桂林理工大学计算机辅助设计实习报告

1、桂 林 理 工 大 学信息科学与工程学院计算机辅助设计实习报告 实习题目：光感应触摸屏 辅导老师：邓建志 姓 名：刘创鹏 组 员：毛显巍 班 级：通信12-2班 学 号: 3120731215一实习的性质与目的 1、课程性质：计算机辅助设计实习是电子信息类各专业本科生的必修课。计算机辅助设计技术范畴包含电子系统设计和开发的全过程，可分为系统级、电路级和物理级。 2、 实习目的：本实习是计算机辅助设计实习，通过实习，能够熟练掌握电路硬件设计、仿真、PCB设计制作的方法，并能利用所学专业知识进行简易电子系统的设计、制作、调试的基本方法，基本掌握设计报告的撰写方法。  

2、给出实习课题任务要求，学生通过阅读资料、选择方案、设计电路、编程仿真、性能指标测试、撰写报告等过程，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力和创新研究能力。 需要熟练掌握常用电子系统设计工具Altuim Designer 10 ,proteus 8 。 2、 功能和技术指标 利用光电阻或者红外接收的感光特性，制作一个8*8的触摸屏，刚光源点触屏幕时，能够8*8的点阵上显示相应的位置。 基本要求： 1、当激光笔或红外光源点触屏幕时，能在点阵上显示对应位置。 2、当在触摸屏上连续书写或写画时，能在点阵上显示书写的字符或图画。 3、对点阵已有显示的字符和图案，可以通过点触屏幕擦除相应的点

3、，即点阵相led灭。 发挥部分： 1、自己建立一个09，AZ的字库，在触摸屏上书写相应字符，可以识别并在液晶上显示。 3、 触摸屏概述触控屏（Touch panel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果触摸屏发展史随着计算机技术的普及，在20世纪90年代初，出现了一种新的人机交互作用技术-触摸屏技术。利用这种技术使用者只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，这样摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更

4、为直截了当。因此，触摸屏技术已成为当前最简便的人机交流的输入设备。触摸屏应该用途触液晶显示模块、个人数字助理、个人计算机、家用电器、移动电话、掌上仪器、工业计算机、POS系统、公共信息站、电子书、汽车导航系统、信息终端设备、手写板、游戏机等等 控屏（Touch panel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。 触摸屏的工作原理 为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显

5、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。触摸屏的主要类型 从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏 触摸屏发展趋势目前触摸屏的应用范围从以往的银行自动柜员机、工控计算机等小众商用市场，迅速扩展到手机、PDA、 GPS(

6、全球定位系统)、MP3，甚至平板电脑(UMPC)等大众消费电子领域。展望未来，触控操作简单、便捷，人性化的触摸屏有望成为人机互动的最佳界面而迅速普及。 触摸屏发展趋势 目前的触控技术尚存在屏幕所使用的材源透光较差影响显示画面的清晰度，或者长期使用后出现坐标漂移、影响使用精度等问题。而且，全球主要触摸屏生产大厂多集中在日、美、韩等国家以及我国台湾地区；主要技术、关键零组件和原材料更是基本掌握在日、美厂商手中，中国大陆的触摸屏/触控面板产业还基本处于起步阶段。但正因如此，整个触控行业未来的上升空间还非常大，它也有望成为我国电子企业今后创新发展、大有作为的重要领域。红外触摸屏技术简介 红外线技术触摸

7、屏（Infrared Touch Screen Technology）由装在触摸屏外框上的红外线发射与接收感测元件构成，在屏幕表面上，形成红外线探测网，任何触摸物体可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。红外线式触控屏的实现原理与表面声波式触控相似，它使用的是红外线发射与接收感测元件。这些元件在屏幕表面形成红外线探测网，触控操作的物体（比如手指）可以改变触电的红外线，进而被转化成触控的坐标位置而实现操作的响应。在红外线式触控屏上，屏幕的四边排布的电路板装置有红外发射管和红外接收管，对应形成横竖交叉的红外线矩阵。 红外触摸屏的优点是可用手指、笔或任何可阻挡光线的物体来触摸。红外触摸屏缺点是在球面显

8、示器上使用时感觉不好，这是因为赖以工作的红外光栅矩阵显然要求保证在同一平面上，因此，真正感应触摸的工作平面距离弧形的显示器屏幕有较大的间隔，尤其在边角，但是这个缺点在平面显示器上不存在，比如液晶显示器。 红外线若是短距离应用，根据接收信号的衰减程度还可探知阻挡程度，这就是所谓的模拟方式，模拟方式在接收端采用密集的接收管阵列，还可用于造影成像;为防止干扰，红外探测还可采用脉冲方式，即红外发射管发射一个固定频率的信号，而接收方只对这一频率进行检测，脉冲方式抗干扰能力非常强。脉冲方式如果在工作频率上调制信号，还可用于数字通信，这就是大名鼎鼎的红外线通讯，家用电器的遥控、电脑的红外通信、甚至是当今最快

9、的光纤通信，都缘于此。红外通信对人体没有影响，兼又发射距离短没有空间污染，当今备受青睐。本章立意触摸屏，不神游其它，但是从这一家族兴旺，也可以看出红外触摸屏前途远大。技术难点 环境光因素，红外接收管有最小灵敏度和最大光照度之间的工作范围，但是触摸屏产品却不能限制使用范围，从黑暗的歌厅包房到海南岛高强度阳光下的户外使用，作为产品，它必须适应。快速检测，红外触摸屏一般尺寸最少也有64套红外对管，也就是说至少要求在0.4毫秒内就要完成一条红外线的检测。 周围的反射、折射、干扰，红外发射管有一个发射角，接收管有较大范围的接收角，如果周围反射到一定程度，你会发现手指放在什么地方也阻挡不住信号。 要解决这

10、些问题，选择模拟方式最大的好处是可以分析提高触摸屏的分辨率，但是抗干扰能力比不上脉冲方式；选择脉冲方式虽然抗干扰能力强，但是存在脉冲方式在接收方需要一个响应过程时间的问题，而触摸屏却要求极快的速度，因此要在自适应电路、单片机软件、模具设计、透光材料选择等几个方面要有技术突破。红外触摸屏靠多对红外发射和接收对管来工作，红外对管性能和寿命都比较可靠，任何阻挡光线的物体都可用来作触摸物，不过红外触摸屏使用传感器数目将近100对，并且共用外围电路，这就要求传感器不仅本身性能好，还要求将近100对的红外二极管“光-电阻特性”和“结电容”都保持一致。实际应用中，万一有哪一对出现故障，可以在上电自检过程中发

11、现并在此后加以忽略，靠邻近的红外线代替，由于每一对红外线只“监管”约6mm左右的窄带，而手指通常在15mm左右粗细，用户是察觉不到的。但如果生产过程没有对红外发射管进行老化测试，没有很好的质量管理体系，将近100对的传感器，很快就不是一对两对“掉队”的问题了，总体寿命也就难以保证。红外屏赖以工作的是红外线矩阵，矩阵上多点的x、y坐标能组合出平方倍多的触摸点，见下图，A、B两点和C、D两点对红外屏来说是相同的效果，无法分辨，其处理方式，市场上的红外屏对多点触摸常见的处理不管连续否，要么不判断，要么判为左上角，即下图中不管是A、B还是C、D都判为C点。真正技术过得硬的红外屏应该是对坐标连续的多点触

12、摸判断取中点，即判断为大物体（比如粗手指）的触摸，而对不连续的多点触摸不予判断，所以说它技术过硬是这种算法对产品的品质要求更严，不允许出现各种各样的故障情况。4、 技术方案 本次实习方案经过了我们组员激烈讨论，多次修改，多次验证，经过了一个多星期的的艰苦奋战，仍然拿不出可以实现的原理图，老师非常的体恤我们，题目要求由8*8的输入矩阵降为4*4的输入的矩阵。遗憾的是，虽降低要求，但由于时间离验收日期短，我们组员学艺不精，即使绞尽脑汁，也是得出初步方案。初步方案具体上可行，但实施起来却存在着诸多漏洞，当我们做好板子，第一次把我们的PCB板和单片机最小系统板连接起来，下载程序进去，却发现最小系统板电

13、脑都不能识别，更别说下载程序了。我们想找出其中问题，但第二天已经是验收的日期了，及时加班加点，也不能修改过来，使我们的方案成功实施。但实习的目的不就是让我们学会怎么设计，实施一个工程吗？从这点来说，我们的确学会了很多，也发现了自己的不足，也让我们反思，让我们完善自己知识结构，提升自己的能力。下面，我说下我们具体实现过程：光感应触摸屏原理电路实现思路：光敏电阻矩阵接收红外线信号X，Y轴信息- 接收信号经过AD转换器变为数字信号- 信号到达单片机进行处理，变为可在LED点阵显示的数据-信号输出，坐标在LED点阵上显示。1、 原理图设计：1. 输出端8*8LED点阵设计 8*8LED点阵分为两种：共

14、阴极8*8LED点阵;共阳极8*8LED点阵。8*8LED点阵在市场有完好的封装出售，但是在Altuim Designer 09 没有元件库，只能由LED一个个排列，连线画好。以下为Altuim Designer 09 原理图： 共阴极 共阳极2. 输入端光敏电阻矩阵：光敏电阻矩阵没有现成设计，只能自己摸索。方案经过多次，都是为了获取纵向的Y轴模拟信号和横向的X轴模拟信号。方案一：Y轴接在光敏电阻阳极，分别获取Y0，Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，Y6，Y7模拟信号；X轴接在光敏电阻阴极，分别获取X0，X1，X3，X3，X4，X5，X6，X7模拟信号。最终放弃原因：光敏电阻阴极没有接地，没有形成

15、回路，不能获取X轴信号。方案二：类似于方案一Y轴接在光敏电阻阳极，阴极连在一起，分别获取Y0，Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，Y6，Y7模拟信号；X轴接在光敏电阻阴极，阳极连在一起分别获取X0，X1，X3，X3，X4，X5，X6，X7模拟信号。最终放弃原因：X轴X0，X1，X3，X3，X4，X5，X6，X7与Y轴Y0，Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，Y6，Y7连在一起，不能获取X,Y轴信号。方案三：本方案是方案二的减缩版，由8*8矩阵变为4*4矩阵，但是由于还没有发现错误，而继续使用。方案四：方案四是在方案一的基础上改进，在阴极接100欧姆的电阻，坐标的10k电阻实际接为470欧姆的电阻。这样就可

16、以在光敏电阻的阳极，阴极都可以检测得出当激光照进光敏电阻时电阻发生变化时电压发生的变化，进而可以得出X,Y轴的模拟信号。这个方案为最终方案，也是理论上可行的方案。3. AD转换电路的设计方案一：使用元件：74LS02*3 74LS74*2 由于输入是两组8路的模拟信号，我们使用两片ADC0809并行转换实现AD转换，有一片ADC0809完成X轴信号转换输入到锁存器，锁存起来，然后第二片ADC0809开始Y轴的AD转换，完成转换后，X,Y轴数字信号输入到89c51的数据区。方案二：方案二是在输入光敏电阻矩阵换为4*4，老师发了stc12c50a60s2最小系统板后修改的。直接使用stc12c50

17、a60s2最小系统板上面的10路AD转换功能，由P1输入。这个方案也是最终方案。4. IO口扩展设计使用元件：74LS244*2 74LS373*2 74LS09*4在最初的设计中，由于IO口不够用，使用到了16位的IO口扩展，实现16路数据双向输出输入。在最终方案中，由于不需要IO口扩展，这部分被取消。8*8输入矩阵方案 最终方案的proteus仿真图5. PCB图设计PCB图设计草稿一PCB的设计出现了很多问题，多是操作问题。1、封装问题，在元件库中的有些元件没有封装导入不到pcb图里面，这就需要我们画封装，或是在网上下载封装，添加在元件里面。2、 原理图设计问题：原理图设计时由于有些线没

18、有连上，导入到pcb图时就会没有显示；这就需要再原理图上重新修改，或是在pcb图中直接修改，修改网络号，使网络对应上。 PCB设计草稿二 PCB最终方案 PCB板制成品四、程序设计 程序设计所用草稿程序设计所使用资料书方案一：ADC_COUTR EQU 0BCHADC_RES EQU 0BDHP1ASF EQU 09DHADC_POWER EQU 80HADC_PLAG EQU 10HADC_START EQU 08HADC_SPEEDLL EQU 00HADC_SPEEDL EQU 20HADC_SPEEDH EQU 40HADC_SPEEDHH EQU 60HORG 0000HLJMP M

19、AIN_1ORG 0100HMAIN_1: LCALL INIT_UART LCALL INIT_ADCNEXT: MOV A,#0 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#1 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#2 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#3 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#4 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#5 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#6 LCALL SHOW_RESULT mov A,#7 LCALL SHOW_RESULT SJMP TRANSSHOW_RESULT: LCA

20、LL SED_DATA LCALL GET_ADC_RESULT RETGET_ADC_RESULT: ORL A.#ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ADC_START MOV ADC_CONTR,A NOP NOP NOP NOPWAIT: MOV A,ADC_CONTR JNB ACC.4,WAIT ANL ADC_CONTR,NOTADC_FLAG MOV A,ADC_RES RETINT_ADC: MOV P1ASF,#0FFH MOV ADC_RES,#0 MOV ADC_CONTR,#ADC_POWER|ADC_SPEEDLL MOV A,#2 LCALL DELAY

21、RETINIT_UART: MOV SCON,#05AH MOV TMOD,#20H MOV A,#-5 MOV TH1,A MOV TL1,A SETB TR1 RETSEND_DATA: JNB T1,$ CLR T1 MOV SBUF,A RETDELAY: MOV R2,A CLR A MOV R0,A MOV R1,ADELAY_1: DJNZ R0,DELAY_1 DJNZ R1,DELAY_1 DJNZ R2,DELAY_1 RETTRANS: MOV A,SBUF MOV B,A ANL B,0F0H ANL A,00FH CPL B CPL A MOV R1,B MOV R2

22、,A MOB R3,80H ANL R1,R3 ANL R2,R1 MOV A,R2 MOV 30H,A RR R3 INC 30H MOV R7,#7 JNB TRANS CLR A CLR R1 CLR R2 CLR R3TRANS_1: MOV TAB,30H INC 30H MOV R7,#8 DEC R7 JNB TRANS_1 LJMP MAIN_2 ORG 0200HMAIN_2: DISP: MOV P0, R7 MOV A, R7 MOVC A, A+DPTR MOV P2, A LCALL DEL INC R7 CJNE R7, #8, DISP RETDEL: MOV R

23、2, #10DEL2: MOV R3, #0DEL3: DJNZ R3, DEL3 DJNZ R2, DEL2 RET LJMP MAIN_1方案二：ADC_COUTR EQU 0BCHADC_RES EQU 0BDHP1ASF EQU 09DHADC_POWER EQU 80HADC_PLAG EQU 10HADC_START EQU 08HADC_SPEEDLL EQU 00HADC_SPEEDL EQU 20HADC_SPEEDH EQU 40HADC_SPEEDHH EQU 60HORG 0000HLJMP MAIN_1ORG 0100HMAIN_1: LCALL INIT_UART

24、LCALL INIT_ADCNEXT: MOV A,#0 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#1 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#2 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#3 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#4 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#5 LCALL SHOW_RESULT MOV A,#6 LCALL SHOW_RESULT mov A,#7 LCALL SHOW_RESULT SJMP TRANSSHOW_RESULT: LCALL SED_DATA LCALL GET_ADC_RESULT RETGE

25、T_ADC_RESULT: ORL A.#ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ADC_START MOV ADC_CONTR,A NOP NOP NOP NOPWAIT: MOV A,ADC_CONTR JNB ACC.4,WAIT ANL ADC_CONTR,NOTADC_FLAG MOV A,ADC_RES RETINT_ADC: MOV P1ASF,#0FFH MOV ADC_RES,#0 MOV ADC_CONTR,#ADC_POWER|ADC_SPEEDLL MOV A,#2 LCALL DELAY RETINIT_UART: MOV SCON,#05AH MOV TMOD,

26、#20H MOV A,#-5 MOV TH1,A MOV TL1,A SETB TR1 RETSEND_DATA: JNB T1,$ CLR T1 MOV SBUF,A RETDELAY: MOV R2,A CLR A MOV R0,A MOV R1,ADELAY_1: DJNZ R0,DELAY_1 DJNZ R1,DELAY_1 DJNZ R2,DELAY_1 RETTRANS: MOV A,SBUF MOV B,A ANL B,0F0H ANL A,00FH CPL B CPL A MOV R1,B MOV R2,A MOB R3,80H ANL R1,R3 ANL R2,R1 MOV

27、A,R2 MOV 30H,A RR R3 INC 30H MOV R7,#7 JNB TRANS CLR A CLR R1 CLR R2 CLR R3TRANS_1: MOV TAB,30H INC 30H MOV R7,#8 DEC R7 JNB TRANS_1 LJMP MAIN_2 ORG 0200HMAIN_2: LOP_3: CLR EA CLRA MOV R7,#8 MOV A,30H CLR P2 MOV P0,A INC 30H DEC R7 JNB LOP_3 LCALL DELAY_3 CLR A CLR R7 CLR R0 LJMP MAIN_1DELAY_3: MOV

28、TMOD,#01H SETB TR0 LJMP LOP_4 LOP_4: MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#03CH; 0FFFH-3CHFH=50MS JNB TR0,$ CLR TR0 方案二是在方案一上修改而来，功能是将光敏电阻矩阵上激光照的坐标显示到8*8LED电阻上。下面是0-9.a-z在8*8led点阵上的显示程序。ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030H MAIN: MOV DPTR,#TAB ;字码表初址赋值 MOV R1,#0FEH ;列控制码 MOV R3,#8 ;列数 MOV R4,#88 ;移动“ ”及“09”11个字符，共88列 CM:

29、MOV R5,#10 ;每屏反复显示10次 MOV R3,#8 ;列数 C1: MOV R2,#0 ;取字指针 C8: MOV P1,#0FFH ;关显示 MOV A,R2 ; MOVC A,A+DPTR ;取当前列的显示字码的一个字节 MOV P2,A ;送18行控制口 INC R2 MOV A,R1 MOV P1,A ;送列控制码 ACALL D5MS ;显示5MS RL A ;列控制码左移，显示下一列 MOV R1,A DJNZ R3,C8 ;未显示8列，继续 MOV R3,#8 DJNZ R5,C1 ;未显示10次，继续 INC DPL ;一屏反复显示10次完，字码表初值加1 DJNZ

30、 R4,CM ;88列未移动完，继续 LJMP MAIN ;88列显示完，返回，重新从“ ”开始显示 D5MS: MOV R6,#10 MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,$-4 RET TAB: DB 03FH,07FH,061H,061H,07FH,000H,000H,080H,080H,080H,080H,000H;0 DB 000H,020H,07FH,07FH,000H,000H,000H,080H,080H,080H,080H,000H;1 DB 031H,073H,046H,06EH,07DH,000H,080H,080H,080H,080H,080H,0

31、00H;2 DB 021H,061H,044H,07EH,07FH,000H,080H,080H,080H,080H,080H,000H;3 DB 006H,01EH,03AH,07FH,07FH,000H,000H,000H,080H,080H,080H,000H;4 DB 039H,07DH,04CH,049H,04FH,000H,000H,080H,080H,080H,080H,000H;5 DB 03FH,07FH,06DH,068H,06FH,000H,000H,080H,080H,080H,080H,000H;6 DB 060H,061H,047H,05FH,070H,000H,0

32、00H,080H,080H,080H,000H,000H;7 DB 037H,07FH,048H,04CH,07FH,000H,000H,080H,080H,080H,080H,000H;8 DB 03DH,07DH,045H,06FH,07FH,03EH,000H,080H,080H,080H,080H,000H;9DB 003H,01FH,03EH,03FH,01FH,000H,080H,080H,080H,080H,080H,000H;ADB 03FH,03FH,024H,02CH,03FH,01BH,080H,080H,080H,080H,080H,080H;BDB 01FH,03FH

33、,031H,020H,039H,000H,000H,080H,080H,080H,080H,000H;CDB 03FH,03FH,020H,031H,03FH,000H,080H,080H,080H,080H,080H,000H;DDB 03FH,03FH,024H,02EH,03FH,000H,080H,080H,080H,080H,080H,000H;EDB 03FH,03FH,024H,02EH,03EH,000H,080H,080H,080H,000H,000H,000H;FDB 01FH,03FH,033H,03BH,01BH,000H,080H,080H,080H,080H,080

34、H,000H;GDB 03FH,03FH,024H,024H,03FH,000H,080H,080H,080H,080H,080H,000H;H DB 000H,020H,03FH,03FH,020H,000H,000H,080H,080H,080H,080H,000H;IDB 000H,020H,020H,03FH,03FH,000H,040H,040H,040H,0C0H,080H,000H;JDB 03FH,03FH,03EH,03FH,033H,020H,080H,080H,080H,080H,080H,080H;K DB 03FH,03FH,03FH,01FH,03FH,000H,0

35、80H,080H,080H,080H,080H,080H;MDB 03FH,03FH,03EH,02FH,03FH,000H,080H,080H,080H,000H,080H,000H;NDB 01FH,03FH,031H,031H,03FH,000H,000H,080H,080H,080H,080H,000H;O DB 03FH,03FH,024H,024H,03CH,000H,080H,080H,080H,000H,000H,000H;P DB 01FH,03FH,031H,031H,03FH,000H,000H,080H,080H,0C0H,0C0H,000HQDB 03FH,03FH,03FH,027H,03FH,000H,080H,080H,080H,000H,080H,000H;RDB