1、 基于嵌入式開發板的人機交互界面設計 摘要論文介紹了一種基于嵌入式開發板的人機交互界面設計，此界面利用STM32F103嵌入式開發板作為主控制器，完成類似于智能手機界面及內部軟件的設計。將我們生活中常常接觸到的智能手機界面引入到嵌入式開發板上，是將現有成果重返原始開發板的一次設計過程，旨在加深對嵌入式開發板的理解以及加強對嵌入式操作系統的實際操作與開發能力。本界面主要包括電子相冊，萬年歷以及計算器等軟件，具有結構簡單，使用方便，設計精美等特點。關鍵詞：STM32F103嵌入書開發板；人機交互界面；電子相冊；萬年歷；計算器。The man-machine interaction interfac

2、e design based on STM32 embedded development board ABSTRACT Paper introduces a kind of human-computer interaction interface design based on embedded development board, this interface using STM32F103 embedded development board as the main controller, the finish is similar to the smart phone interface

3、 and the design of the internal software. Will be our life often come into contact with the smart-phone interface is introduced in the embedded development board, to return to the original development board is the existing results of a design process that aims to deepen the understanding of embedded

4、 development board and strengthen the practical operation of embedded operating system and development capabilities. The interface is mainly including electronic photo album, calendar and calculator software, it has a simple structure, easy to use, exquisite design etc.Key words: STM32F103 embedded

5、development board book; The human-computer interaction interface; Electronic photo album; Calendar; Calculator.目錄1 緒論1 1.1 項目的研究背景及意義1 1.1.1 嵌入式系統概述1 1.1.2 觸摸屏應用與發展綜述22 課題目標分析及系統總體方案3 2.1 主流人機界面概況3 2.2 設計目標4 2.3系統體系結構5 2.3.1硬件平臺結構6 2.3.4系統軟件平臺73 硬件平臺設計10 3.1 核心電路設計10 3.1.1 電源113.1.2 晶振和時鐘123.1.3復位電路

6、13 3.1.4 存儲器 3.2觸摸屏電路設計3.4.1 電阻式觸摸屏基本原理163.4.2 觸摸屏硬件接口電路174 下位機軟件設計20 4.1開發環境的設計過程20 4.1.1 人際系統的組合 4.1.2 闡述3類原型開發方式的不同 4.1.3 總體設計框架 4.2核心程序分析.205人機界面的操作.23 5.1 主頁115.1.1 相冊125.1.2萬年歷13 5.1.3 計算器6 總結與展望30致 謝32參考文獻33附錄 34 1 緒論1.1項目的研究背景及意義 人機界面（Human Machine Interaction，簡稱HMI），又稱用戶界面或使用者界面，是人與計算機之間傳遞、

7、交換信息的媒介和對話接口，是計算機系統的重要組成部分。是系統和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。凡參與人機信息交流的領域都存在著人機界面。 中國人機界面市場的發展現狀中國是全球人機界面需求量最大的市場，但卻不是全球人機界面產品銷售額最高的市場，這說明，低端人機界面用戶在中國占有很大的份額。近些年來民族品牌的迅速發展，采取低價格等策略，正在大舉進攻低端市場，在國內已經占據了低端市場的優勢地位，贏得了廣大用戶的認可。國際品牌也在逐漸研發其經濟型產品，以搶占低端市場的份額。因此，由于在低端市場的穩扎穩打，國內的人機界面廠商整體業績呈現出快速增長的狀態

8、。人機界面不再是單純的顯示和控制國內的自動化產業，一些原本不用人機界面的行業，也開始使用人機界面了，這說明人機界面已經成為客戶體驗的不可缺少的一部分，人機界面的用戶界面能更好地反映出設備和流程的狀態，并通過視覺和觸摸的效果，帶給客戶更直觀的感受。人機界面未來的發展趨勢有些機械行業，比如說機床、紡織機械、電子設備等行業，在國內已經發展有幾十年的歷史了，相對來說屬于比較成熟的行業，從長遠看，這些行業還存在著設備升級換代的需求。在這個升級換代的過程中，確實會有一些小的、一直使用比較低端產品的廠家被淘汰掉，但也有很多企業在設備更新過程中，將需求重新定位，去尋找那些能夠符合他們發展計劃，幫助他們提高自身

9、生產力的設備供應商。鑒于這種需求，以后人機界面的改變，將在形狀上、觀念上、應用場合等方面都有所改變，從而帶來工控機核心技術的一次次變革?？傮w來講，人機界面的未來發展趨勢是六個現代化：平臺嵌入化、品牌民族化、設備智能化、界面時尚化、通訊網絡化和節能環?；?。1.1.1 嵌入式系統概述 嵌入式系統是把計算機直接嵌入到應用系統中，它融合了計算機軟/硬件技術、通信技術和微電子技術。隨著微電子技術和半導體技術的高速發展，超大規模集成電路技術和深亞微米制造工藝已十分成熟，從而使高性能系統芯片的集成成為可能，并推動著嵌入式系統向最高級構建形式，即片上系統SOC（System on a Chip）的水平發展，進

10、而促使嵌入式系統得到更深入、更廣闊的應用。嵌入式技術的快速發展不僅使其成為當今計算機技術和電子技術的一個重要分支，同時也使計算機的分類從以前的巨型機/大型機/小型機/微型機變為通用計算機/嵌入式計算機（即嵌入式系統）。1嵌入式系統高級語言開發過程嵌入式系統的軟件開發過程如圖1.2所示。首先，每一個源文件都必須被編譯或匯編成一個目標文件；然后，產生所有的目標文件被鏈接成一個目標文件，即為可重定位程序；最后，進行重定位，把物理存儲器地址指定給可重定位程序，產生一個在嵌入式系統上的可執行二進制映像文件。圖1.1 嵌入式系統的軟件開發過程 嵌入式系統是集成電路發展過程中的一個標志性成果，它把計算機直接

11、嵌入到應用系統中，融合了計算機軟/硬件技術、通信技術和微電子技術，是一種微電子產業和信息技術產業的最終產品。微電子產業是許多國家優先發展的產業。以超深亞微米工藝和IP核復用技術為支撐的系統芯片技術是國際超大規模集成電路發展的趨勢和21世紀集成技術的主流。通常，計算機連同一些常規的外設是作為獨立的系統而存在的，而并非為某一方面的專門應用而存在。例如一臺PC機就是一個計算機系統，整個系統存在的目的就是為人們提供一臺可編程、會計算、能處理數據的機器?？梢杂盟鳛榭茖W計算的工具，也可以用它作為企業管理的工具。所以，人們把這樣的計算機系統稱為“通用”計算機系統。但是有些系統卻不是這樣。例如，醫用的CT掃

12、描儀也是一個系統，里面有計算機，但是這種計算機（或處理器）是作為某個專用系統中的一個部件而存在的，其本身的存在并非目的而只是手段。像這樣“嵌入”到更大的、專用的系統中的計算機系統，就稱之為“嵌入式計算機”、“嵌入式計算機系統”或“嵌入式系統”。從字面上講，后者似乎比前者更為廣義，因為系統中常常還包括一些機電、光電、熱電或者電化的執行部件，但是實際上卻往往不作嚴格的區分。在不致引起混淆的情況下，一般把這三者用作同義詞，并且一般總是指系統中的核心部分，即嵌入在系統中的計算機。 不過，雖然計算機在整個大系統中只是一個部件，卻通常起著相當于“大腦”的作用。所以事實上所嵌入的計算機就是整個系統的核心，而

13、系統中的其他部件則是其外部設備。只不過這些外部設備不同于常規的計算機外部設備，而所嵌入的計算機的作用和目的又只限于對這些外部設備的控制和管理而已。所以也可以說，常規的計算機系統是面向計算（包括數值和非數值）和處理的，而嵌入式計算機則一般是面向控制的。所謂將計算機“嵌入”到系統中，一般并不是指直接把一臺通用計算機原封不動地安裝到目標系統中，也不只是簡單地把原有的機殼拆掉并安裝到機殼中，而是指為目標系統構筑起合適的計算機系統，再把它有機地植入、甚至融入目標系統。雖然嵌入式系統在工業、服務業、消費電子等領域的應用范圍不斷擴大，且已滲透到人們日常生活的方方面面，但是依然很難給它下一個明確的定義。嵌入式

14、系統本身是一個外延很廣的名詞，凡是與產品結合在一起的、具有嵌入式特點的控制系統都可以叫做嵌入式系統。國際電工與電子工程師協會（即IEEE）曾經把嵌入式系統定義為“控制、監視或者輔助設備、機器和車間運行的裝置”。顯然該定義具有突出的應用色彩，不過現在看來，似乎并未充分體現嵌入式系統現今的學術內涵。目前國內普遍認同的嵌入式系統的定義是“嵌入式系統是將計算機嵌入到某個應用系統內的一種計算機體系結構形式”。換言之，嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件能靈活變化以適應所嵌入的應用系統，對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的專用計算機系統。簡言之，嵌入式系統就是嵌入式計算機系統的簡

15、稱。從20世紀80年代初，嵌入式系統的研發開始用商業級“操作系統”編寫嵌入式應用軟件，結果使嵌入式應用的開發周期縮短、成本降低。這些嵌入式操作系統均具有嵌入式技術的典型特點：采用占先式的調度，響應的時間很短，任務執行的時間可以確定；系統內核很小，且具有可剪裁性、可擴充性和可移植性，可以移植到各種型號的微處理器（單片機）上；具有較強的實時性和可靠性，適合于嵌入式應用。20世紀90年代以后，隨著諸多應用領域對嵌入式系統實時性要求的提高，各種應用軟件的規模不斷擴大，又促使嵌入式系統的實時內核逐漸發展為實時多任務操作系統（RTOS），并作為一種軟件平臺逐步演變為目前國際上流行的嵌入式操作系統。在嵌入式

16、操作系統迅速發展的同時，系統芯片的制造與設計技術也在不斷進步。系統芯片就是把一個完整的最終產品的主要功能單元集成到一塊或一組大規模集成電路芯片上，這是現代集成電路工藝技術深亞微米技術迅速發展的必然結果。系統芯片制造技術發展主要體現在硅圓片的尺寸逐漸增大，硅晶片的特征線寬逐步減小，同時芯片的集成度不斷提高。系統芯片技術的發展，使得嵌入式系統硬件進一步向微型化、高集成化發展，從而為嵌入式系統的應用開辟更為廣闊的天地。2嵌入式系統的編程特點嵌入式系統處理的對象往往比較多，也比較復雜，為此，系統往往把這些對象作為任務的軟件模塊來處理；另外，系統對實時性的要求也比較高，用來快速響應各種事件的處理。嵌入式

17、操作系統的內核雖然都不大，但一般都具有實時處理和多任務調度的功能，故有很多嵌入式操作系統也稱為實時多任務操作系統RTOS。嵌入式系統在嵌入式操作系統支持下編程的框架如圖1.3所示。在Intel XScale處理器系統的LCD液晶上定時閃爍“Hello World”，并通過串口向主機發送。在嵌入式系統上安裝了操作系統后，還必須配備相應的設備驅動程序。有的設備驅動程序在操作系統安裝時已生成，有的則需根據某些設備的特性來編寫。然后，根據應用的要求編寫相應的任務。因此，安裝了操作系統以后，需配備LCD驅動、Timer驅動和串行口驅動程序來實現LCD顯示、定時閃爍和主機通信的功能，用戶在此基礎上編寫閃爍

18、LCD顯示任務和“Hello World”字符發送任務。圖1.2 嵌入式系統的編程框架1.1.2 觸摸屏應用于人機界面的發展綜述觸摸是人類最重要的感知方式,也是人機交互最自然的方式。近年來,手機、PDA等便攜式終端設備大規模地使用了觸摸屏技術。移動地圖的人機交互越來越受到重視,并且人機交互界面在不斷地發展變化,而且朝著人性化、智能化的方向發展。分析觸摸屏類型和發展趨勢,總結出在觸摸屏下的人機交互界面的新特點,結合地圖認知和感受理論提出針對觸摸屏的移動地圖的人機交互界面設計原則。 觸摸屏在我國的應用范圍非常廣闊，主要是公共信息的查詢；如電信局、稅務局、銀行、電力等部門的業務查詢；城市街

19、頭的信息查詢；此外應用于領導辦公、工業控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學、房地產預售等。將來，觸摸屏還要走入家庭隨著使用電腦作為信息來源的與日俱增，觸摸屏以其易于使用、堅固耐用、反應速度快、節省空間等優點，使得系統設計師們越來越多的感到使用觸摸屏的確具有相當大的優越性。觸摸屏出現在中國市場上至今只有短短的幾年時間，這個新的多媒體設備還沒有為許多人接觸和了解，包括一些正打算使用觸摸屏的系統設計師，還都把觸摸屏當作可有可無的設備，從發達國家觸摸屏的普及歷程和我國多媒體信息業正處在的階段來看，這種觀念還具有一定的普遍性。事實上，觸摸屏是一個使多媒體信息或控制改頭換面的設備，它賦予多媒體系

20、統以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。發達國家的系統設計師們和我國率先使用觸摸屏的系統設計師們已經清楚的知道，觸摸屏對于各種應用領域的電腦已經不再是可有可無的東西，而是必不可少的設備。它極大的簡化了計算機的使用，即使是對計算機一無所知的人，也照樣能夠信手拈來，使計算機展現出更大的魅力。解決了公共信息市場上計算機所無法解決的問題。2課題目標分析及系統總體方案 2.1 主流人機界面概況 人機界面是計算機科學和認知心理學兩大學科相結合的產物，同時也吸收了語言學、人機工程學和社會學等學科的研究成果。經過40余年的發展，已經成為一門以研究用戶及其與計算機的關系為特征的主流學科之一。 早期的人

21、機界面是命令語言人機界面，人機對話都是機器語言。人機交互方式只能是命令和詢問，通信完全以正文形式通過用戶命令和用戶對系統詢問方式來完成，這一時期被認為是人機對峙時期。 隨著硬件技術發展以及計算機圖形學，軟件工程，窗口系統等軟件技術進步，圖形用戶界面產生并得到廣泛應用。 多媒體技術的迅速發展為人機界面的進步提供 契機，在原來只有靜態媒體的用戶界面中，多媒體技術引入了動畫，音頻，視頻等動態媒體，特別是引入了音頻媒體，大大豐富了計算機表現信息的形式，拓寬了計算機輸出的帶寬。同時，多媒體技術的引入也提供了人對信息表現形式的選擇，控制能力，增強了信息表現與人的邏輯，創造能力的結合，拓展了人的信息處理能力

22、。借助多媒體用戶能提高接受信息的效率，所以，多媒體信息比單一媒體信息具有更大的吸引力，它更有利于人對信息的主動探索。 隨后，多通道人機界面成為人機交互技術研究的嶄新領域，在國際上受到高度重視。多通道用戶界面的研究正是為了消除當前用戶界面即多媒體用戶界面通信帶寬不平衡的弊病而興起的。在多通道用戶界面中，綜合采用視線，語音，手勢等新的交互通道，設備和技術，使用戶利用多個通道以自然，并行，協作的方式進行人機對話，而機器則通過整合來自多個通道的精確的和不精確的輸入來捕捉用戶的交互意圖，提高交互的自然性和高效性。 不過，人們還想更自然地“進入”到環境空間中去，形成人機“直接對話”，取得“身臨其境”的體驗

23、，為此，又有了虛擬現實的人機界面。 計算機人機界面的發展經歷了命令語言界面和圖形用戶界面,現在正向多媒體、多通道界面、虛擬現實用戶界面發展.目前多媒體、多通道界面的發展已取得了一定的成果,讓人們看到了自然人機交互的曙光,虛擬現實人機界面的發展雖剛剛起步,但作為一種新型人機交互形式,它比以往任何人機交互形式都有希望徹底實現和諧的、人機合一的交互局面.虛擬現實人機界面的發展預示著人機界面將會到達人所希望的完美境界。2.2 設計目標1.帥掉渣的滾動電子相冊2.你想都不敢想的萬年歷3.宇宙超級無敵計算器2.3系統體系結構 2.3.1硬件平臺結構 本文提出了一種應用PXA255處理器和Windows C

24、E操作系統搭建用于人機界面裝置的嵌入式系統的實現方法。本課題采用了高速信號的硬件設計、嵌入式操作系統、通用串行總線等新技術,這些技術的采用使人機界面裝置具有操作簡單、體積小、時鐘頻率高、功耗低等優點。應用PXA255處理器和Windows CE操作系統建立的嵌入式系統設計推動了電子技術在工業領域的發展。當前工業、醫療衛生、國防等各部門對智能控制的需求不斷增長,用戶在控制下位機的同時也希望隨時得到他所需要的參數,人機界面就是一種可用于多個領域的監控設備,主要用途就是在控制過程中監視下位機和顯示用戶關心的各種參數。嵌入式人機界面裝置集操作、顯示于一身,優點是顯示直觀,使操作者從大量的按扭、參數設定

25、器、指示燈和顯示裝置中解脫出來,從而提高了生產效率。本課題建立了以PXA255處理器為中心,搭配其它存儲、通訊和多媒體等外圍芯片的多功能硬件平臺,同時用Windows CE操作系統的開發工具搭建一個可以運行在該硬件平臺上的軟件平臺，該硬件平臺和軟件平臺一起構成了嵌入式人機界面主體。硬件設計部分討論了如何圍繞PXA255處理器進行系統的電路設計，存儲器設計部分共分為靜態存儲器和動態存儲器，并給出了各部分模塊的地址分配表。系統中還有大量的外圍電路模塊包括液晶顯示、電源、網口、串口、存儲卡、USB口和音頻模塊等部分。印刷線路板的繪制采用的是Cadence公司的CadencePSD制板軟件,并給出了繪

26、制印刷線路板的設計流程和注意事項。軟件部分討論了如何圍繞Windows CE建立適合于硬件系統的軟件平臺。微軟的Windows CE是用于嵌入式系統的操作系統軟件,是一個多平臺、可裁剪的32位嵌入式操作系統。針對不同的硬件設備環境,可以在內核的基礎上添加各種模塊從而形成一個定制的嵌入式操作系統。定制Windows CE過程是一個復雜的過程,需要四個主要步驟:設計啟動初始化程序,設計OAL層,設計驅動程序及編寫系統配置文件,在硬件平臺的啟動初始化程序Bootloader的設計過程里,描述了Startup低層初始化程序的編寫過程;在OAL層的設計中,需要設計從硬件地址到虛擬地址的地址分配表; Wi

27、ndows CE的驅動程序數量比較多,這里只描述了系統的觸摸屏控制器驅動程序的設計。2.3.4系統軟件平臺 界面設計是為了滿足軟件專業化標準化的需求而產生的對軟件的使用界面進行美化優化規范化的設計分支。具體包括軟件啟動封面設計，軟件框架設計，按鈕設計，面板設計，菜單設計，標簽設計，圖標設計，滾動條及狀態欄設計，安裝過程設計，包裝及商品化。軟件界面也稱作UI（User Interface），是人機交互重要部分，也是軟件使用的第一印象，是軟件設計的重要組成部分。軟件界面設計現在越來越被軟件設計重視，所謂的用戶體驗大部分就是指軟件界面的設計。軟件界面其中的主要部分即為UI。UI(User Inter

28、face)即用戶界面，也稱人機接口。是指用戶和某些系統進行交互方法的集合，這些系統不單單指電腦程序，還包括某種特定的機器，設備，復雜的工具等。User interface也可以稱之為用戶接口或人機接口，是系統和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，實現信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。它是介于使用者與硬件而設計彼此之間互動溝通相關軟件，目的在使得使用者能夠方便有效率地去操作硬件以達成雙向之互動，完成所希望借助硬件完成之工作。用戶接口定義廣泛，包含了人機交互與圖形使用接口，凡參與人類與機械的信息交流的領域都存在著用戶接口。軟件設計可分為兩個部分：編碼設計與UI設計。編碼設計大家都很熟悉，但

29、是 UI設計還是一個很陌生的詞，即使一些專門從事網站與多媒體設計的人也不完全理解UI的意思。UI的本意是用戶界面，是英文User和interface的縮寫。從字面上看是用戶與界面2個組成部分，但實際上還包括用戶與界面之間的交互關系。軟件框架設計軟件的框架設計就復雜得多，因為涉及軟件的使用功能，應該對該軟件產品的程序和使用比較了解，這就需要設計師有一定的軟件跟進經驗，能夠快速的學習軟件產品，并且在和軟件產品的程序開發員及程序使用對象進行共同溝通，以設計出友好的，獨特的，符合程序開發原則的軟件框架。軟件框架設計應該簡潔明快，盡量少用無謂的裝飾，應該考慮節省屏幕空間，各種分辨率的大小，縮放時的狀態和

30、原則，并且為將來設計的按鈕，菜單，標簽，滾動條及狀態欄預留位置。設計中將整體色彩組合進行合理搭配，將軟件商標放在顯著位置，主菜單應放在左邊或上邊，滾動條放在右邊，狀態欄放在下邊，以符合視覺流程和用戶使用心理。人機界面包括的要點 要點：直接操作、界面模型、選單設計、信息呈現、設計隱喻等；界面模型分為概念模型和心理模型。心理模型：通過對軟硬件界面設備的交互之后，用戶在意識層面對該系統所形成的模型，一般而言是自然逐步地形成，有時甚至會轉化為一種習慣，通過與系統不斷地交互，用戶勢必會不斷修正其心理模型。系統啟動以后，首先完成時鐘的初始化，采用外部8 MHz的晶振作為輸入時鐘，內部鎖相環將時鐘倍頻到72

31、 MHz作為系統時鐘，完成GPIO的初始化，作為LCD驅動IO的通用IO口的時鐘設置為50 MHz的推挽模式，接著完成硬件SPI1的初始化，SPI時鐘頻率設置為18 MHz，接著完成液晶的初始化，此過程是通過發送特定的命令序列來實現的，然后刷新顯示背景顏色，設置字體顏色，通過上面的程序完成字庫中漢字點陣序列的查詢，將漢字點陣送液晶屏顯示。系統軟件設計的流程圖如圖4所示 3 硬件平臺設計3.1 微控制器及其理論介紹 3.1.1 芯片總體描述 STM32F103RBT6增強型系列基于高性能的ARM Cortex-M33，32位的RISC內核，工作頻率72MHz，內置包高速存儲器，包含128K Fl

32、ash，20K RAM。豐富的增強I/O端口和聯接到兩條APB總線的外設。包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和一個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口，多達兩個I2C和SPI、3個USART3、1個USB和1個CAN還有很實用的FSMC3總線接口SDIO接口。 STM32F103RBT6增強型系列工作于-40至105的溫度范圍，供電電壓2.0V至3.6V,一系列的省電模式保證低功耗應用的要求。 該芯片擁有64個引腳，其中51個引腳是IO引腳，每一個引腳都可以配置成中斷輸入接口,IO均支持位操作，端口可映射，先進的中斷控制器NVIC1等等。豐富的IO資源加上靈活內部結構和先進指令集

33、的支持使設計變得更加容易。 3.1.2典型應用場合 銷售終端，身份識別設備，工業自動化，消費電子，建筑安防/消防/HVAC，醫療，通信領域，家電，儀器儀表等。 3.1.3典型外設及接口 1.SPI3串行外設接口 3線全雙工同步傳輸 帶或不帶第三根雙向數據線的雙線單工同步傳輸 8或16位傳輸幀格式選擇 主或從操作 支持多主模式 8個主模式波特率預分頻系數(最大為fPCLK/2) 從模式頻率 (最大為fPCLK/2) 主模式和從模式的快速通信 主模式和從模式下均可以由軟件或硬件進行NSS管理主/從操作模式的動態改變 可編程的時鐘極性和相位 可編程的數據順序MSB在前或LSB在前 可觸發中斷的專用發

34、送和接收標志 SPI總線忙狀態標志 支持可靠通信的硬件CRC -在發送模式下CRC值可以被作為最后一個字節發送 -在全雙工模式中對接收到的最后一個字節自動進行CRC校驗 可觸發中斷的主模式故障、過載以及CRC錯誤標志 支持DMA功能的1字節發送和接收緩沖器產生發送和接受請求 MISO主設備輸入/從設備輸出引腳。該引腳在從模式下發送數據在主模式下接收數據。 MOSI主設備輸出/從設備輸入引腳。該引腳在主模式下發送數據在從模式下接收數據。 SCK串口時鐘,作為主設備的輸出,從設備的輸入 NSS從設備選擇。這是一個可選的引腳,用來選擇主/從設備。它的功能是用來作為“片選引腳”,讓主設備可以單獨地與特

35、定從設備通訊,避免數據線上的沖突。從設備的NSS引腳可以由主設備的一個標準I/O引腳來驅動。一旦被使能(SSOE位)NSS引腳也可以作為輸出引腳,并在SPI處于主模式時拉低,此時,所有的SPI設備,如果它們的NSS引腳連接到主設備的NSS引腳,則會檢測到低電平如果它們被設置為NSS硬件模式,就會自動進入從設備狀態。當配置為主設備、NSS配置為輸入引腳(MSTR=1,SSOE=0)時,如果NSS被拉低,則這個SPI設備進入主模式失敗狀態即MSTR位被自動清除,此設備進入從模式。 2.GPIO3接口 STM32的輸入輸出管腳有下面8種可能的配置,4輸入+2輸出+2復用輸出 一、浮空輸入_IN_FL

36、OATING 二、帶上拉輸入_IPU 三、帶下拉輸入_IPD 四、模擬輸入_AIN開漏輸出_OUT_OD 五、推挽輸出_OUT_PP 六、復用功能的推挽輸出_AF_PP 七、復用功能的開漏輸出_AF_OD I/O口的輸出模式下,有3種輸出速度可選(2MHz、10MHz和50MHz),這個速度是指I/O口驅動電路的響應速度而不是輸出信號的速度,輸出信號的速度與程序有關,芯片內部在I/O口的輸出部分安排了多個響應速度不同的輸出驅動電路,用戶可以根據自己的需要選擇合適的驅動電路。所有端口都有外部中斷能力。為了使用外部中斷線,端口必須配置成輸入模式。GPIO口的配置具有上鎖功能,當配置好GPIO口后,

37、可以通過程序鎖住配置組合,直到下次芯片復位才能解鎖。 3.2 核心電路設計3.2.1 電源電源引腳連接圖如下:VDD1/2/3/4/5,VDDA供電電源范圍在2.0-3.6V,VBAT(備份操作電壓)在1.8V-3.6V之間。采用穩壓芯片AMS1117,該器件固定輸出版本電壓輸出值有1.8V,2.85V,3.3V,5.0V本設計選用3.3V。VDD引腳必須連接外部未定電容器(五個100nF的陶瓷電容器和一個鉭制電容器min4.7uF,typ.10uF)。備份寄存器的電源采用CR1220電池單獨供電,防止板子掉電時,備份寄存器中的數據丟失。 3.2.2 晶振和時鐘需要提供的外部時鐘源有HSE和L

38、SE。HSE采用8MHz的外部晶振有點在于能產生非常精確的主時鐘。LSE是32.768kHz的低速外部晶體或陶瓷共鳴器。能為實時時鐘提供低速,精確的時鐘源。3.2.3復位電路電路圖如下圖： 復位電路的功能是完成系統的上電復位和系統運行時的按鍵復位功能。復位電路采用簡單的、常見的RC復位電路即可實現復位功能。當復位按鍵為按下時電容將電路斷開此時NRST線接的是高電平。不能復位。當按鍵按下以后電容放電電容兩端的電壓逐漸降低為零實現復位功能。 3.2.4 存儲器 3.2.4.1原理圖FLASH芯片采用的是SST25VF080其引腳連接如圖: CE : 芯片使能端 SI : 串行數據輸入 SO : 串

39、行數據輸出 WP : 寫保護 HOLD : 保持 VDD : 電源2.7-3.6V VSS : 接地端3.2.4.2功能描述 存儲從串口讀取的數據，用作TFTLCD的緩沖區。FLASH容量1Mbyt，因字庫裝載在FLASH中占用前756KByte?？梢宰x寫的區域只有244KByte?？梢詫?X40000H-0XFFFFFH作為報文存儲空間。3.3觸摸屏電路設計 3.3.1 電阻式觸摸屏基本原理及特點間的隔離層及電極。觸摸屏工作時，上下導體層相當于電阻網絡，當某一層電極加上電壓時，會在該網絡上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點接觸，則在電極未加電壓的另一層可以測得接觸點處的電壓，經過 A

40、/D 轉換知道接觸點處的坐標。比如，在底層的電極Y+,Y-，上加上電壓，則在底層導體層上形成電壓梯度，當有外力使得上下兩層在某一點接觸，在頂層就可以測得接觸點處的電壓，再根據該電壓與電極K+之間的距離關系，知道該處的 Y 坐標。然后，將電壓切換到 K+，X-頂層電極上，并在底層測量接觸點處的電壓，從而知道 X 坐標。為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測量一個坐標，需要對一個阻性層進行偏置，將它的一邊接VREF，另一邊接地。同時，將未偏置的那一層連接到一個ADC的高阻抗輸入端。當觸摸屏上的壓力足夠大，使兩層之間發生接觸時，電阻性表面被分隔為兩個電阻。它們的阻值與觸摸點到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點與

41、接地邊之間的電阻相當于分壓器中下面的那個電阻。因此，在未偏置層上測得的電壓與觸摸點到接地邊之間的距離成正比，如圖所示： 電阻式觸摸屏分壓原理 內部結構： 觸摸屏控制芯片之所以能完成對觸摸屏的控制，主要原因有兩點，其一，是完電極電壓的切換，其二，是采集接觸點處的電壓值，即 A/D。而控制芯片ADS784之所以更好的控制觸摸屏，主要是得益于其內部結構很容易實現電極電壓的切換，并能進行快速 A/D 轉換。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另一種采取差動模式，參考電壓來自驅動電極。這兩種模式分別如圖 a所示。采用圖b的差動模式可以消除開關導通壓降帶來

42、的影響。圖 a和b為兩種參考電壓輸入模式所對應的內部開關狀況。 圖a 圖b電阻式觸摸屏的優缺點可以歸類為： 1.電阻式觸控屏的精確度高可到像素點的級別適用的最大分辨率可達4096x4096。 2. 屏幕不受灰塵、水汽和油污的影響，可以在較低或較高溫度的環境下使用。 3. 電阻式觸控屏使用的是壓力感應，可以用任何物體來觸摸，即便是帶著手套也可以操作，并可以用來進行手寫識別。 4. 電阻式觸控屏由于成熟的技術和較低的門檻，成本較為廉價。 5. 電阻式觸控屏能夠設計成多點觸控，但當兩點同時受壓時，屏幕的壓力變得不平衡導致觸控出現誤差，因而多點觸控的實現程度較難。 6. 電阻式觸控屏較易因為劃傷等導致屏幕觸控部分受損。3.3.2 觸摸屏硬件接口電路3.3.2.1觸摸屏的選擇 本次設計觸摸屏選用基本的四線電阻式觸摸屏。電阻式觸摸屏有很多特點，高解析度高速傳輸反應，表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學處理，具有光面及霧面處理。一次校正穩定性高,永不漂移。更重要的是四線電阻式觸摸屏是幾種觸摸屏類型中最基本的一個,他性能優越、結構簡單且價格低廉,適合學生做基礎研究。3.3.2.2觸摸屏接口芯片的選擇 觸摸屏主要由觸摸屏接口控制芯片來驅動。本設計選擇Burr -Brown公司的控制芯片ADS7843。ADS7843是一個內置12位模數轉換、低導通電阻模擬開關的串行接口芯片。供電電壓2.75 V