人機(jī)界面系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論1.1 人機(jī)界面簡(jiǎn)介由于受傳統(tǒng)觀念的影響，很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人機(jī)界面一直不為軟件開發(fā)人員所重視，認(rèn)為這純粹是為了取悅用戶而進(jìn)行的低級(jí)活動(dòng)，沒(méi)有任何實(shí)用價(jià)值。評(píng)價(jià)一個(gè)應(yīng)用軟件質(zhì)量高低的唯一標(biāo)準(zhǔn)，就是看它是否具有強(qiáng)大的功能，能否順利的幫助用戶完成他們的任務(wù)。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)及的存儲(chǔ)容量、運(yùn)行速度和可靠性等技術(shù)性能指標(biāo)有了顯著的提高，計(jì)算機(jī)硬件的生產(chǎn)成本卻大幅度下跌，個(gè)人計(jì)算機(jī)日益普及。新一代的計(jì)算機(jī)用戶，在應(yīng)用軟件的可操作性以及軟件操作的舒適性等方面對(duì)應(yīng)用軟件提出了更高的要求除期望所用的軟件擁有強(qiáng)大的功能外，更期望應(yīng)用軟件能盡可能的為他們

2、提供一個(gè)輕松、愉快、感覺(jué)良好的操作環(huán)境。這表明，人機(jī)界面的質(zhì)量已成為一個(gè)大問(wèn)題，友好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)已經(jīng)成為應(yīng)用軟件開發(fā)的一個(gè)重要組成部分。 “人機(jī)界面”是指人機(jī)間相互施加影響的區(qū)域，凡參與人機(jī)信息交流的一切領(lǐng)域都屬于人機(jī)界面。而設(shè)計(jì)藝術(shù)是研究人與物關(guān)系的學(xué)科，對(duì)象物所代表的不是簡(jiǎn)單的機(jī)器與設(shè)備，而是有廣度與深度的物；這里的人也不是“生物人”，不能單純地以人的生理特征進(jìn)行分析?！叭说某叨?，既應(yīng)有作為自然人的尺度，還應(yīng)有作為社會(huì)人的尺度；既研究生理、心理、環(huán)境等對(duì)人的影響和效能，也研究人的文化、審美、價(jià)值觀念等方面的要求和變化”。1.1.1 設(shè)計(jì)界面的分析按照設(shè)計(jì)界面的三類劃分，有助于考察設(shè)計(jì)界面

3、的多種因素。當(dāng)然，應(yīng)該說(shuō)設(shè)計(jì)界面的劃分是不可能完全絕對(duì)的，三類界面之間在涵義上也可能交互、重疊，如宗教文化是一種環(huán)境性因素，但它帶給信仰者的往往更多的卻是宗教的情感因素。在這里環(huán)境性和情感性是不好區(qū)分的，但這并不妨礙不同分類之間所存在的實(shí)質(zhì)性的差異。(1)功能性界面對(duì)功能性界面來(lái)說(shuō)，它實(shí)現(xiàn)的是使用性內(nèi)容，任何件產(chǎn)品或內(nèi)外環(huán)境或平面視覺(jué)傳達(dá)作品，其存在的價(jià)值首要的是在于使用性，由使用性牽涉到多種功能因素的分析及實(shí)現(xiàn)功能的技術(shù)方法與材料運(yùn)用。在這一方面，分析思維作為一種理性思維而存在。如果作為一種處理方式來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，則這種產(chǎn)品會(huì)使多種特征性(如民族性、純粹性)因素中性化，如果去除產(chǎn)品商標(biāo)，就很難認(rèn)

4、出是哪國(guó)的或哪個(gè)公司的產(chǎn)品。功能性界面設(shè)計(jì)要建立在符號(hào)學(xué)的基礎(chǔ)上。國(guó)際符號(hào)學(xué)會(huì)對(duì)符號(hào)學(xué)所下定義是：符號(hào)是關(guān)于信號(hào)標(biāo)志系統(tǒng)(即通過(guò)某種渠道傳遞信息的系統(tǒng))的理論，它研究自然符號(hào)系統(tǒng)和人造符號(hào)系統(tǒng)的特征。廣義的說(shuō)，能夠代表其他事物的東西都是符號(hào)，如字母、數(shù)字、儀式、意識(shí)、動(dòng)作等，最復(fù)雜的一種符號(hào)系統(tǒng)可能就是語(yǔ)言。設(shè)計(jì)功能界面，不可避免地要讓使用者明白功能操作。每一操作對(duì)人來(lái)說(shuō)應(yīng)是符合思維邏輯的，是人性的，而對(duì)機(jī)械、電子來(lái)說(shuō)則應(yīng)是準(zhǔn)確的、確定無(wú)疑的，雙方的信息傳遞是功能界面的核心內(nèi)涵。 (2)情感性界面一個(gè)家庭裝飾要賦予家居的溫馨，一幅平面作品要以情動(dòng)人，一件宗教器具要體現(xiàn)信仰者的虔誠(chéng)。其實(shí)任何一件

5、產(chǎn)品或作品只有與人的情感產(chǎn)生共鳴才能為人所接受，“敝帚自珍”正體現(xiàn)著人的感情寄托，也體現(xiàn)著設(shè)計(jì)作品的魅力所在?，F(xiàn)代符號(hào)學(xué)的發(fā)展也日益在這一領(lǐng)域開拓，以使這種不確定性得到壓縮，部分加強(qiáng)理性化成分。符號(hào)學(xué)逐漸應(yīng)用于民俗學(xué)、神話學(xué)、宗教學(xué)、廣告學(xué)等領(lǐng)域，如日本符號(hào)學(xué)界把符號(hào)學(xué)用于認(rèn)識(shí)論研究，考察認(rèn)識(shí)知覺(jué)、認(rèn)識(shí)過(guò)程的符號(hào)學(xué)問(wèn)題。同時(shí)，符號(hào)學(xué)還用于分析利用人體感官進(jìn)行的交際，并將音樂(lè)、舞蹈、服裝、裝飾等都作為符號(hào)系統(tǒng)加以分析研究，這都為設(shè)計(jì)藝術(shù)提供了寶貴與有借鑒價(jià)值的情感界面設(shè)計(jì)方法與技術(shù)手段。(3)環(huán)境性界面任何的設(shè)計(jì)都要與環(huán)境因素相聯(lián)系，它包括社會(huì)、政治和文化等綜合領(lǐng)域。處于外界環(huán)境之中，“是以社會(huì)

6、群體而不是以個(gè)體為基礎(chǔ)的”，所以環(huán)境性因素一般處于非受控與難以預(yù)見(jiàn)的變化狀態(tài)。聯(lián)系到設(shè)計(jì)的歷史，我們可以利用藝術(shù)社會(huì)學(xué)的觀點(diǎn)去認(rèn)識(shí)各時(shí)期的設(shè)計(jì)潮流。18世紀(jì)起，西方一批美學(xué)家已注意到藝術(shù)創(chuàng)造與審美趣味深受地理、氣候、民族、歷史條件等環(huán)境因素的影響。法國(guó)實(shí)證主義哲學(xué)家孔德指出：文學(xué)藝術(shù)是人的創(chuàng)造物，原則上是由創(chuàng)造它的人所處的環(huán)境條件決定。環(huán)境性界面設(shè)計(jì)所涵蓋的因素是極為廣泛的，它包括有政治、歷史、經(jīng)濟(jì)、文化、科技、民族等，這方面的界面設(shè)計(jì)正體現(xiàn)了設(shè)計(jì)藝術(shù)的社會(huì)性。 以上說(shuō)明了設(shè)計(jì)藝術(shù)界面存在的特征因素，說(shuō)明在理性與非理性上都存在明確、合理、有規(guī)則、有根據(jù)的認(rèn)識(shí)方法與手段。1.1.2 設(shè)計(jì)界面的運(yùn)

7、用原則1.合理性原則，即保證在系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的合理與明確。任何的設(shè)計(jì)都既要有定性也要有定量的分析，是理性與感性思維相結(jié)合。努力減少非理性因素，而以定量?jī)?yōu)化、提高為基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)不應(yīng)人云亦云，一定要在正確、系統(tǒng)的事實(shí)和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行嚴(yán)密地理論分析，能以理服人、以情感人。2.動(dòng)態(tài)性原則，即要有四維空間或五維空間的運(yùn)作觀念。一件作品不僅是二維的平面或三維的立體，也要有時(shí)間與空間的變換，情感與思維認(rèn)識(shí)的演變等多維因素。3.多樣化原則，即設(shè)計(jì)因素多樣化考慮。當(dāng)前越來(lái)越多的專業(yè)調(diào)查人員與公司出現(xiàn)，為設(shè)計(jì)帶來(lái)豐富的資料和依據(jù)。但是，如何獲取有效信息，如何分析設(shè)計(jì)信息實(shí)際上是一個(gè)要有創(chuàng)造性思維與方法的過(guò)程體系

8、。4.交互性原則，即界面設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)交互過(guò)程。一方面是物的信息傳達(dá)，另一方面是人的接受與反饋，對(duì)任何物的信息都能動(dòng)地認(rèn)識(shí)與把握。5.共通性原則，即把握三類界面的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，功能、情感、環(huán)境不能孤立而存在。1.1.3 設(shè)計(jì)界面的應(yīng)用方法設(shè)計(jì)界面所包含的因素是極為廣泛的，但在運(yùn)用中卻只能有側(cè)重、有強(qiáng)調(diào)的把握。設(shè)計(jì)因素雖多，但它仍是一個(gè)不可分割的整體。設(shè)計(jì)界面的運(yùn)用，核心是設(shè)計(jì)分析。在一些國(guó)際性的大公司，如索尼、松下、柯尼卡等，都有許多的成功案例可為借鑒。如柯尼卡公司設(shè)計(jì)其相機(jī)時(shí)，首先不是去繪制“美”和考慮技術(shù)的進(jìn)步，而是進(jìn)行對(duì)象人的日常行為分析，做出故事版(STORY)。它先假定對(duì)象人的年齡為35歲，名

9、：Xxx，從而分析他的家庭、喜好與憎惡，分析他的日常行為，進(jìn)而考察其人在什么場(chǎng)合需要什么功能，從而為設(shè)計(jì)提供概念(CONCEPT)與目標(biāo)(TARGET)，進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)分析，設(shè)計(jì)師有了明確的概念與目標(biāo)，并隨著信息的交互產(chǎn)生了創(chuàng)造力。另一方面，設(shè)計(jì)師自身對(duì)社會(huì)環(huán)境也要進(jìn)行深入的認(rèn)識(shí)與考察，對(duì)設(shè)計(jì)的作品取向有明晰的認(rèn)識(shí)：是否符合人們的消費(fèi)預(yù)期?是否能感受到人們的審美知覺(jué)?日本設(shè)計(jì)師佐野邦雄先生曾作一圖是生活的變遷與設(shè)計(jì)師的課題，將日本及世界上某些非常有影響性的事件，如技術(shù)的進(jìn)步、企業(yè)的發(fā)展等等都進(jìn)行了歸納，進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)有了深入的認(rèn)識(shí)與感悟。所以，要運(yùn)用好設(shè)計(jì)的界面，理性的認(rèn)識(shí)是首要的，其次就是創(chuàng)造性

10、的，而且是有實(shí)效性的分析、處理信息。設(shè)計(jì)不是一成不變的，分析方法也不是一成不變的，設(shè)計(jì)的界面同樣是在人于與物的信息交流中變化發(fā)展的。第2章 液晶顯示系統(tǒng)及其控制器2.1 顯示器技術(shù)簡(jiǎn)介顯示器是計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備，人機(jī)對(duì)話設(shè)備。液晶顯示器LCD(Liquid Crystal Display)具有顯示信息豐富、功耗低、超薄、體積小、重量輕等許多其他顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。LCD可分為段位式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式LCD。其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和數(shù)字的簡(jiǎn)單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點(diǎn)陣式LCD不僅可

11、以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫、分區(qū)開窗口、反轉(zhuǎn)、閃爍等功能，用途十分廣泛。2.1.1 液晶顯示器的分類常見(jiàn)的液晶顯示器按物理結(jié)構(gòu)分為四種：1.扭曲向列型2.超扭曲向列型3.雙層超扭曲向列型4.薄膜晶體管型世界上第一臺(tái)液晶顯示設(shè)備出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初，被稱之為TN-LCD（扭曲向列）液晶顯示器。盡管是單色顯示，它仍被推廣到了電子表、計(jì)算器等領(lǐng)域。80年代，STN-LCD（超扭曲向列）液晶顯示器出現(xiàn)，同時(shí)TFT-LCD（薄膜晶體管）液晶顯示器技術(shù)被研發(fā)出來(lái)，但液晶技術(shù)仍未成熟，難以普及。80年代末90年代初，日本掌握了STN-LCD及TF

12、T-LCD生產(chǎn)技術(shù)，LCD工業(yè)開始高速發(fā)展。TFT(Thin Film Transistor)LCD即薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管LCD，是有源矩陣類型液晶顯示器(AM-LCD)中的一種。和TN技術(shù)不同的是，TFT的顯示采用“背透式”照射方式的光源路徑不是像TN液晶那樣從上至下，而是從下向上。這樣的作法是在液晶的背部設(shè)置特殊光管，光源照射時(shí)通過(guò)下偏光板向上透出。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導(dǎo)通時(shí)，液晶分子的表現(xiàn)也會(huì)發(fā)生改變，可以通過(guò)遮光和透光來(lái)達(dá)到顯示的目的，響應(yīng)時(shí)間大大提高到80ms左右。因其具有比TN-LCD更高的對(duì)比度和更豐富的色彩，熒屏更新頻率也更快，故TFT俗稱“真彩

13、”。相對(duì)于DSTN而言，TFT-LCD的主要特點(diǎn)是為每個(gè)像素配置一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件。由于每個(gè)像素都可以通過(guò)點(diǎn)脈沖直接控制。因而每個(gè)節(jié)點(diǎn)都相對(duì)獨(dú)立，并可以進(jìn)行連續(xù)控制。這樣的設(shè)計(jì)方法不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時(shí)也可以精確控制顯示灰度，這就是TFT色彩較DSTN 更為逼真的原因。目前，絕大部分筆記本電腦廠商的產(chǎn)品都采用TFT-LCD。早期的TFT-LCD主要用于筆記本電腦的制造。盡管在當(dāng)時(shí)TFT相對(duì)于DSTN具有極大的優(yōu)勢(shì)，但是由于技術(shù)上的原因，TFT-LCD在響應(yīng)時(shí)間、亮度及可視角度上與傳統(tǒng)的CRT顯示器還有很大的差距。加上極低的成品率導(dǎo)致其高昂的價(jià)格，使得桌面型的TFT-LCD成為遙不可及

14、的尤物。不過(guò)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，加上一些新技術(shù)的出現(xiàn)，使得TFT-LCD在響應(yīng)時(shí)間、對(duì)比度、亮度、可視角度方面有了很大的進(jìn)步，拉近了與傳統(tǒng)CRT顯示器的差距。如今，大多數(shù)主流LCD顯示器的響應(yīng)時(shí)間都提高到50ms以下，這些都為L(zhǎng)CD走向主流鋪平了道路。LCD技術(shù)仍處在不斷發(fā)展、完善的階段，三大產(chǎn)地的發(fā)展方向各有不同，它們之間既存在競(jìng)爭(zhēng)，又有著合作，正是這些因素促使了LCD向前發(fā)展! 2.1.2 液晶顯示器的原理LCD型顯示器的構(gòu)成原理很簡(jiǎn)單，在兩片透明絕緣的有機(jī)薄膜或者玻璃之間均勻充填液晶流體，底層透明薄膜上鍍有一層導(dǎo)電體，而頂層透明薄膜上則按需要的形狀敷有透明的導(dǎo)電電極，當(dāng)電極通電后，就與

15、下層導(dǎo)電體之間（約10m）形成一個(gè)電場(chǎng)，由于這個(gè)電場(chǎng)的作用，其間的液晶體的透光狀況就發(fā)生了變化，從而對(duì)外來(lái)光線產(chǎn)生了吸收作用，使人們看見(jiàn)了與電極形狀相同的字形顯示，LCD型顯示器屬于被動(dòng)發(fā)光，所以在顯示時(shí)一定要有足夠的外來(lái)光源，夜間顯示要有照明，照明時(shí)可以采用前景光照明，也可以采用背景光照明。 從驅(qū)動(dòng)方式上看，LCD型顯示器的分類比較多，但總體上可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式與LED型顯示器驅(qū)動(dòng)相似，所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)較少。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式都比較復(fù)雜，它們所需要的電極驅(qū)動(dòng)信號(hào)較多，設(shè)計(jì)起來(lái)也相對(duì)復(fù)雜。由于液晶體受到電場(chǎng)的長(zhǎng)期確定作用會(huì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的分子排列，所以要求加在電極上的電壓是動(dòng)

16、態(tài)的（30Hz至150Hz），并且避免長(zhǎng)期產(chǎn)生50mV以上的直流電壓，所以，LCD顯示器的顯示驅(qū)動(dòng)原理比較復(fù)雜。主要種類有，直接驅(qū)動(dòng)法、有源驅(qū)動(dòng)法、射束驅(qū)動(dòng)法、鐵電液晶驅(qū)動(dòng)法和彩色液晶驅(qū)動(dòng)法等等。 由于TTL的低電壓仍有50mV，所以驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡量避免使用TTL而使用CMOS。LCD靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)加載的驅(qū)動(dòng)電壓是一種由兩個(gè)交流波形電壓，但合成的結(jié)果要能滿足LCD點(diǎn)的要求的驅(qū)動(dòng)電壓，這是為了延長(zhǎng)LCD顯示器的使用壽命而又可以達(dá)到正常顯示的目的所要求。 動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，每一時(shí)刻只有1行（驅(qū)動(dòng)電極）和1列（公共背電極）有信號(hào)，對(duì)應(yīng)著1個(gè)像素點(diǎn)的點(diǎn)亮，這一點(diǎn)我們習(xí)慣上稱之為選擇點(diǎn)，其他未點(diǎn)亮的點(diǎn)我們稱之為未

17、選擇點(diǎn)，選擇點(diǎn)周圍鄰近的點(diǎn)稱之為半個(gè)選擇點(diǎn)，在高速動(dòng)態(tài)顯示過(guò)程中，半個(gè)選擇點(diǎn)勢(shì)必會(huì)受到影響而產(chǎn)生一定的灰度（半顯示），從而降低整個(gè)顯示的對(duì)比度，這種現(xiàn)象稱之為交叉效應(yīng)。動(dòng)態(tài)液晶顯示驅(qū)動(dòng)方法采用平均電壓法來(lái)消除交叉效應(yīng)，即把液晶驅(qū)動(dòng)電壓分成若干檔，將半個(gè)選擇點(diǎn)和非選擇點(diǎn)上的電壓平均化，用適度提高非選擇點(diǎn)的電壓來(lái)抵消半個(gè)選擇點(diǎn)上的一部分電壓，從而擴(kuò)大選擇點(diǎn)與被選擇點(diǎn)電壓之間的差距，從而提高顯示的對(duì)比度，同時(shí)又使得半個(gè)選擇點(diǎn)與非選擇點(diǎn)的顯示更趨于一致。 注意一點(diǎn)，上述簡(jiǎn)單原理，只是可以保證選擇點(diǎn)與非選擇點(diǎn)、半個(gè)選擇點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)電壓值的確定，它以提高液晶顯示之對(duì)比度為目的，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，除此需要外，液晶顯

18、示的驅(qū)動(dòng)電路還要同時(shí)保證被選擇的驅(qū)動(dòng)電壓能在每個(gè)周期內(nèi)平均值為零，以保證顯示器的壽命，這就要求對(duì)確定的選擇點(diǎn)、非選擇點(diǎn)等電壓的出現(xiàn)必須遵循某種規(guī)律，交替對(duì)稱地出現(xiàn)，以達(dá)到每個(gè)周期內(nèi)平均值為零的目的，而這一點(diǎn)是液晶使用時(shí)的另一個(gè)基本要求。平均電壓法這種方法的選擇點(diǎn)電壓與非選擇點(diǎn)電壓之比為1/a，所以此方法也稱為1/a偏壓法，這種偏壓方法的使用，使得液晶動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)走向完美，成為目前使用非常之廣泛的一種液晶動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)方法，這種方法有多種方式，每種方式下的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)不完全相同，相比LED驅(qū)動(dòng)方法而言，液晶顯示的驅(qū)動(dòng)方法要復(fù)雜的多。 韓國(guó)三星320240 LCD模塊是一款低價(jià)位高品質(zhì)的LCD模塊，具

19、有高分辨率、高對(duì)比度FSTN、高可靠性、低功耗、低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于數(shù)控機(jī)床、PDA、掌上電腦、游戲機(jī)等產(chǎn)品。表2-1 內(nèi)嵌SED1335模塊液晶顯示器引腳符號(hào)狀態(tài)名稱功能DB0-DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線可直接掛在MPU數(shù)據(jù)總線上/CS輸入片選信號(hào)當(dāng)MPU訪問(wèn)SED1335時(shí)，將其置為低電平A0輸入緩沖器選擇信號(hào)A0=1 寫指令代碼和讀數(shù)據(jù)A0=0 寫數(shù)據(jù)，參數(shù)和讀忙標(biāo)志V0輸入對(duì)比度調(diào)節(jié)灰度和亮度可依據(jù)用戶自動(dòng)調(diào)節(jié)/RD輸入讀信號(hào)適配8080系列MPU接口/WR輸入寫操作信號(hào)適配8080系列MPU接口/RES輸入硬件復(fù)位信號(hào)當(dāng)重新啟動(dòng)SED1335時(shí)還需要用指令SYSTEM SET點(diǎn) 陣：32

20、0240玻璃類型： STN 或 FSTN供 電：?jiǎn)蜠C5V外形尺寸：160.0 109.0mm(167.0109.0mm)視域尺寸：122.0 92.0mm （5.7英寸）點(diǎn) 大 小： 0.33 0.33 mm點(diǎn) 間 距： 0.36 0.36 mm控 制 器： SED1335或S1D133052.2 SED1335控制器的基本特性SED1335控制器是由日本EPSON公司生產(chǎn)的一款液晶顯示屏控制器，與同類產(chǎn)品相比，功能最強(qiáng)。其主要特點(diǎn)有：有較強(qiáng)功能的I/O緩沖器；指令功能豐富；四位數(shù)據(jù)并行發(fā)送；圖形和文本方式混合顯示；SED1335控制器的指令集見(jiàn)表2-2。SED1335控制器具有13條指令，

21、多數(shù)指令帶有參數(shù)，參數(shù)值可由用戶根據(jù)所控制的液晶顯示模塊的特征和顯示的需要來(lái)設(shè)置。SED1335控制器是應(yīng)用于MPU系統(tǒng)與液晶模塊之間的控制芯片，它接收來(lái)自MPU系統(tǒng)的指令與數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序及數(shù)據(jù)控制模塊的顯示。A0為L(zhǎng)CD控制寄存器的選擇輸入，分別選通指令輸入緩沖器和數(shù)據(jù)輸入緩沖器，類似于通常字符點(diǎn)陣LCD模塊的RS或D/I。MPU把指令代碼寫入指令輸入緩沖器內(nèi)（即A0=1），指令參數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)輸入緩沖寫入（A0=0）。帶有參數(shù)指令代碼的作用之一就是選表2-2 SED1335控制器指令表功 能指 令代 碼說(shuō) 明參數(shù)量系統(tǒng)控制SYSTEM SET40H初始化，顯示窗口設(shè)置8SLEEP

22、IN53H空閑狀態(tài)設(shè)置/顯示操作DISP ON/OFF59H/58H設(shè)置開關(guān)顯示方式1SCROLL44H設(shè)置顯示區(qū)域10CSRFORM4DH設(shè)置光標(biāo)形狀2CGRAM ADR4CH設(shè)置CGRAM起始地址2CSRDIR4CH-4FH設(shè)置光標(biāo)移動(dòng)方向/通對(duì)應(yīng)的參數(shù)寄存器，任一條指令的執(zhí)行（除SLEEPIN、CSRDIR、CSRR和MREAD外）都產(chǎn)生在附屬參數(shù)的輸入完成之后。需要注意的是，在實(shí)際使用指令時(shí)，如果該指令具有多個(gè)參數(shù)，則必須按順序依次寫入各個(gè)參數(shù)。尤其在MPU操作SED1335及其控制的液晶顯示模塊時(shí)，必須首先寫入SYSTEN SET（40H）指令。如果該指令設(shè)置出現(xiàn)錯(cuò)誤，則顯示必定不正

23、常。這里著重介紹CPSDIR指令。該指令的作用是規(guī)定光標(biāo)地址指針自動(dòng)移動(dòng)的方向。SED1335所控制的光標(biāo)地址指針實(shí)際也是顯示RAM的當(dāng)前地址指針。該指令有四個(gè)參數(shù)：4C/4D/4E/4FH，分別表示修改的四個(gè)方向，這樣就具有了很強(qiáng)的作圖功能，這也是很多液晶控制器所沒(méi)有的。在韓國(guó)三星320240LCD型液晶顯示屏的設(shè)計(jì)中，顯示的順序是從右向左，即顯示屏上的一個(gè)81點(diǎn)陣從左至右依次對(duì)應(yīng)內(nèi)存單元中1bit數(shù)據(jù)的高位到低位。2.3 SED1335內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計(jì)SED1335是日本SEIKO EPSON公司出品的液晶顯示控制器，具有較強(qiáng)功能的 圖2-1 SED1335結(jié)構(gòu)圖I/O緩沖器，指令功能豐

24、富，四位數(shù)據(jù)并行發(fā)送，最大驅(qū)動(dòng)能力為640256點(diǎn)陣。SED1335硬件結(jié)構(gòu)可分為MPU接口、控制部分和驅(qū)動(dòng)LCM部分，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。接口部分具有功能較強(qiáng)的I/O緩沖器，MPU訪問(wèn)SED1335不需要判其“忙”，SED1335可隨時(shí)接受MPU的訪問(wèn)，并及時(shí)地把MPU發(fā)來(lái)的指令、數(shù)據(jù)傳輸就位；控制部分由振蕩器、功能邏輯器、顯示RAM管理電路、字符庫(kù)及驅(qū)動(dòng)時(shí)序電路的時(shí)序發(fā)生器組成；驅(qū)動(dòng)部分具有各個(gè)顯示區(qū)的合成顯示能力，傳輸數(shù)據(jù)的組織功能及產(chǎn)生液晶顯示模塊所需的時(shí)序。(1)接口硬件的設(shè)計(jì)SED1335接口部分由指令輸入寄存器、數(shù)據(jù)輸入緩沖器、數(shù)據(jù)輸出緩沖器和標(biāo)志寄存器組成，通道的選擇由引腳A0

25、和讀寫操作信號(hào)聯(lián)合控制,如圖2-2所示。DBSED1335ADRESRD/WR/CS P3C8051F A0 P1.7 /RD /WR P2.7圖2-2 SED1335與CPU的接口SED1335接口可以適配8080和M6800系列的MPU，通過(guò)SEL1和SEL2的組合加以選擇，與8080序列的接口部傳輸時(shí)序如圖2-3所示，時(shí)序特性如表2-3所示。表2-3 接口時(shí)序特性項(xiàng)目符號(hào)參數(shù)說(shuō)明VDD=2.74.5V最小(ns)最大(ns)A0T1地址建立時(shí)間10-/CST2地址保持時(shí)間0-/WRT3讀寫周期550-/RDT4讀寫脈沖寬度150-D0D7T5寫數(shù)據(jù)保持時(shí)間120-T6寫數(shù)據(jù)建立時(shí)間5-T

26、7讀數(shù)據(jù)建立時(shí)間-80T8讀數(shù)據(jù)保持時(shí)間-55圖2-3 80系列與MPU相適配時(shí)序圖(2)接口軟件的設(shè)計(jì)接口軟件設(shè)計(jì)主要包括SED1335的初始化程序和中斷顯示子程序，初始化程序根據(jù)所控制的液晶顯示模塊的特性和用戶的顯示要求，送入適當(dāng)?shù)拿詈蛥?shù)，通常以參數(shù)表的形式送入，如System Set命令(代碼為40H)，帶有8個(gè)參數(shù)，分別定義顯示字符的高度和寬度及液晶顯示模塊的點(diǎn)陣行數(shù)等，這些命令和參數(shù)必須首先寫入，否則顯示將不正常。MOV COM，#40H；SYSTEM SET代碼LCALL PR1 MOV COUNT1，#00HINTA：MOV DPTR，#SYSTAB；SYSTAB為該指令參數(shù)

27、表首地址 MOV A，COUNT1 MOVC A，A+DPTR MOV DAT1，A LCALL PR2 INC COUNT1 MOV A，COUNT1 CJNE A，#08H，INTA；循環(huán)送參數(shù) SYSTAB：DB 30H，87H，07H，27H，42H，0F0H，28H，00H；P1P8參數(shù)PR1和PR2是送指令和參數(shù)的子程序。顯示的中斷時(shí)間根據(jù)每一屏刷新時(shí)間和液晶顯示的點(diǎn)陣列數(shù)來(lái)確定，如5秒1屏，320列，則中斷時(shí)間為5/320s，外部時(shí)鐘是16MHz，選用m=16位的定時(shí)方式。R0來(lái)記錄中斷次數(shù)，初始值為10000000B，中斷一次右移一位，R0為0時(shí)，一個(gè)字節(jié)處理完，可送入移動(dòng)掃描

28、顯示，并初始化R0；整屏顯示用R2來(lái)控制，初始為0，處理完一個(gè)字節(jié)遞增1，到達(dá)一定的值(通常為液晶模塊列數(shù)的1/8)后，當(dāng)處理完1屏后，可以送入顯示RAM，同時(shí)R2清零。顯示地址用行列交叉計(jì)算法得到，分別用寄存器R1和R2來(lái)控制行值和列值，對(duì)應(yīng)顯存地址為：R2R1N。N為每行的字節(jié)數(shù)，采用320240的LCD時(shí)，N320/840。中斷程序流程如圖2-4所示。圖2-4 顯示中斷流程圖保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)R0左移1位移動(dòng)顯示1字節(jié)處理完畢送1字節(jié)數(shù)據(jù)顯示整屏顯示完中斷返回1屏采集完送1屏數(shù)據(jù)顯示恢復(fù)R2處值YYNNYNN第3章 觸摸屏及其控制器3.1 觸摸屏3.1.1 觸摸屏技術(shù)簡(jiǎn)介隨著多媒體信息查詢的與

29、日俱增，人們?cè)絹?lái)越多地談到觸摸屏，因?yàn)橛|摸屏是作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的而且又適用于中國(guó)多媒體信息查詢信息的輸入設(shè)備，觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù)，我們用戶只要用手指輕輕地碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)，這種技術(shù)極大方便了那些不懂電腦操作的用戶。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。觸摸屏在我國(guó)的應(yīng)用范圍非常廣闊，主要有公共信息的查詢，如電信局、稅務(wù)局、銀行、電力等部門的業(yè)務(wù)查詢；城市街頭的信息查詢；此外還可廣泛應(yīng)用于領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子

30、游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等，將來(lái)，觸摸屏是還要走入家庭。隨著城市向信息化方向發(fā)展和電腦網(wǎng)絡(luò)在日常生活中的滲透，信息查詢都會(huì)以觸摸屏顯示內(nèi)容可觸摸的形式出現(xiàn)。3.1.2 觸摸屏的工作原理為了操作上的方便，人們用觸摸屏代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時(shí)，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來(lái)定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測(cè)部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來(lái)

31、的命令并加以執(zhí)行。(1)透明性能觸摸屏由多層的復(fù)合薄膜構(gòu)成，透明性能的好壞直接影響到觸摸屏的視覺(jué)效果。衡量觸摸屏透明的性能不僅要從它的視覺(jué)效果來(lái)衡量，還應(yīng)該包括透明度、色彩失真度、反光性和清晰度這四個(gè)特性。(2)絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng) 我們傳統(tǒng)的鼠標(biāo)是一種相對(duì)定位系統(tǒng)，只和前一次鼠標(biāo)的位置坐標(biāo)有關(guān)。而觸摸屏則是一種絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)，要選哪就直接點(diǎn)哪，與相對(duì)定位系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別。絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)的特點(diǎn)是每一次定位坐標(biāo)與上一次定位坐標(biāo)沒(méi)有關(guān)系，每次觸摸的數(shù)據(jù)通過(guò)校準(zhǔn)轉(zhuǎn)為屏幕上的坐標(biāo)，不管在什么情況下，觸摸屏坐標(biāo)在同一點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的。不過(guò)由于技術(shù)原理的原因，并不能保證同一點(diǎn)觸摸每一次采樣數(shù)據(jù)相同的，不能保證絕

32、對(duì)坐標(biāo)定位，點(diǎn)不準(zhǔn)，這是觸摸屏不可避免的問(wèn)題：漂移。對(duì)于性能質(zhì)量好的觸摸屏來(lái)說(shuō)，漂移的情況出現(xiàn)的并不是很嚴(yán)重。 (3)檢測(cè)與定位各種觸摸屏技術(shù)都是依靠傳感器來(lái)工作的，甚至有的觸摸屏自己就是一套傳感器。各自的定位原理和各自所用的傳感器決定了觸摸屏的反應(yīng)速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。 3.1.3 觸摸屏的種類從技術(shù)原理來(lái)區(qū)別觸摸屏，可分為五個(gè)基本種類：矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺(tái)。紅外觸摸屏的價(jià)格低廉，但其外框易碎，容易產(chǎn)生光干擾，曲面情況下失真；電容屏設(shè)計(jì)理論好，但其圖像失真問(wèn)題很難得到根本解

33、決；電阻屏的定位準(zhǔn)確，但其價(jià)格頗高，怕刮壞或損壞。表面聲波觸摸屏就解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰抗暴，適于各種場(chǎng)合，缺憾是屏表面的水滴、塵土使觸摸屏的反應(yīng)變得遲鈍，甚至不工作。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，觸摸屏可分為四種，它們分別為電阻式、紅外線式、電容感應(yīng)式以及表面聲波式，下面就對(duì)上述的各種類型的觸摸屏簡(jiǎn)要介紹：(1)電阻式觸摸屏電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層（OTI，氧化銦），上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面涂有一層OTI，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小(小于千分之一英寸

34、)的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣。當(dāng)手指接觸屏幕，兩層OTI導(dǎo)電層出現(xiàn)一個(gè)接觸點(diǎn)，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場(chǎng)，使得檢測(cè)層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器檢測(cè)到這個(gè)接通后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)，同理得出X軸的坐標(biāo)，這就是電阻觸摸屏的共同最基本原理。電阻觸摸屏根據(jù)引出線數(shù)多少，分為四線、五線等多線電阻觸摸屏。五線電阻觸摸屏的A面是導(dǎo)電玻璃而不是導(dǎo)電涂覆層，導(dǎo)電玻璃的工藝使其的壽命得到極大的提高，并且可以提高透光率。電阻式觸摸屏的OTI涂層比較薄且容易脆斷，涂得太厚又會(huì)降低透光且形成內(nèi)反射降低清晰度，OTI外雖多加了一層薄塑料保護(hù)層，但依然容易被

35、銳利物件所破壞；且由于經(jīng)常被觸動(dòng)，表層OTI使用一定時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)細(xì)小裂紋，甚至變型，如其中一點(diǎn)的外層OTI受破壞而斷裂，便失去作為導(dǎo)電體的作用，觸摸屏的壽命并不長(zhǎng)久。但電阻式觸摸屏不受塵埃、水、污物影響。這種觸摸屏是利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。它用兩層高透明的導(dǎo)電層組成觸摸屏，兩層之間距離僅為2.5s。當(dāng)手指按在觸摸屏上時(shí)，該處兩層導(dǎo)電層接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號(hào)，然后送觸摸屏控制器。這種觸摸屏可在惡劣環(huán)境下工作，但手感和透光性較差，適合配帶手套和不能用手直接觸控的場(chǎng)合。電阻類觸摸屏的關(guān)鍵在于材料科技，常用的透明導(dǎo)電涂層材料有：AITO，氧化銦，弱導(dǎo)電體，特性是當(dāng)厚度降到1800

36、個(gè)埃以下時(shí)會(huì)突然變得透明，透光率為80，再薄透光率反而下降，到300埃厚度時(shí)又上升到80。ITO是所有電阻技術(shù)觸摸屏及電容技術(shù)觸摸屏都用到的主要材料，實(shí)際上電阻和電容技術(shù)觸摸屏的工作面就是ITO涂層。B鎳金涂層，五線電阻觸摸屏的外層導(dǎo)電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長(zhǎng)使用壽命，但是工藝成本較為高昂。鎳金導(dǎo)電層延展性好，但是只能作透明導(dǎo)體，而不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因?yàn)樗鼘?dǎo)電率高，而且金屬不易做到厚度非常均勻，不宜作電壓分布層，只能作為探層。(2)電容式觸摸屏電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，雙玻璃

37、設(shè)計(jì)能徹底保護(hù)導(dǎo)體層及感應(yīng)器。電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長(zhǎng)的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。用戶觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場(chǎng)，手指與導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。電容式觸摸屏是在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，觸點(diǎn)的電容就會(huì)發(fā)生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息。該種觸摸屏適用于系統(tǒng)開發(fā)的調(diào)試階段。(3)紅外線式觸摸屏該觸摸屏是由裝在觸摸屏外框上的紅外線發(fā)射與接收感測(cè)元件構(gòu)成

38、，在屏幕表面上，形成紅外線探測(cè)網(wǎng)，任何觸摸物體可改變觸點(diǎn)上的紅外線而實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作。紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環(huán)境條件。其主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、安裝方便、不需卡或其它任何控制器，可以用在各檔次的計(jì)算機(jī)上。此外，由于沒(méi)有電容充放電過(guò)程，響應(yīng)速度比電容式快，但分辨率較低。 紅外線觸摸屏原理很簡(jiǎn)單，只是在顯示器上加上光點(diǎn)距框，無(wú)需在屏幕表面加上涂層或接駁控制器。光點(diǎn)距框的四邊排列了紅外線發(fā)射管及接收管，在屏幕表面形成一個(gè)紅外線網(wǎng)。用戶以手指觸摸屏幕某一點(diǎn)，便會(huì)擋住經(jīng)過(guò)該位置的橫豎兩條紅外線，計(jì)算機(jī)便可即時(shí)算出觸摸點(diǎn)位置。(4)表面聲波觸摸屏表面聲波是一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ臋C(jī)械波。

39、該種觸摸屏是由觸摸屏、聲波發(fā)生器、反射器和聲波接受器組成，其中聲波發(fā)生器能發(fā)送一種高頻聲波跨越屏幕表面，當(dāng)手指觸及屏幕時(shí)，觸點(diǎn)上的聲波即被阻止，由此確定坐標(biāo)位置。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長(zhǎng)（5000萬(wàn)次無(wú)故障）；透光率高(92%)，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量；沒(méi)有漂移，只需安裝時(shí)一次校正；有第三軸(即壓力軸)響應(yīng)，最適合公共場(chǎng)所使用。表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。這塊玻璃平板只是一塊純粹的強(qiáng)化玻璃，區(qū)別于其它觸摸屏技術(shù)是沒(méi)有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的左上

40、角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個(gè)相應(yīng)的超聲波接收換能器。 3.2 觸摸屏控制器ADS7843 簡(jiǎn)要介紹觸摸屏的結(jié)構(gòu)及工作原理，并以Burr-Brown公司的觸摸屏控制芯ADS7843為例，介紹四線式電阻觸摸屏應(yīng)用的典型電路和操作。(1)觸摸屏的基本原理典型觸摸屏的工作部分一般由三部分組成，兩層透明的阻性導(dǎo)體層、兩層導(dǎo)體之間的隔離層、電極。觸摸屏在工作時(shí)，上下導(dǎo)體層相當(dāng)于電阻網(wǎng)絡(luò)，如圖3-2所示。當(dāng)某一層電極加上電壓時(shí)，會(huì)在該網(wǎng)絡(luò)上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，則在圖3-1 觸摸屏結(jié)構(gòu)電極未加電壓的另一層可以測(cè)得接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道接觸

41、點(diǎn)處的坐標(biāo)。比如，在頂層的電極(X+,X)上加上電壓，則在頂層導(dǎo)體層上形成電壓梯度，當(dāng)有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，在底層就可以測(cè)得接觸點(diǎn)處的電壓，再根據(jù)該電壓與電極(X+)之間的距離關(guān)系，知道該處的X坐標(biāo)。然后將電壓切換到底層電極(Y+,Y)上，并在頂層測(cè)量接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道Y坐標(biāo)。圖3-2 工作時(shí)的導(dǎo)體層(2)觸摸屏的控制實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在很多人機(jī)界面應(yīng)用中，觸摸屏是作為一個(gè)輸入設(shè)備，對(duì)觸摸屏的控制也有專門的芯片。很顯然，觸摸屏的控制芯片要完成兩件事情：其一，是完成電極電壓的切換；其二，是采集接觸點(diǎn)處的電壓值(即A/D) 。3.2.1 ADS7843的基本特性與典型應(yīng)用ADS7843是一個(gè)內(nèi)

42、置12位模數(shù)轉(zhuǎn)換、低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)的串行接口芯片。供電電壓2.75 V，參考電壓VREF為1 V+VCC，轉(zhuǎn)換電壓的輸入范圍為0 VREF，最高轉(zhuǎn)換速率為125 kHz。ADS7843的引腳配置如圖3-3所示。表3-1為引腳功能說(shuō)明，圖3-4為典型應(yīng)用。 圖3-3 ADS7843引腳配置表3-1 引腳功能說(shuō)明引腳號(hào)引腳號(hào)功能描述1,10+V供電電源2.75V2,3X+,Y+接觸摸屏正電極,內(nèi)部A/D通道4,5X-,Y-接觸摸屏負(fù)電極6GND電源地7,8IN3,IN4兩個(gè)附屬A/D輸入通道9VA/D參考電壓輸入11/PENIRQ中斷輸出,須接外拉電阻(10K或100K)12,14,16DOUT

43、,DIN,DCLK串行接口引腳,在時(shí)鐘下降沿?cái)?shù)據(jù)移出,上升移進(jìn)13BUSY忙指示,低電平有效15/CS片選圖3-4 ADS7843的典型應(yīng)用3.2.2 ADS7843的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及參考電壓模式選擇圖3-5 ADS7843內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADS7843之所以能實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸屏的控制，是因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)很容易實(shí)現(xiàn)電極電壓的切換，并能進(jìn)行快速A/D轉(zhuǎn)換。圖3-5所示為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，A2A0和SER/DFR為控制寄存器中的控制位，用來(lái)進(jìn)行開關(guān)切換和參考電壓的選擇。ADS7843支持兩種參考電壓輸入模式：一種是參考電壓固定為VREF，另一種采取差動(dòng)模式，參考電壓來(lái)自驅(qū)動(dòng)電極。這兩種模式分別如圖3-6(a)、(b)所示。采

44、用圖圖3-6 參考電壓輸入模式3-6(b)的差動(dòng)模式可以消除開關(guān)導(dǎo)通壓降帶來(lái)的影響。表3-2和表3-3為兩種參考電壓輸入模式所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部開關(guān)狀況。表3-2 參考電壓非差動(dòng)輸入模式（SER/DFR=1）A1A1A0X+Y+IN3IN4-INX開關(guān)Y開關(guān)+REF-REF001+INGNDOFFON+V refGND101+INGNDOFFOFF+V refGND010+INGNDOFFOFF+V refGND110+INGNDOFFOFF+V refGND表3-3 參考電壓差動(dòng)輸入模式（SER/DFR=0）A2A1A0X+Y+IN3IN4-INX開關(guān)Y開關(guān)+REFREF001+INYOFFON+Y

45、Y101+INXONOFF+XX010+INGNDOFFOFF+V refGND110+INGNDOFFOFF+V refGND3.2.3 ADS7843的控制字及數(shù)據(jù)傳輸格式ADS7843的控制字如表4所列，其中S為數(shù)據(jù)傳輸起始標(biāo)志位，該位必為“1”。A2A0進(jìn)行通道選擇（見(jiàn)表3-2和3-3）。MODE用來(lái)選擇A/D轉(zhuǎn)換的精度，“1”選擇8位，“0”選擇12位。SER/選擇參考電壓的輸入模式（見(jiàn)表3-2和3-3）。PD1、PD0選擇省電模式：“00”省電模式允許，在兩次A/D轉(zhuǎn)換之間省電，且中斷允許；“01”同“00”，只是不允許中斷；“10”保留；“11”禁止省電模式。表3-4 ADS78

46、43的控制字Bit7(MSB)Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0SA2A1A0MODESER/DFRPD1PD0為了完成一次電極電壓切換和A/D轉(zhuǎn)換，需要先通過(guò)串口往ADS7843發(fā)送控制字，轉(zhuǎn)換完成后再通過(guò)串口讀出電壓轉(zhuǎn)換值。標(biāo)準(zhǔn)的一次轉(zhuǎn)換需要24個(gè)時(shí)鐘周期。由于串口支持雙向同時(shí)進(jìn)行傳送，并且在一次讀數(shù)與下一次發(fā)送的控制字之間可以重疊，所以轉(zhuǎn)換速率可以提高到每次16個(gè)時(shí)鐘周期。如果條件允許，CPU可以產(chǎn)生15個(gè)CLK的話,轉(zhuǎn)換速率還可以提高到每次15個(gè)時(shí)鐘周期。3.3 C8051F021與觸摸屏接口電路及程序流程SPIMOSI SPIMISOSPICLKP1.2P1.1

47、（/INTO）P2.6 C8051F021 （MAST）DINDOUTDCLK/CS/PINIRQBUSYADS7843觸摸屏XYXY圖3-7 觸摸屏輸入系統(tǒng)示意圖圖3-9 測(cè)量子程序關(guān)中斷片選選中ADS7843送測(cè)量X坐標(biāo)的命令字調(diào)用測(cè)量子程序調(diào)用測(cè)量子程序送測(cè)量Y坐的標(biāo)命令字圖3-8 定時(shí)中斷采樣程序中斷程序入口判斷SY是否為高串行送出命令字接收A/D12位轉(zhuǎn)換結(jié)果返回NOYES第4章 人機(jī)界面設(shè)計(jì)4.1 硬件組成及原理 LCD液晶顯示屏C8051F021觸摸屏控制器ADS7843四線電阻觸摸屏圖4-1 硬件連接 4.1.1 硬件組成 觸摸屏采用典型的四線電阻式觸摸屏，其主要特點(diǎn)是精確度高

48、，不受環(huán)境干擾，適用于各種場(chǎng)合。觸摸屏控制器為四線電阻式觸摸屏通用的 BB公司的ADS7843控制芯片，具有12位轉(zhuǎn)換精度，支持SPI通訊協(xié)議;液晶屏控制器采用的是EPSON的SED1335，帶有32K字節(jié)的SRAM，支持文本顯示和圖形顯示兩種方式，最多3層圖形顯示合成。本文選用的CYGNAL公司的C8051F021高速SOC(System On Chip)單片機(jī)作為人機(jī)界面系統(tǒng)的主控CPU。CYGNAL公司的C8051單片機(jī)使用CYGNAL的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。文中將分別介紹基于C8051F021高速單片機(jī)的人機(jī)界面系統(tǒng)硬件、軟件。(1)以下介紹C8051F021單片機(jī)的一些重要技

49、術(shù)以及在本系統(tǒng)中的應(yīng)用1.C8051F021單片機(jī)采用流水線指令結(jié)構(gòu)；70 指令的執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期；速度可達(dá)25 MIPS(時(shí)鐘頻率為25 MHz時(shí))。2.C8051F021單片機(jī)內(nèi)部有5個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器定時(shí)器和專用的看門狗定時(shí)器(WDT)，這樣就不再需要附加外部計(jì)數(shù)器件和外部看門狗電路。3.C8051F021單片機(jī)引入了數(shù)字交叉開關(guān)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源分配給端口IO引腳。通過(guò)設(shè)置優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)控制寄存器，將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器定時(shí)器、串行總線、硬件中斷、ADC轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其他數(shù)字信號(hào)配置為出現(xiàn)在端口IO引腳。4.C8051F021單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可

50、編程計(jì)數(shù)器陣列(PCA)，由一個(gè)專用的16位計(jì)數(shù)器定時(shí)器和5個(gè)16位捕捉比較模塊組成。5.C8051FO21單片機(jī)具有片內(nèi)JTAG和調(diào)試電路，通過(guò)4腳JTAG接口并使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的器件就可以進(jìn)行全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試，而且支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、觀察點(diǎn)、堆棧監(jiān)視器、支持觀察修改存儲(chǔ)器和寄存器。6.C8051F021單片機(jī)的MCU除了具有全雙工UART串口之外，還增加了SPI總線和SMBUS/IC總線。每種串行總線都能向CIP-51發(fā)出中斷申請(qǐng)，因此很少需要CPU的干預(yù)。由以上介紹可以看出，在人機(jī)界面用C8051單片機(jī)是非常合適的，由于可以硬件生成PWM，占用CPU資源很少；高性能的指令系

51、統(tǒng)以及和C語(yǔ)言之間進(jìn)行交叉匯編，為設(shè)計(jì)各種控制算法提供了廣闊的空間。(2)人機(jī)界面硬件接口電路C8051F021和ADS7843通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口相連，SPI接口是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同步串行接口，是一種全雙工、四線通信的系統(tǒng)。它允許C8051F單片機(jī)與各種外圍設(shè)備以串行方式（可配置成18位數(shù)據(jù)同時(shí)、同步地被發(fā)送和接收）進(jìn)行通信。在SPI接口中，數(shù)據(jù)的傳輸需要1個(gè)時(shí)鐘信號(hào)和兩條數(shù)據(jù)線。SPI可工作在主模式或從模式下。在主模式下，最大數(shù)據(jù)傳輸速率(位/秒)是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的1/2；而在從模式下，全雙工操作時(shí)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率(位/秒)是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的1/10。ADS7843是四線式觸摸屏的控制器，控制器的

52、主要功能是分時(shí)向X、Y電極對(duì)施加電壓，并把測(cè)量電極上的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)觸點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)，并通過(guò)筆中斷請(qǐng)求向C8051F021表示有觸摸發(fā)生。ADS7843只能作為SPI的從設(shè)備，各信號(hào)的時(shí)序是完全固定的，因此需要配置C8051F021 SPI接口信號(hào)的時(shí)序使之完全符合ADS7843的時(shí)序，尤其是從選擇信號(hào)CS在一次通信過(guò)程中應(yīng)一直為低。根據(jù)SED1335的電路特性，C8051F021與SED1335的接口電路如圖4-2所示，由于C8051F021的操作時(shí)序是Intel8080時(shí)序，所以SED1335接口部分選用適配Intel8080時(shí)序的接口電路。SED1335的A0信號(hào)不是獨(dú)立的，而是與片

53、選信號(hào)組合定義的。單片機(jī)對(duì)SED1335進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)和指令操作的地址分別是8000H和8001H。4.1.2 工作原理C8051F021單片機(jī)的P0P3端口可以做通用的I/O端口，同時(shí)每個(gè)管腳通過(guò)獨(dú)立編程都能作為數(shù)字輸入或數(shù)字輸出，還可以通過(guò)軟件設(shè)置改變引腳的硬件功能配置和輸入輸出硬件狀態(tài)配置。本設(shè)計(jì)在使用I/O端口是通過(guò)不同的特殊功能寄存器對(duì)它 圖4-2 人機(jī)界面硬件連接圖進(jìn)行配置。74HC373為鎖存器，同外部2764相配合，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)BIOS 中ASCII 的816 字模庫(kù)，建立816 點(diǎn)陣常用字符、數(shù)字、符號(hào)字模庫(kù)和UCDOS 的ASC16 文件等做字模庫(kù)。J1為內(nèi)置SED1335

54、控制器的液晶顯示器的外部引腳，A0為I/O緩沖器選擇信號(hào)，當(dāng)A0=1寫指令代碼和讀數(shù)據(jù)，A0=0寫數(shù)據(jù)、參數(shù)和讀忙標(biāo)志位。RES為復(fù)位端，CS片選端，V0為亮度調(diào)節(jié)端。同時(shí)使用SPI全雙工同步串行接口，SPI串行擴(kuò)展接口需要用到3根通信線，分別是SCK串行時(shí)鐘線、MOSI(Master Out Slave In)主機(jī)輸出/從機(jī)串行數(shù)據(jù)輸入線、MISO(Master In Slave Out)主機(jī)輸入/從機(jī)數(shù)據(jù)輸出線，此外還有NSS片選端，但本設(shè)計(jì)中采用的是自定義功能引腳，用P1.2端來(lái)選擇從器件ADS7843，另外P1.1設(shè)置為INTO。 用戶在觸摸屏上有效區(qū)域點(diǎn)擊，觸摸屏的X方向輸出電阻和Y方