料（如银粉墨）构成，其导电性能大约为ITO的1000倍。图4-3触摸屏结构触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络，如图4-4所示。当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标。比如，在顶层的电第9页极(X+，X)上加上电压，则在顶层导体层上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，在底层就可以测得接触点处的电压，再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系，知道该处的X坐标。然后，将电压切换到底层电极（Y+，Y）上，并在顶层测量接触点处的电压，从而知道Y坐标9。图4-4工作时的导体层第4.3节电路及接口说明4.3.1.电源模块论文的电源模块主要依附于STM32F103Z的开发板，通过串口输送3.3v的电源供电，其基本电路如图4-5所示10：图4-5电源模块说明：输入：5VDC。输出：3.3VDC4.3.2.USB设备图4-6USB模块USB设备说明：开发板通过USB接口供电，请不要同时使用USB和外接电源供电。D+为高时PC认第10页为有USB设备接上并要求安装驱动程序10。4.3.3.串口模块设计在论文设计中串口模块主要实现数据的输送，并能在LCD上显示呼叫类别和呼叫次数，硬件电路图如图4-7所示10：图4-7串口电路图4.3.4.按键扫描电路在论文中按键模块主要起到界面切换的作用，当系统显示开机界面后，按下按键将进入主界面。其电路图如图4-8所示10：图4-8按键扫描电路4.3.5.LCD模块LCD模块主要用于I/O输出测试或显示程序运行状态。在设计中主要显示开机界面及主界面的参数显示，以便于调试和检测产生的信号。硬件电路图如图4-9示10：第11页图4-9液晶接口第12页第5章软件设计软件设计是系统的物理实现的过程。对任意的系统，开发阶段绝对的第一步是确定将来所要构建的制造原型或实体表现的目标构思。这个步骤是由多方面的直觉与判断力来共同决定的。软件设计是一种在设计者计划中通过诸如软件如何满足客户的需要，如何才能容易地实现和如何才能方便地扩展功能以适应新的需求等不同的考虑的创造性活动。开始系统初始化LOGO显示User键是否按下显示呼叫人机主界面检测是否有串口通信读取串口通信数据NNYY图5-1系统设计流程图第5.1节系统初始化每次系统上电/复位启动时，处理器都处于一种最低性能即只有最基本功能的状态，此时它只能从复位向量地址处去读取指令，其他功能模块都处于禁止或者不可预知状态，而一旦处理器从复位向量地址位置读取到第一条指令开始执行，那么从软件的角度看，处理器和整个系统就开始进入了软件可控状态，系统下面的行为就由软件流程决定，软件要做的第一件事就是初始化整个系统11。系统初始化的一般顺序为：1）禁止MMU，关闭中断，禁止cache；2）根据硬件设计配制好处理器时钟、DRAM时钟、定时器时钟；3）根据系统中所用的flash和DRAM芯片容量和电气参数设置它们的起始地址、容量、刷新频率等；4）将固化在flash芯片中的程序搬移到DRAM内存中；5）使能cache，使能MMU，跳转到DRAM内存中运行继续初始化，包括根据具体第13页应用以及系统中的硬件配置初始化各个功能模块、安装好异常中断处理程序、使能中断等；6）进行操作系统相关初始化。第5.2节LOGO显示LOGO起到对徽标的识别和推广的作用，通过形象的LOGO可以让消费者记住公司主体和品牌文化。另外，LOGO还是一种早期的计算机编程语言，也是一种与自然语言非常接近的编程语言，它通过“绘图”的方式来学习编程。每次系统上电/复位启动时，显示LOGO。图5-2LOGO显示5.2.1.图片函数其实现方法是将图像通过转换工具转换为数组数据，放在数组uint16_tgImage_picture11258中，然后将图片的始末地址送入LCD。并将数组文件加载到主函数文件下，再通过算法将转换后的数组在显示屏上显示图片。其对应函数为：voidLCD_DrawPicture(uint16_tx0,uint16_ty0,uint16_tx1,uint16_ty1,uint16_t*pic)uint16_ttemp,x,y,dx,dy,n;if(x0x1)temp=x1;x1=x0;x0=temp;dx=x1-x0+1;if(y0y1)temp=y1;y1=y0;y0=temp;dy=y1-y0+1;n=0;for(x=0;xx;ScreenSamplei.y=Ptr-y;第15页setCalibrationMatrix(LCD_Clear(RGB565CONVERT(200,200,120);5.3.2.收发字符操作函数在串口通信中，发送字符串，返回发送的字符数。unsignedcharUSART_Transmitter_Str(char*ss)/发送字符串,返回发送的字符数5.3.3.接收字符串函数在串口通信中，接收字符串，返回接收的字符数。unsignedcharUSART_Receiver_Str(char*ss)/接收字符串,返回接收的字符数第16页第6章呼叫服务人机界面的测试第6.1节触摸屏测试触摸屏基本功能：点击触摸屏时，触摸屏上没有明显的划痕。灵敏度：在用手指点击触摸屏时，触摸屏应有迅速的响应。线性：用手指画线时，屏上显示的画面应与手指划过轨迹一样，位置也必须相同。（1）Open103Z开发板通过USB供电，显示LOGO信息，如图6-1所示；图6-1LOGO显示界面（2）按下User键进入触摸屏界面，如图6-2所示；根据十字箭头指引用手指按下；图6-2触摸屏界面（3）进入人机呼叫界面，如图6-3所示；图6-3呼叫界面第一页（4）根据界面中箭头所指的方向，用手按下进入人机呼叫界面第二页，如图6-4所示；第17页图6-4呼叫界面第二页第6.2节串口通信测试人机呼叫界面记录呼叫的次数，显示当前呼叫状态有蓝色变成红色，并在窗口中记录呼叫的实时时间及呼叫所在的页数。在界面翻页的过程中，窗口中的信息保持当前呼叫的数据。（1）一号呼叫图6-5一号呼叫（2）四号呼叫图6-6四号呼叫（3）七号呼叫第18页图6-7呼叫界面第一页（4）第二页界面七号呼叫图6-8呼叫界面第二页第6.3节测试总结经过触摸屏与串口通信测试，完成人机呼叫界面对数据的输入与输出；在串口通信中，由于是引用收发字符操作，对界面中的数据存在延时性；在触摸屏中，在翻页的过程中能保持各页面中数据不变，基本满足人机界面的设计要求。呼叫人机界面的不足之处：1）人机界面的设计不够完善，内容不够充实；2）由于Open103Z开发板自身不带电源，导致时钟时间与实时时间不一致；3）液晶Lcd320240中触摸屏技术反应不灵敏；第19页结论在老师与同学们的指导帮助下，呼叫人机界面顺利的完成了。呼叫人机界面主要分为串口通信和lcd液晶显示两个模块。串口通信的主要功能是完成信息的输入，lcd液晶显示主要是完成信息的输出。由于对ARM编程学习时间的不长，对软件的编写有以下不足：1）、由于信息是在两个模块之间传递信息，存在对数据的延时性。2）、STM32F103ZET6开发板自身不带内部电源，时钟时间不能与实时时间同步。3）、时钟时间不能跟随呼叫移动。参考文献1.STM32F32位ARM微控制器应用设计与实践北京：北京航空航天大学出版社，2012-08-01.2.罗仕鉴.人机界面设计.机械工业出版社，2004-1-1.3.朱一纶.智能仪器基础(第2版).电子工业出版社，2012-06-01.4.蒙博宇，刘星STM32自学笔记北京航空航天大学出版社，2012.5.郭勇.电子综合设计M.苏州:苏州大学出版社.2012.6.丁建强电子技术综合设计补充讲义苏州大学应用技术学院，2010.10.7.戴佳，戴卫恒.2006.51单片机C语言应用程序设计实例精讲.北京：电子工业出版社.8.阎石.数字电子技术基础（第四版）.高等教育出版社，1998.11.9.周立功.ARM嵌入式系统基础教程（第二版）.北京航空航天大学出版社，2008.9.10.老虎工作室.电路设计与制板protel99se典型实例.人民邮电出版社.11.Cortex-M3嵌入式处理器原理与应用/范书瑞等编著.-北京：电子工业出版社，2011.1第20页致谢经过几个月的查资料、整理材料、写作论文，今天终于可以顺利的完成论文的最后的谢辞了，时光匆匆飞逝，四年多的努力与付出，随着论文的完成，终于让我在大学的生活得以划下完美的句点。论文得以完成，要感谢的人实在太多了，首先要感谢丁建强老师，因为论文是在丁建强老师的悉心指导下完成的。丁建强老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。丁建强老师指引我的论文的写作的方向和架构，并对论文初稿进行逐字批阅，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，他的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，他的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。论文的顺利完成，也离不开其它各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在整个的论文写作中，各位老师、同学和朋友积极的帮助我查资料和提供有利于论文写作的建议和意见，在他们的帮助下，论文得以不断的完善，最终帮助我完整的写完了整个论文。另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以完成的基础。第21页附录附录1：实物照片说明Open103Z开发板Lcd320240模块串口模块第22页附录2：部分源程序unsignedcharUSART_Receiver_Str(char*ss)/接收字符串,返回接收的字符数staticchar*t,ch;staticunsignedcharn;t=ss;n=0;while(0=DeQueue_buf(&r_buf,&ch)&(nDivider!=0)/*XD=AX+BY+C*/displayPtr-x=(matrixPtr-An*screenPtr-x)+(matrixPtr-Bn*screenPtr-y)+matrixPtr-Cn)/matrixPtr-Divider;/*YD=DX+EY+F*/displayPtr-y=(matrixPtr-Dn*screenPtr-x)+(matrixPtr-En*screenPtr-y)+matrixPtr-Fn)/matrixPtr-Divider;第23页elseretTHRESHOLD=DISABLE;return(retTHRESHOLD);第24页外文文献资料FirefaceUC第25页第7章OperationandUsage第7.1节PlaybackIntheaudioapplicationbeingused,Firefacemustbeselectedasoutputdevice.ThiscanoftenbefoundintheOptions,PreferencesorSettingsmenusasPlaybackDevice,AudioDevices,Audioetc.Werecommendswitchingallsystemsoundsoff(viaControlPanel/SoundControlPanel/Multimedia/AudioControlPanel/Sound/PlaybackControlPanel/SoundsandMultimedia/AudioControlPanel/Sound/PlaybackControlPanel/SoundsandMultimedia/AudioVolume/SpeakerSettings/AdvancedControlPanel/Sound/PlaybackConfigurationVista/7:TheprogramSonarfromCakewalkisuniqueinmanyways.SonarusesthesocalledWDMKernelStreaming,bypassingtheWDMmixer,thusachievesasimilarperformanceasASIO(seebelow).BecauseofthedriversmultichannelstreamingabilitySonarnotonlyfindsthestereodevicementionedabove,butalsothe8-channelinterleaveddevices,andaddsthechannelnumberattheend:FirefaceAnalog(1+2)1/2isthefirststereodeviceFirefaceAnalog(1+2)3/4arethechannels3/4ofthefirst8-channelinterleaveddevice.FirefaceAnalog(3+4)isthenextstereodeviceItisnotrecommendedtousethesespecialinterleaveddevices.Alsoitisnotpossibletouseonestereochanneltwice(thebasicandtheinterleaveddevice).TheWDMStreamingdeviceLoudspeaker(Analog1+2)oftheRMEdrivercanoperateasusualstereodevice,orasupto8-channeldevice.An8-channelplaybackusingtheWindowsMediaPlayerrequiresthespeakersetup7.1Surround.第28页XP:ControlPanel/SoundsandMultimedia/Audio/Volume/SpeakerSettings/AdvancedControlPanel/Sound/Playback/Loudspeaker/Configure控制面板/声音/播放里。屏幕截图显示了一个典型的（立体声）波形编辑器配置对话框。音频数据被发送到一个模拟或数字（ADAT/SPDIF）端口，取决于哪一个被选为播放设备。增加音频缓冲区的数量和/或大小可以阻止音频信号分裂，但也会增加延迟，即输出被延迟。为了音频和MIDI（或类似）的同步播放，一定要激活复选框“Getpositionfromaudiodriver”。NoteonWindowsVista/7:的说明由于Vista的音频应用程序再也无法控制的WDM下的采样率。通过众多的设置代替用户工作，并且每个立体声设备设置采样率为相同值。因此，FirefaceUFX的驱动程序有一个解决方法：在对话框里为所有的WDM设备总体设置采样率，见章节8.1。第1.2节DVD-播放(AC-3/DTS)AC-3/DTS当使用流行的像WinDVD和PowerDVD一样的DVD软件播放器时，它们的音频数据流可发送到任何使用FirefaceSPDIF输出的AC-3/DTS接收器。这个要起作用的话，第38页Fireface的WDMSPDIF设备必须在控制面板/声音和多媒体/音频控制面板/声音/播放里选择。另外检查“只使用优先的设备”。DVD软件的音频属性现在显示或类似的选项“SPDIFOut”。当选择它时，软件会把非解码数字多声道数据流传送到Fireface。注释：这个“SPDIF”信号听起来像在最高电平处的碎噪音。尽量避免混音和跳线的信号到您的扬声器，因为它们可能会被损坏。多通道PowerDVD和WinDVD也可以用作软件解码器，直接发送一个DVD多通道数据流到Fireface的模拟输出通道。这个要起作用的话，选择WDM播放设备Fireface的“扬声器”XP：控制面板/声音和多媒体/音频，并且检查“只使用默认设备”。此外扬声器安装在音量/扬声器设置/高级下面，必须把立体声改为5.1环绕。Vista/7：控制面板/声音/播放作为“标准”。此外扬声器安装，在下面，必须把立体声改为5.1环绕。PowerDVD和WinDVD的音频属性现在列出几个多通道模式。如果其中一个被选中，软件会把解码模拟多声道数据发送到Fireface。TotalMix可以通过任何所需的输出通道来进行播放。为环绕立体声播放的典型通道分配是：1-左2-右3中心4-LFE低频效果5-SL左环绕6-SR右环绕注释1：并不是我们建议选择Fireface用作系统播放设备，因为专业的接口不应被系统事件干扰。确保使用后重新分配选择或禁用任何系统声音（标签Sounds，方案“Noaudio”）。注释2：DVD播放器会与Fireface同步。这意味着，当使用AutoSync和/或字时钟时，播放速度和音调遵循输入时钟信号。第1.3节WDM说明驱动程序给每对立体声都提供了一个WDM流，像ADAT1+2（FirefaceUC）通道。WDM流是Microsoft的当前驱动程序和音频系统，直接嵌入到操作系统里面。WDM流第39页很难用于专业音乐领域，因为所有数据都是由所谓的KernelMixer处理的，造成了至少30ms的延迟。此外，WDM可以执行未被觉察的采样率转换，造成录音和播放之间数据的抵消，不知不觉地地阻塞了许多通道。一些程序不提供任何直接的设备选择。相反它们使用在Windows里选择的播放设备XP：Vista/7：Cakewalk的程序Sonar在许多方面都是独一无二的。Sonar使用所谓的WDMKernelStreaming，绕过WDM混音器，从而达到了类似于ASIO的表现。因为驱动程序的多通道流功能，Sonar不仅找到了上面提到的立体声设备，而且还找到了8通道交错设备，并且在最后添加了通道号码：FirefaceAnalog(1+2)1/2是第一个立体声设备FirefaceAnalog(1+2)3/4是第一个8通道交错装置的通道3/4。FirefaceAnalog(3+4)是下一个立体声设备不推荐使用这些特殊的交错设备。也不可能使用一个立体声通道两次（基本的和交错的设备）。多通道使用WDMRME驱动程序的WDM流设备扬声器（Analog1+2）可以用作立体声设备或8通道设备。使用WindowsMediaPlayer进行一个8通道播放需要扬声器安装7.1环绕立体声。配置如下：XP：控制面板/声音和多媒体/音频/音量/扬声器设置/高级控制面板/声音/播放/扬声器/配置第1.4节WDM通道数Fireface的ADAT光纤接口提供了使用标准高达192kHz的ADAT录音机采样率。这样的话，使用SampleMultiplexing技术的单通道数据被分布到两个或四个ADAT通道。这减少了ADAT可用的通道数量，每个ADAT端口从8个通道减少到4个或2个通道。每当Fireface变成双速模式（88.2/96kHz）或四速模式（176.4/192kHz）时，所有可用的设备不再自动消失。第40页注释：在Vista/7下面模拟输出1/2显示为扬声器。第1.5节多客户端操作RME音频接口支持多客户端的操作。多个程序可以用来在同一时间。该格式支持ASIO和WDM甚至可以在同一个播放渠道同时使用。由于WDM采用实时采样率转换（ASIO没有），所有活动的ASIO软件必须使用相同的采样率。然而，因为在相同硬件输出上进行多个软件的播放根本没有限制，TotalMix考虑到任何跳线输出。因此多个软件在相同的硬件输出时回放。输入可从无限数量的WDM和ASIO软件在同一时间被使用，使用者只需同时发送数据和所有应用程序。RME的精密工具DIGICheck是这个规则的例外。它像一个ASIO主机一样运行，使用特殊的技术进入已经被占用的播放通道。因此DIGICheck能够分析和显示任何软件的播放数据，无论软件使用的是哪种格式。第1.6节模拟录音通过模拟输入录音，必须选择（FirefaceUCAnalog(x+x)）相应的录音设备。在TotalMix背面板的输入灵敏度（输入通道设置，增益）可按三个等级改变，保证了最高的信噪比得已实现。通过调节音源本身，可以实现进一步优化。在TotalMix里音源的输出电平提高到峰值，电平仪能达到约-3dB。前面板模拟输入的输入灵敏度，也可以直接在的Fireface通过旋转编码器旋钮调节。LED信号和LED夹子可以帮助找到正确的调整电平。更多信息见章节22.2和22.3监听输入信号或直接发送到输出是有意义的。这样在零延迟时使用TotalMix是行得通的（见章节26）。实时监控的自动化控制可以通过Steinberg的ASIO协议和RME的ASIO驱动程序第41页以及所有的ASIO2.0兼容程序来实现。当“ASIO直接监听”已经被打开时，无论何时开始录音（插入录音）输入信号都会实时跳到输出。第1.7节数字录音不像模拟声卡在没有输入信号时产生空的波形文件（或噪音），数字接口总需要一个有效的输入信号来进行录音。考虑到这一点，RME增加了一个全面的输入/输出信号状态显示到FirefaceUC，直接在设备上显示采样频率、锁定和同步状态、以及几个状态指示灯。时钟模式和输入状态区域的采样频率作为当前配置和连接外部设备的一个快速显示是有用的。如果没有采样频率被识别，会显示“NoLock”。这种方法，使为数字录音配置合适的的音频应用程序变得简单。选择正确的输入以后，FirefaceUC显示当前的采样频率。这个参数可以在应用程序的音频属性（或类似的）对话框里改变。第1.8节时钟模式-同步在数字世界里，所有设备必须是主（时钟源）或从（时钟接收器）。每当几个设备连接在一个系统里时，必须始终有一个主时钟。数字系统只能有一个主！如果Fireface的时钟模式设置为“主”，所有其他设备必须设置为“从”。FirefaceUC采用非常人性化、智能的时钟控制，称为AutoSync。在AutoSync模式里，系统不断地扫描一个有效信号的数字输入。如果发现任何有效的信号，Fireface从内部石英（时钟模式-当前内部的）转换到从输入信号（时钟模式-当前的ADAT、AES或Word）提取的一个时钟。与一般从时钟模式不同的是，每当时钟基准失败，系统会自动使用其内部时钟并在主时钟模式里运行。AutoSync保证录音和播放时录音始终会正确运行。但是在某些情况下，例如，当一个DAT机器的输入和输出直接连接到FirefaceUC时，在数字载体里AutoSync可能引起反馈，这样同步会失败。为了解决这个问题，把Firefac