基于单片机 USB和通信的简易阅读器设计.doc
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1、摘要PDA(个人数字助理)实际上是一种比笔记本电脑还要小得多的手持式电脑,这种手持设备兼有计算、网络、传真、电话等多种功能,使得个人信息管理变得尤为方便,网上冲浪、收发电子邮件都可以通过无线方式解决随着电子技术的迅猛发展,具有耗电少、亮度高、体积小等特点的LCD(液晶显示器)被广泛应用于PDA系统中S3C2410是三星公司设计的32位RISC(精简指令集计算机)嵌入式处理器该芯片基于ARM920T、内核,集成了众多的常用资源,如LCD控制器、SDRAM控制器、1个触摸屏接口、2个SPI接口等,内核最高工作频率可达266 MHz适用于信息家电、智能电话、平板(Tablet)电脑、PDA、移动终端
2、等领域关键词:AT89C51 ARM TFT显示屏 AbstractPDA (personal digital assistant) is actually a laptop computer smaller than the handheld computer, the hand held device with calculation, network, fax, telephone and other functions, making personal information management to be more convenient, surf the Internet, se
3、nd and receive E-mail cansolve through wireless way with the rapid development of electronic technology, with less consumption, high brightness, little, volume of the characteristics of the LCD (LCD) is widely usedin the PDA systems is samsung S3C2410 design 32-bit RISC (reduced instruction set comp
4、uters) embedded processor based on the chip ARM920T, kernel, integrated many common resources, such as LCD controller, SDRAM controller, a touch screen interface, two SPI interface, etc, the kernel highest working frequency can reach 266 MHz apply to information home appliances, smart phone。Key word
5、s:AT89C51 ARM TFT displays目录摘要1Abstract2第一章41.1 课题背景41.2 课程目的41.3 课程设计的内容4第二章 方案设计52.1设计原理52.2 总体设计方案7第三章 硬件设计83.1 主要元件83.2 S3C2410 LCD控制器的电路设计83.3S3C2410的LCD控制器寄存器操作和设置93.4 3C2410与LCD的接口电路93.4.1 PDA的触摸屏设计113.4.2 对触摸屏电路的设计要求113.4.3 PDA的键盘电路设计12第四章 系统软件设计154.1 程序流程图154.2分析驱动154.3 触摸屏设备驱动中数据结构154.4 触摸
6、屏驱动模块加载和卸载函数174.5 触摸屏设备驱动的读函数184.6 触摸屏设备驱动的轮询与异步通知19第五章 调试20结束语22致 谢23参考文献24第一章1.1 课题背景随着信息家电和通讯设备的普及,作为与用户交互的终端媒介,触摸屏在生活中得到广泛的应用。如何在系统中集成触摸屏模块以及在嵌入式操作系统中实现其驱动程序,都成为嵌入式系统设计者需要考虑的问题【3】。嵌入式系统触摸屏的应用越来广泛, 诸如以PDA 为标志的数码产品逐渐选用LCD 触摸屏作为系统的输入设备. 触摸屏分为电阻、电容、表面声波、红外线扫描和矢量压力传感等, 其中用的最普遍的是四线或五线电阻触摸屏【4】。然而在日常使用的
7、触摸产品中, 或多或少发现有些触摸屏对触摸动作响应不够灵敏, 甚者会引起死机, 是什么导致这些现象的产生? 换言之, 有没有更好触摸控制方式?围绕这个疑问, 本设计在介绍四线电阻式触摸屏工作原理的基础上,详细阐述了嵌入式微处理器( S3C2410) 与触摸屏模块之间的硬件接口与驱动实现,并利用S3C2410 的等待中断模式和自动 X/ Y 坐标转换模式, 实现了 X/ Y 坐标的确定,完成对触摸屏的控制【5】。1.2 课程目的本课程设计基于Linux操作系统以及Emest III实验箱,利用触摸屏能正确返回触点坐标值及动作信息,坐标及动作的具体显示包括:触摸笔动作,触点X坐标值,触点Y坐标值。
8、1.3 课程设计的内容本次课程设计成功地设计了基于ARM的嵌入式触摸屏。主要内容有:(1)Linux系统的正确移植和使用;(2)根文件系统的正确移植和使用;(3)驱动程序的编译与装载;(4)嵌入式系统下应用程序的交叉编译及下载与调试。第二章 方案设计2.1设计原理触摸屏系统是一种人机交互设备, 其结构如图2.1,将触摸屏安装在LCD显示屏上, 配以相应的控制电路对触摸屏和LCD进行控制,用户通过触摸操作就可以实现同触摸屏系统相连接的设备进行信息交互。设计采用四线电阻式触摸屏, 包含两层透平、均匀导电的ITO层,分别作为X电极和Y电极, 它们之间由细微绝缘点隔开。X电极和Y电极的正负端由导电条分
9、别从两端引出,且X电极和Y电极导电条的位置相互垂直, 引出端 X-、X+、Y-、Y+ 共4条线【6】。图2.1 四线电阻式触摸屏结构图当有物体接触触摸屏表面并施以一定的压力时,上层的ITO导电层发生形变与下层 ITO发生接触,形成可等效为图2.2的分压电路。图2.2 电阻触屏分压电路图控制器通过下述方法即可确定触摸点位置:(1)在X+电极施加驱动电压, X-电极接地, Y+作为引出端测量得到接触点的电压, 触点电压与驱动电压之比等于触点 X 坐标与屏宽度之比,得到X 坐标。(2) 在Y+电极施加驱动电压, Y-电极接地, X+作为引出端测量得到接触点的电压, 触点电压与驱动电压之比等于触点 Y
10、 坐标与屏高度之比,得到Y 坐标。因此, 计算触摸点的坐标首先需要对触摸屏的引脚电平进行切换控制, 使其处于合适的状态。然后通过ADC转换采集到的接触点电压值, 进行相应的计算。触摸屏接口工作模式有以下几种:(1)普通转换模式 普通转换模式(AUTO_PST = 0,XY_PST = 0)是用作一般目的下的ADC转换。这个模式可以通过设置ADCCON和ADCTSC来进行对AD转换的初始化;而后读取ADCDAT0(ADC数据寄存器0)的XPDATA域(普通ADC转换)的值来完成转换。 (2)分离的X/Y轴坐标转换模式:X轴坐标转换和Y轴坐标转换。 X轴坐标转换(AUTO_PST=0且XY_PST
11、=1)将X轴坐标转换数值写入到ADCDAT0寄存器的XPDATA域。转换后,触摸屏接口将产生中断源(INT_ADC)到中断控制器。 Y轴坐标转换(AUTO_PST=0且XY_PST=2)将X轴坐标转换数值写入到ADCDAT1寄存器的YPDATA域。转换后,触摸屏接口将产生中断源(INT_ADC)到中断控制器。 (3)自动(连续)X/Y轴坐标转换模式。 自动(连续)X/Y轴坐标转换模式(AUTO_PST=1且XY_PST= 0)以下面的步骤工作: 触摸屏控制器将自动地切换X轴坐标和Y轴坐标并读取两个坐标轴方向上的坐标。触摸屏控制器自动将测量得到的X轴数据写入到ADCDAT0寄存器的XPDATA域
12、,然后将测量到的Y轴数据到ADCDAT1的YPDATA域。自动(连续)转换之后,触摸屏控制器产生中断源(INT_ADC)到中断控制器。 (4)等待中断模式 当触摸屏控制器处于等待中断模式下时,它实际上是在等待触摸笔的点击。在触摸笔点击到触摸屏上时,控制器产生中断信号(INC_TC)。中断产生后,就可以通过设置适当的转换模式(分离的X/Y轴坐标转换模式或自动X/Y轴坐标转换模式)来读取X和Y的位置。 (5)静态(Standby)模式 当ADCCON寄存器的STDBM位被设为1时,Standby模式被激活。在该模式下,A/D转换操作停止,ADCDAT0寄存器的XPDATA域和ADCDAT1寄存器的
13、YPDATA(正常ADC)域保持着先前转换所得的值【7】。 2.2 总体设计方案 本文设计一个在ARM嵌入式平台上实现LCD12864嵌套多级菜单的电路,采用飞利浦公司的LPC2132为主控芯片,显示模块采用蓝屏、带字库的12864液晶,采用键盘扫描作为输入控制,本设计框图如图2.3所示。ARM控制芯片LPC2132液晶显示键盘模块图2.3第三章 硬件设计3.1 主要元件S3C2410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核,32位微控制器。该处理器拥有:独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache,MMU,支持TFT的LCD控制器,NAND闪存控制器,3路UA
14、RT,4路DMA,4路带PWM的Timer ,I/O口,RTC,8路10位ADC,Touch Screen接口,IIC-BUS 接口,IIS-BUS 接口,2个USB主机,1个USB设备,SD主机和MMC接口,2路SPI。S3C2410处理器最高可运行在203MHz【9】。3.2 S3C2410 LCD控制器的电路设计3.2.1S3C2410的LCD控制器S3C2410的LCD控制器用来传输图像数据并产生相应的控制信号,该控制器由REGBANK(控制寄存器组)、LCDCDMA(专用DMA)、VIDPCS(视频信号处理单元)、LPC3600和TIMEGEN(时序信号产生单元)组成其中:REGBA
15、NK包含17个可编程寄存器和几个25616的调色板存储器,用来配置LCD控制器,并设置相应的参数;LCDCDMA提供了视频信号的快速传输通道,自动通过系统总线从系统帧缓存中取出视频数据,并传输到视频信号处理单元;VIDPCS将专用DMA中取出的信号进行整形并提高驱动能力等处理后,输出到外部数据端口VD23:0;TIMEGEN和LPC3600产生LCD屏所需要的控制时序S3C2410 LCD控制器可以产生用于控制TFT-LCD的时序信号,主要包括VCLK(像点时钟)、VDEN(数据有效信号)、VSYNC(垂直同步信号)、HSYNC(水平同步信号)、LEND(行结束信号)及LCD_PWREN(液晶
16、屏使能信号)其中:VCLK信号是LCD控制器和LCD驱动器的像素时钟信号,LCD控制器在VCLK信号的上升沿处将数据送出,在VCLK信号的下降沿处被LCD控制器采样;VSYNC信号是垂直同步信号(也称帧同步信号),用来指示新的一帧图像的开始;HSYNC信号是水平同步信号(或行同步信号),用来给出新的一行扫描信号的开始;VDEN信号是数据使能信号;LEND信号是行扫描结束信号,LCD驱动器在每扫描一行像素后给出该信号;LCD_PWREN信号用来控制LCD控制器的开或关,以便降低功耗,它需要LCD控制器硬件设计的支持3.3S3C2410的LCD控制器寄存器操作和设置S3C2410的LCD控制器内部
17、设有较多的寄存器,其中与时序信号高度相关的寄存器位于寄存器组中的LCDCON12345本系统设计的LCD驱动器需要LCD控制器给出VCLK、VDEN、LCD_PWREN和VD23:0信号VCLK信号依赖于LCDCON1寄存器中CLKVAL和S3C2410的HCLK的取值,具体公式为: VCLK(Hz)=HCLK(CLKVAL+1)2VSYNC和HSYNC的产生依赖于LCDCON23寄存器及HOZVAL和LINEVAL的配置,其中:HOZVAL=水平像素数-1LINEVAL=垂直显示尺寸-1帧频率VSYNC与LCDCON1234寄存器中的VSPW、VBPD、VFPD、LINEVAL、HSYNC、
18、HBPD、HFPD、HOZVAL和CLKVAL有关3.4 3C2410与LCD的接口电路S3C2410支持TFTSTN型的LCD,但是不能直接与LCD相连,需要接口板驱动,而本系统所用台湾建美电子股份有限公司的LCD集成了驱动电路,使得设计更为方便稳定,该LCD应用了最新的QVGA技术,分辨率是240320像素的液晶输出方式,使得显示的像素更高、更清晰该LCD采用4线电阻触摸屏,4线电阻模拟量技术的2层透明金属层工作时每层均增加恒定电压:一个竖直方向YD、YU,一个水平方向XR、XL,总共需4根电缆其特点是:高解析度,高速传输反应,表面硬度处理,减少擦伤、刮伤及防化学处理,具有光面及雾面处理,
19、一次校正,稳定性高,永不漂移通过JEMITEK的LCD通过50引脚的插座与S3C2410接口电路连接,如图3.1所示图3-13.4.1 PDA的触摸屏设计在PDA中,实现PDA与人的交互非常重要,在普通PC机上人与机器的交互基本上都是通过键盘或鼠标,但在PDA中,为系统配备一个键盘或鼠标显然带来很多不便因此,现在绝大部分PDA都配备有触摸屏触摸屏是透明的,一般情况下都是与LCD粘在一起,当用户在触摸屏上点击时,系统可以得到点击的位置,将该位置坐标换算到LCD坐标,就可以实现用户与机器的交互触摸屏的结构如图3.2所示图3-2当用户点击触屏时,顶层和底层通过中间的导通层连接,如果想测X方向的坐标,
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