嵌入式原理设计课程报告

《嵌入式系统原理设计》课程报告论文题目基于嵌入式系统LCD触摸屏的设计年级13级专业学生姓名学号指导教师2目录摘要：.................................................31前言...................................................31.1LCD触摸屏简介......................................31.2LCD触摸屏的应用及发展前景..........................41.3ARM嵌入式处理器....................................42系统整体方案设计.......................................52.1系统硬件组成及整体功能.............................52.2系统软件设计方案的选择.............................53硬件实现...............................................63.1处理器的选择.......................................63.2外围芯片的选用.....................................73.3硬件原理图.........................................84LCD触摸屏软件设计.....................................134.1界面的定制与显示..................................134.2触摸屏信息的处理..................................134.3主函数初始化......................................145结语..................................................15参考文献................................................153摘要：如今LCD触摸屏应用已成为生活中很常见的现象，通过利用这种装置，改变了传统的较为复杂呆板的机械人机交互方式，使得人机之间信息的交互变得简单，快捷，而且更具形象化。本文针对基于ARM系统LCD触摸屏设计的介绍，分析LCD触摸屏的工作原理及硬件结构，然后进一步开发出了触摸屏的驱动程序。通过软硬件的结合，可以实现利用触摸屏完成人机之间信息的交互，同时也可以将该设计运用到同类人机交互系统中，缩短产品的开发周期，降低产品的开发成本。关键词：LCD触摸屏；ARM；人机交换系统1前言随着嵌进式系统技术的飞速发展，产业设备产品也越来越现代化，普遍要求可视化操纵。LCD触摸屏低耗能．散热小，本钱低，纤薄轻巧，外形尺寸小，安装轻易。使用LCD触摸屏作为产业设备的输进输出设备既能达到可视化的要求，方便现场操纵，又能降低产品的本钱。而在产品的整体设计过程中，人机交互界面的设计往往占据着很大一部分工作，这样，不但极大地增加了产品的开发本钱并且延长了产品的上市周期。本文设计的基于S3C44BOX的人机交互界面是一种可定制、简单易用、性能优良的通用型人机交互界面，能很好地解决上述问题。1.1LCD触摸屏简介触摸屏起源于20世纪70年代，早期多被装于工控计算机、POS机终端等工业或商用设备之中。2007年iPhone手机的推出，成为触控行业发展的一个里程碑。苹果公司把一部至少需要20个按键的移动电话，设计得仅需三四个键就能搞定，剩余操作则全部交由触控屏幕完成。除赋予了使用者更加直接、便捷的操作体验之外，还使手机的外形变得更加时尚轻薄，增加了人机直接互动的亲切感，引发消费者的热烈追捧，同时也开启了触摸屏向主流操控界面迈进的征程。触摸屏（touchscreen）又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等4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。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。1.2LCD触摸屏的应用及发展前景目前，触摸屏应用范围正在变得越来越广泛，从工业用途的工厂设备的控制操作系统、公共信息查询的电子查询设施、商业用途的提款机，到消费性电子的移动电话、PDA、数码相机等都可看到触控屏幕的身影。当然，这其中应用最为广泛的仍是手机。2008年采用触控式屏幕的手机出货量将超过1亿部，如今，安装触控界面的手机出货量已超过5亿部。而且有迹象表明，触摸屏在消费电子产品中的应用范围正从手机屏幕等小尺寸领域向具有更大屏幕尺寸的笔记本电脑拓展。目前，戴尔、惠普、富士通、华硕等一线笔记本电脑品牌厂商都计划推出具备触摸屏的笔记本电脑或UMPC。由此可以看出，触摸屏市场未来的发展前景也十分诱人。根据市场调研机构的预测，到2017年触摸屏产值将达到239亿美元。1.3ARM嵌入式处理器RISC嵌入式处理器是目前高中端嵌入式设计和应用的主流，现今比较流行的RISC处理器有PowerPC、MIPS和ARM。其中ARM嵌入式处理器以其小体积、低功耗、低成本和高性能等特点占据了业界领先地位，已经成为一种事实上的标准。目前市场上常用的基于ARM体系结构的通用嵌入式处理器系列有ARM7和ARM9系列。ARM7系列处理器包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ等几种类型的核，是低功耗的32位RISC架构处理器，三级流水线，主频达到66MHz。ARM9系列处理器包括ARM920TDMI、ARM922T、ARM940T等几种类型的核，采用五级流水线，主频达到533MHz。此外，ARM系列处理器还包括ARM9E、ARM10E和ARM11等几个系列。SAMSUNG公司推出的一系列采用ARM处理器和微控制器的产品，性能良好，数据手册丰富，配套应用方案完善，因此迅速在通信产品民用市场上获得了广泛的应用，在ARM处理器产品中极具代表性。本文的设计将基于SAMSUNG公司的一款ARM7芯片：S3C44B0X。52系统整体方案设计本系统采用LCD触摸屏模块OCMJ15x20D，配以相应的外围硬件，通过ARM芯片S3C44B0X对触摸屏从外界采集的信息的处理，然后据此控制受控系统，并给与触摸屏信息确认及输出。2.1系统硬件组成及整体功能系统主要包括三个部分，分别为PC机、S3C4480X微处理器和LCD触摸屏模块。系统结构框图如图2-1所示：图2-1：系统结构框图该系统有三部分组成：PC机，用于定制人机交互界面信息；S3C4480X微处理器，用于控制触摸模块接收到的外界信息；LCD触摸屏模块，是直接参与人机交互的层面，通过它可以显示出虚拟按键，人们可以对其操作，然后配以处理器及外围硬件的协同工作，达到完成对仪器的控制目的。通过该系统可以给产业设备提供一个可视化的人机界面。来自PC机的定制好的界面信息存储在ARM的FLASH存储器内。在应用当中，当微处理器接收到触摸屏按键信息时，对产业设备进行控制。同时微处理器也对LCD进行界面的刷新，这样以完成人机交互。2.2系统软件设计方案的选择为增强系统的稳定性和可靠性，在软件设计中将进行操作系统（OperatingSystem，OS）的移植，进而对应用程序进行设计。嵌入式OS负责嵌入式系统全部软、硬件资源的分配、调度，控制和协调各部件的工作，与普通OS相比，嵌入式OS在系统实时高效性、硬件依赖性、软件固化及应用的专用性方面具有较为突出的特点。嵌入式OS种类繁多，大体上分为商用型和免费型两大块，其中商用型功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但价格昂贵，典型的有VxWorks、WinCE等。免费型的源代码公开，性能也较良好，主要有嵌入式Linux和μC/OS。6随着开源软件的迅速发展，Linux和μC/OS已经具有非常广泛的应用。基于良好的性价比，本文将采用uClinux作为触摸屏终端的操作系统。uClinux是一种优秀的嵌入式Linux版本，它秉承了标准Linux的优良特性，是经过各方面的小型化改造，形成的一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式Linux。虽然它的体积很小，但性能稳定，有良好的移植性。在操作系统移植完成后，本文将结合触摸屏终端所需实现的功能，给出其整体的软件设计方案。3硬件实现3.1处理器的选择本系统选择三星公司基于ARM7TDMI的16/32位微处理器S3C44B0X。该芯片为手持设备以及一般嵌入式应用提供了一个成本低廉、功能强大的微控制器解决方案。有丰富的内置部件，包括：8KBcache，内部SRAM，LCD控制器，带自动握手的2通道UART，4通道DMA，系统管理器（片选逻辑，FP/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倍频器。3.1.1S3C44B0X内部结构图图3-1-1：S3C44B0X结构图3.1.2S3C44B0X引脚图S3C44B0X引脚情况如图3-1-2所示：73.2外围芯片的选择根据功能要求，该系统还需配置其他外围芯片，用于辅助完成要求功能。此处选用的外围芯片为FM7843，不过它已被集成在触摸屏模块OCMJ15x20D中，它主要用来对触摸点进行检测，并把检测到的信息送出转换为相应的坐标，以供S3C44BOX处理器读取。下面对该芯片结构及原理作简要介绍。FM7843简介：模块FM7843是四线电阻式触摸屏输进控制芯片。它是一款具有同步串行接口的12位采样模数转换器。在125kHz吞吐速率和2.7V电压下的功耗为750μW．而在封闭模式下的功耗仅为0．5μW。它具有低功耗和高速等特性，因此被广泛应用。引脚X+、Y+、X-、Y-是转换器模拟输进端，DCLK是外部时钟输进；CS是片选端：DIN是串行输进，其控制数据通过该引脚输进；DOUT是串行数据输出．用于输出转换后的触摸位置数据。最大数为二进制的4095；IN3、IN4是辅助输进；PENIRQ是PEN中断引脚。其中，S3C44BOX共使用6条与FM7843接口相连。其结构如图3-2-1所示：8图3-2-1：FM7843结构图3.3硬件原理图9图3-3-2：触屏模块OCMJ15x20D外形尺寸上图为触屏模块OCMJ15x20D的实体图和外形尺寸图，本系统显示部分采用的正是该模块系列中文液晶湿示模块，其中OCMJ表示奥可拉中文集成模块。这是一个中英文文字与绘图模式的点阵液晶屁示模块，内建512KByte的ROM字形码，可以显示中文字型、数字符号、英日欧文等字母，并且内建双图层(TwoPage)的显爪内存。在文字模式中，可接收标准中文文字内码直接显示中文，而不需要进进绘图模式以绘图方式描绘中文，提升液晶显示中文之效率。该模块整合了多项的实用界面，包含内建的10-BitADC．提供触控屏接口。OCMJ15X20D(V3.2)的触摸屏是用FM7843控制的，该控制器已集成在模块上，模块已留出FM7843的控制线供客户使用(OCMJ15X20D上的J5脚)，可直接使用3V供电而不需外接负电压。该模块同时支持支持文字与绘图两种混和显示模式。支持2Page显示模式(And,Or,Nor,Xor)，内建两个4.8K/9.6K（15x20D）Byte的显示RAM(DisplayDataRAM)，共9.6K/19.2K（15x20D）ByteRAM，并且可做成4阶的显示效果。内建512KByteROM，控制IC分带繁体字库IC和带简体字库IC，其中标准繁体中文BIG5码，包含13,094个常用与次常用字型、408个特殊字与两组ASCIICODE，简