论文总字数：45742字

目 录

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2课题研究的意义 1

1.3触摸屏的发展现状 1

1.4本论文的主要工作 2

第二章 主要器件介绍 3

2.1 触摸屏介绍 3

2.2触摸屏的工作原理 3

2.2.1电阻式触摸屏 3

2.2.2电容式触摸屏 3

2.3各类型触摸屏比较 3

2.4核心微控制器介绍 4

2.4.1 ARM应用背景 4

2.4.2 STM32单片机介绍 4

第三章 系统总体设计 6

3.1触摸屏模块 6

3.1.1 STM32F103ZET6触摸屏 6

3.1.2 LCD模块介绍 6

3.1.3 STM32F103与TFT模块接口图 7

3.1.4触摸屏的控制XPT2046 7

3.1.5 STM32F103与XPT2046接口图 8

3.2按键模块 8

3.2.1按键消抖 8

3.2.2按键电路图 9

3.3串口模块 9

第四章 软件设计 11

4.1系统流程图 11

4.2 液晶屏的显示 11

4.3 XPT2046的操作 12

4.3.1 XPT2046的初始化 12

4.3.2 XPT2046读取X、Y的值 12

4.4 画图程序设计 13

4.5 按键程序设计 15

4.6 串口程序设计 15

4.7 截屏程序设计 16

第五章 实验结果 21

5.1开发板液晶显示图： 21

5.2 实验结果 21

参考文献 31

致谢 32

基于STM32的图像采集系统

张佩杰

,China

Absract：With the rapid development of science and technology, touch screen as a new input device has been favored by all walks of life. Touch screen to rely on its simple, durable, fast response and many other advantages in the mobile phone, navigation systems, car audio and video, information query and other fields has been very widely used. STM32 microcontroller in 2007 by the STMicroelectronics company introduced, using Cortex-M3 core, high performance, low power consumption, flexible and easy to develop the pin. Has been widely used in various fields. This design is the use of STM32 development board, combined with c language, first let the color display artboard, and then through the XPT2046 touch control, in the color screen to select the brush color, and draw, and finally through the serial port on the screen touch point information Sent to the computer.

Keywords:touch screen;STM32 microcontroller;Image Acquisition

第一章 绪论

1.1课题背景

众所周知，计算机技术被评为当今时代发展最快的技术绝对是当之无愧的。从最初的指令操作到以鼠标为基础的一系列便捷操作技术的发展最后到丰富的图形化人机交互界面操作，计算机的发展无疑是令人充满惊喜的。紧接着触摸屏的发展及普及，真正将人机交互的易用性推到了新的发展高度。19世纪70年代，由SamHurst带头发明了今天被我们称作为第一个触摸传感器的硬件设备标志了“触摸时代”的正是开端。八十年代，“触摸之父”更是与著名电子企业西门子联袂出手，向大众展示了真正的触摸屏实物，自此触摸技术进入人们的日常生活的序幕正式拉开。这真的是一个神奇的智慧产物，人们依靠轻轻的触摸仿佛能探入到了计算机的灵魂深处，人们可以根据自己的意愿来尽情的有效传达自己的命令，触摸技术全面普及。九十年代初，”触摸之风”吹到中国，随后我国开始自主研发相关自助设备，从此中国人也开始了属于自己的“触摸时代”。21世纪初，美国摩托罗拉公司生产了第一款触摸屏手机，如今触摸技术开始在手机市场快速发展，触屏手机更成为各大手机厂商竞争的焦点。目前，三星、苹果等多家厂商纷纷在这一领域发力，各具特色的触摸屏手机层出不穷。由此触摸不仅仅只是在计算机领域发光发热，一系列多功能的触摸电视，触摸平板，触摸家电如雨后春笋般纷至沓来，令人眼花缭乱。触摸技术的发展与普及对人类社会的发展来说有着重大的意义，未来也许我们可以依靠更先进的触摸技术去征服更多未知的领域。

1.2课题研究的意义

从前面介绍的课题背景来说，可以在触摸屏的发展演变上了解到触摸屏技术研究的现实意义，在这一课题研究方面进行详细深入探讨，可以发现确实是存在很大的研究意义的。

在触摸屏的发展上，触摸屏的使用，真真是深受广大人民群众的喜爱。因为在有了这种技术之后，各大年龄阶段的用户们手，只需利用手指轻触显示屏上的图片、符号和文字，就可以对其进行相应的操作，也更加使得在人机交互方面变得更加的简便易操作。其实在现如今的科技高速发展条件下，一项技术的优势使用，在单项方面的应用已经完全不足以满足用户的使用，而这项目前最深受用户们喜爱的人机交互方式——触摸屏，也就自然而然归之为其中发展的一项内容。在课题研究背景上，我们已经可以条理清晰的了解到这一点。依靠可变电阻进行触摸操作的电阻式触摸屏技术已经趋向成熟，如今它以被应用的各个生产已经生活领域中去。它真正做到了精度与抗干扰性良好的双重特性控制，并且不仅仅只局限于人体触摸，门槛较低，成本廉价。本次设计我们就采用电阻式触摸屏。

1.3触摸屏的发展现状

在手机行业中，触摸屏已经成为各大手机生产商的竞争标准。在其他小型电子产品中，触摸屏也被大量应用，如MP4、ipad、itouch、学习机等都采用触摸屏来进行控制。伴随着汽车行业的发展，近年来车载设备已经越来越完善，如导航设备，影音系统和娱乐器件等。由于触摸屏的操作方便和灵活性，所以触摸屏已经被广泛的应用于车载显示屏上。不仅如此，工业触摸屏也得到了飞速发展，像西门子、三菱、海泰克等都是以PLC控制为通信目标的工业触摸屏品牌。目前人们接触最多的触摸屏就是应用于各种手机上的触摸屏还有一些小尺寸的应用上的触摸屏。随着科技的发展，触摸屏未来发展的主要方面是大尺寸的触摸屏。而全世界触摸屏的生产主要集中于日、美、韩等国家，日本和美国的厂商更是掌握了关键零组件和原材料。我国由于起步较晚核心技术不完善等原因目前该领域还处在探索领域，相信未来可以依靠充分的创新发展获得更大的进步。

1.4本论文的主要工作

本设计是以STM32为核心硬件基础的触摸图像采集系统，充分发挥了STM32外设的各种功能。为了完成论文，作了如下工作：

1. 掌握触摸屏工作原理。
2. 查阅相关资料选择触摸屏控制芯片。
3. 设计触摸屏液晶显示电路
4. 设计触摸屏控制电路
5. 编写程序读取触摸屏上的点的信息并通过串口发送到计算机上
6. 对所有硬件电路进行调试

第二章 主要器件介绍

2.1 触摸屏介绍

首先，触摸屏由两个部分组成，这两个部分包括触摸屏检测和触摸屏控制器。当使用者触摸屏幕时，触摸屏检测部分会检测到触摸信息，然后将触摸信息发送给触摸屏控制器，触摸控制器将触摸信息转化为坐标信息发送给CPU。触摸屏控制模块同样能接收到CPU的指令并根据指令要求做出行营的应答操作。我们之所以将触摸屏分为电阻式触摸屏和电容式触摸屏等不同类型的触摸屏，主要就是基于他们各自的实现原理不相同。接下来我们就介绍一下目前两个个主流触摸屏电阻式和电容式触摸屏的工作原理。

2.2触摸屏的工作原理

2.2.1电阻式触摸屏

电阻触摸屏的显示器表面覆盖着一层电阻薄膜屏，这种复合式电阻薄膜屏。它又分为两层，基层是一层玻璃或硬塑料平板，表层是一层塑料层。在基层上面涂有一层ITO膜，这个ITO膜是透明的导电层。表层同样也涂有一层ITO膜层，但是是涂在内表面的，外表面要经过一些硬化处理、光滑防滑等。在底层和表层之间有许多细小的绝缘隔离点，为了使两层之不能通电。

电阻触摸屏的最基本原理可以这样理解：在用户触摸屏幕时，两层透明电导层在触摸点的位置接触之后，电阻就会随之发生变化，也就是X，Y轴上产生变化信号，然后再将该信号送至控制器。控制器检测到之后计算位置坐标值，然后模拟鼠标的运作方式运作。同时可以知道，在四线电阻屏设计时，当两层透明的点到层ITO厚度下降到1800埃以下是，四线电阻屏就会变得透明，如果继续下降透光率反而会下降，当下降到300埃左右时，透光率又会上升。说白了这两层电导层就对应着X,Y轴。当用户触摸时，因为压力变化会使两层导电层连通，电阻值发生变化，这个时候控制器根据电阻值的变化来得出对应的X,Y轴坐标。

2.2.2电容式触摸屏

电容式触摸屏是利用人体电流感应进行精确定位的。它由特殊的四层复合玻璃屏复合构成，其中最外层的矽土玻璃保护薄层内表面与夹层都会涂上一层ITO介质，涂上ITO的夹层是主要工作层面，特殊位置上引出四个电极分，为了屏蔽外来信号干扰会把ITO内层作为一个信号屏蔽层。当用户进行触摸时，由于自身的电场作用，一个耦合的电容就在人和触摸屏表面形成，人作为一个“负载电阻”会从接触点带走极小的一部分电流。这部分小电流会经过分布在工作层的四个电极装置，整个触摸系统在通过一系列电流分布及比例计算便可定位到触摸位置信息（手指到四角的距离与流经四个电极的微小电流成正比关系）。

2.3各类型触摸屏比较

不同种类的触摸屏技术原理不同，各有自己长处和短处，下图就是各种触摸屏的比较：

表2-1 各种触摸屏特性比较

2.4核心微控制器介绍

2.4.1 ARM应用背景

十九世纪九十年代，由包括苹果在内的三大网络巨头公司联合成立了ARM公司，一经出现，立即声名鹊起。没过多久，RISC微处理器芯片系统（SoC）率先问世，并取得惊人成效，半导体相关行业从此引发巨大变革发展。一流的公司卖服务，由于ARM十分注重优秀的商业模式，只以相关技术专利授权而非运营加工开创了全新的微处理技术商业模式。值得一提的是，ARM对于社会的贡献远不及此，以ARM为代表的微处理器的普及迅速在全球刮起了一股微电子风潮。这项技术对人类社会的影响实在太大，人们仿佛看到了新兴信息技术改变世界的曙光。看到ARM的巨大成功，其他公司也跃跃欲试，紧接着一系列公司陆续获得相关技术授权，如果说ARM是开创者，那么后续这种百家争鸣的局面则在真正意义上改变了世界。无数的消费电子产品受益于此，人们的生活随之发生天翻地覆的变化。ARM公司作为一个完全自主的开发的独立研发企业，先后设计了一系列优秀的处理器内核，其中主要有ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、ARM11、以及Cortex系列。作为ARM公司目前最新的Cortex系列，其中的A8是针对于更高性能的优秀处理支持，M3作为32位处理器的特点是高性能低成本；我们此次设计采用的STM32单片机就属于Cortex-M3型内核。之所以选择它的原因是以下几点：第一，它独特的12个中断周期的中断延迟功能能为设计提供良好的中断支持。第二，它支持串行调试（SWD），这样我们只需要较少的引脚便可以进行相关测试，简化了操作步骤。第三，独特的非对齐访问模式使处理器效率得到很好的利用率。这样可以解决很多的SRAM使用率无形之中扩大了MCU的选择范围。最后，它巧妙的三级流水线加分值预测功能，能有效减少分支延迟一个周期左右。总之，它就是保证性能与成本两者兼顾的优秀单片机处理器的代名词，所以我们的选择是合理的。

2.4.2 STM32单片机介绍

STM32是一款32位的微控制器，是由意法半导体公司在2007年推出的。当下，意法半导体公司已经推出了4种以Cortex-M3为内核的STM32控制器系列，分别为：基本型系列STM32F101、USB基本型系列STM32F102、互补型系列STM32F105、STM32F107、增强型系列STM32F103。这几个系列的产品，存储空间和引脚灵活，性能高、低功耗、成本低，而且全系列兼容，使开发人员可以在多个设计中重复使用同一个软件。基本型系列的时钟频率为36MHz，它的价格与16位产品的价格相当，却拥有32位产品的性能。增强型系列的时钟频率是基本型的一倍（72MHz），增强型的性能和功效相比于基本型提高到一个新的级别，其配置的外设可以提供更好的控制还有连接功能，同时也是4个系列中应用最为广泛的。

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