基于ARM开发的人机交互界面HMI_免费下载

基于ARM开发的人机交互界面HMI_免费下载 苏州大学本科生毕业设计(论文) 目录 摘要 ....................................................................................................................... 1 Abstract ............................................................................................................... 2 第一章 前言 ......................................................................................................... 4 1.1研究的背景及意义 ....................................................................................... 4 1.2 图形液晶介绍 .............................................................................................. 5 第二章 微处理器介绍 .......................................................................................... 6 2.1 微处理器介绍 .............................................................................................. 6 2.2 ARM微处理器芯片 ..................................................................................... 6 2.2.1 STM32F103ZET6 芯片性能特点 .......................................................... 6 2.2.2 STM32F103ZET6系统构成 ................................................................... 7 2.3 Keil开发环境与C语言 ............................................................................... 8 2.3.1 keil开发环境 .......................................................................................... 8 2.3.2 C语言程序设计 ..................................................................................... 8 2.3.3在keil环境下编写C语言 ..................................................................... 8 串行接口 ................................................................................................ 10 第三章 3.1 RS232简介 ................................................................................................. 10 3.1.1 RS232的接口定义(DB9) ................................................................ 10 3.1.2 RS232总线电平定义 ........................................................................... 10 3.1.3 RS232接线方式 ................................................................................... 11 3.1.4 RS232串口设置 ................................................................................... 12 1 苏州大学本科生毕业设计(论文) 3.2 RS485介绍 ................................................................................................. 12 3.2.1 RS485性能特点 ................................................................................... 12 3.2.2 RS485 接口 .......................................................................................... 12 第四章 迪文液晶应用设计 ................................................................................ 14 4.1 文本、曲线、图片、图标和动画的显示方法 ......................................... 14 4.1.1 文本显示方法 ...................................................................................... 14 4.1.2液晶屏中曲线的显示方法 ................................................................... 15 4.1.3液晶屏中图片、图标和动画的显示方法 ............................................ 16 4.2 系统配置和外设 ........................................................................................ 18 4.3 触摸屏界面功能的实现 ............................................................................ 20 4.3.1 触摸屏原理 .......................................................................................... 20 4.3.2触控界面的设计 ................................................................................... 21 4.3.3触摸屏功能的实现 ............................................................................... 21 4.4 产品设计 .................................................................................................... 24 第五章 结论 ....................................................................................................... 27 参考文献 ............................................................................................................. 28 致谢 ..................................................................................................................... 29 2 苏州大学本科生毕业设计(论文) 摘要 串口HMI 的诞生，彻底将用户控制和显示部分分离出来。用户无需更改自己的核心控制代码，只需增加串口发送接收函数，即可让自己的产品快速升级到真彩屏时代。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。串口型HMI 是集GUI、图片下载、触摸、存储及显示于一体的人机界面。用户利用八位单片机串口就可以轻松控制文字、图片、声音及动画显示。 本文对基于STM32F103ZET6微控制器的图形液晶显示的研究做了一定的探讨，其中STM32F103ZET6是一种ARM Cortex-M3核心的微处理器芯片。嵌入式处理器与其它处理器相比集成了丰富的硬件控制器，因此既不要像DSP那样需要扩展众多的硬件控制芯片，也不需要像FPGA设计门电路，嵌入式处理器通过内部集成的硬件控制器可以轻易扩展多种类型的存储设备、图像声音采集设备、显示设备等，简化了硬件之间的连接，这样就降低了开发时间和成本，有助于提高系统的整体稳定性。目前，嵌入式系统的主要特点是操作系统内核小，在Keil环境下编写C程序，设计出一个基于ARM cortex-M3的图形液晶显示屏，通过更改、调试程序，实现静态和动态显示，最终完成人机用户界面的微控制器应用系统设计。 液晶屏采用迪文科技DMT48270C043_02W，4.3英寸480×272图形点阵M100内核65K色工业串口屏。液晶触摸显示屏系统主要由微控制器STM32F103ZET6、TFT液晶屏模块、四线电阻触摸屏以及与外界通信的CAN口组成。硬件模块连，其中四线电阻触摸屏的触摸检测装置安装在TFT前面用于检测用户触摸的位置，利用STM32F103ZET6自带A/D转换功能，由STM32F103ZET6实现触摸屏控制器的功能来直接控制四线电阻触摸屏，检测触摸信息并计算出触点坐标。然后STM32F103ZET6通过串行接口与TFT液晶屏模块通信，将处理好的有效信息通过TFT液晶屏显示出来。STM32F103ZET6内置CAN总线控制器所以CAN总线接口可以直接从STM32F103ZET6的管脚引出，通过串行来进行通信，完成现实信息采集，设置参数等功能。 在今天的科技时代，液晶显示装置已成为传递信息的压倒一切的工具，每个人在其生活中都与这样或者那样的液晶装置打交道，而图形液晶的画图及显示字符功能将更有利于我们的工作，挺高我们的生活质量，有很大的发展前景。 关键词:人机接口;图形液晶显示;ARM;RS232接口 1 苏州大学本科生毕业设计(论文) Abstract The user control and display part separate completely with The birth of HMI serial port . Users don't have to change their own core control code, just increase the serial send receive function,they can let their own product upgrading to true color era. It implements conversion between the interior of the information form and human can accept form . All that participate in the man-machine information exchange field there are human-computer interface. Type serial port is set for the GUI, picture HMI download, touch, store and display in one of the man-machine interface. User use of eight of the single chip microcomputer serial can easily control the words, pictures, sound and animation display. This paper do some research on graphics LCD which is based on STM32F103ZET6 , cortex-M3 is a signal processing operation microprocessor chips, can quickly real-time implementation of digital signal processing algorithm, analyzing the hardware circuit and program design the of graphics LCD based on ARM . In the interface design of LCD Based on ARM control, this paper introduces the hardware interface circuit and the software design method, and discusses on the graphics LCD display character, Chinese characters, graphics and touch screen solutions, gives the related procedure, timing diagram, circuit diagram, the program flow chart. Use the Realview Devolementsuite development tools, , type C program under design a graphics LCD screen based on ARM CORTEX-M3 the environment of , through the change and debugging, realize the static and dynamic display, finally complete the man-machine user interface of micro controller application system design. The LCD uses the Devin DMT48270C043_02W, 4.3-inch 480 × 272 graphics lattice M100 core 65K color industrial serial screen. LCD touch screen system by the microcontroller STM32F103ZET6, TFT LCD module, four-wire resistive touch screen as well as the CAN port to communicate with the outside world. Hardware module with four-wire resistive touch screen touch detection device installed in front of the TFT is used to detect the user to touch the location, use STM32F103ZET6 comes with A / D converter to the direct control of the four-wire resistive touch screen touch screen controller STM32F103ZET6 detecting a touch 2 苏州大学本科生毕业设计(论文) and calculates the contact coordinates. Then STM32F103ZET6 through the I / O interface TFT LCD module communication will be processed effective information displayed TFT LCD screen. STM32F103ZET6 built-in CAN-bus controller CAN bus interface can directly from STM32F103ZET6 the pin leads, through I / O interface TFT LCD module communication will be processed effective information through the TFT LCD display. Used for communication completion of the real information collection, setting parameters. In today's age of technology, liquid crystal display device has become the transmission of information overriding tool for everyone in their lives, one way or another liquid crystal devices dealing with graphic LCD drawing and display character features will be more conducive for uspricey our quality of life, there are great prospects for development. Keywords: Human machine interface;Liquid crystal graphic display;ARM; RS232 interface 3 苏州大学本科生毕业设计(论文) 第一章 前言 1.1研究的背景及意义 近几年液晶显示技术发展迅猛，TFT 真彩屏在人们的生活中处处可见，譬如手机、地铁闸机口、车载导航影音和自动取款机等设备。目前同行业之间产品的竞争俞演俞烈，传统的单色屏显然已经无法满足产品的功能需求和用户体验，特别是高清图片、Flash 动画模拟的显示。另一方面，TFT 屏生产成本不断下降，越来越多的开发者开始青睐真彩屏，因此真彩屏取代单色屏是未来必然的趋势。 当前国内大多工业控制处理器还集中在8051、PIC、AVR等平台，由于这些处理器都不支持TFT 控制外设。随着显示技术和嵌入式技术的迅速发展，基于嵌入式技术的显示系统得到了广泛应用，在工业控制领域中，显示系统作为实现人机交流可视化效果的途径之一，对其图像质量、显示等功能逐渐提出更多更高的要求。针对目前国内串口屏产品存在的图像显示质量不高，设计了一种用嵌入式ARM系统作为开发平台，可以显示图形、曲线等内容，同时具有清晰图像显示，支持RS-232 通信协议的串口型液晶显示屏，使其在工业控制领域需要串口型清晰显示的场合发挥更大的作用。 时间就是金钱，谁先占有市场谁就掌握主动权。串口HMI 的诞生，彻底将用户控制和显示部分分离出来。用户无需更改自己的核心控制代码，只需增加串口发送接收函数，即可让自己的产品快速升级到真彩屏时代。 HMI是Human Machine Interface 的缩写，“人机接口”，也叫人机界面。人机界面(又称用户界面或使用者界面)是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介， 它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在 着人机界面。串口型HMI 是集GUI、图片下载、触摸、存储及显示于一体的人机界面。 近年来许多作者对HMI做了许多研究。隋宗强，李立伟，张洪伟对基于ARM的图形液晶显示的研究做了一定的探讨,分析了基于ARM的图形液晶显示器的硬件电路以及程序设计。利用Realview Devolementsuite开发工具，设计出一个基于ARM的图形液晶显示屏,能达到与程序运行相符合的显示结果。即通过更改、调试程序,最终实现静态显示、动态垂直向上向下滚屏显示、左右半屏从右至左逐字显示、全屏从左至右逐字显示汉字的功能,其他功能的实现有待进一步的研究。 4 苏州大学本科生毕业设计(论文) 1.2 图形液晶介绍 液晶显示器，或称LCD(Liquid Crystal Display)，为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。 LCD有如下特点: 1. 机身薄，节省空间:与比较笨重的CRT显示器相比，液晶显示器只要前者三分之一的空间。 2. 省电，不产生高温:它属于低耗电产品，可以做到完全不发热(主要耗电和发热部分存在于背光灯管或LED)，而CRT显示器，因显像技术不可避免产生高温。 3. 低辐射，益健康:液晶显示器的辐射远低于CRT显示器(仅仅是低，并不是完全没有辐射，电子产品多多少少都有辐射)，这对于整天在电脑前工作的人来说是一个福音。 4. 画面柔和不伤眼:不同于CRT技术，液晶显示器画面不会闪烁，可以减少显示器对眼睛的伤害，眼睛不容易疲劳。 现在的时代其实还是模拟时代，而未来的时代从目前的发展趋势来看是数字时代。显示器智能化操作，数字控制、数码显示是未来显示器的必要条件。随着数字时代的来临，数字技术必将全面取代模拟技术。 不过从另一个方面讲液晶显示器的数字接口现在并不普及，还远远没有到应用领域。从理论上说，液晶显示器是纯数字设备，与电脑主机的连接也应该是采用数字式接口，采用数字接口的优点是不言而喻的。首先可以减少在模数转换过程中的信号损失和干扰;减少相应的转化电路和元件;其次不需要进行时钟频率、向量的调整。 本课题研究就是通过嵌入式微处理器来控制液晶显示屏，嵌入式系统(System on Chip，SOC)是一种将处理器的计算核心和一定的外部设备集成在一个单片芯片上而构成类似单片机的一种处理器芯片。近年来,随着低价格,高性能ARM芯片的出现,尤其以ARM CORTAX-M3最为突出。嵌入式系统被应用于高速信号采集,语音处理,图像分析处理等领域中,并显示出巨大的优越性:智能彩色液晶显示器具有显示直接美观,便于操作的特点,被用作各种便携式系统的显示前端:它一般采用工业级的高频CPU，可以自行对接收的命令和数据进行处理，因而能够提高用户端接口的软件开发效率:一般的液晶显示仍采用烦琐的点阵操作来显示汉字和图形,而这又增加了软件开发的难度:为了解决这些问题,本文将提出了基于ARM嵌入式系统控制的智能彩色液晶显示器的接口设计方法,从而有效地解决了上述问题: 5 苏州大学本科生毕业设计(论文) 第二章 微处理器介绍 2.1 微处理器介绍 微处理器用一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部 逻辑部件的功能。微处理器与传统的中央处理器相比，具有体积小、重量轻和容件和算术 易模块化等优点。微处理器的基本组成部分有:寄存器堆、运算器、时序控制电路，以及数据和地址总线。微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机 嵌入式微处理器在嵌入式系统中位于核心地位。嵌入式微控制器通常是以某种微处理器的内核为核心，然后根据应用在芯片内部集成各种必要功能部件和外设，这些部件和外设主要包括:RAM、ROM/EPROM、Flash RAM、EEPROM、总线、总线逻辑、看门狗、定时/计数器、I/O、串行口、脉宽调制输出、D/A和A/D等。根据不同的应用需求来定制功能和外设，可以使一个系列的嵌入式系统SOC(system on chip)衍生出多个产品。每种衍生产品具有相同的处理器内核，而具有不同的存储器、外设6和功能。这样可以通过单片机最大限度地匹配应用需求来减少整个系统的功耗和成本。嵌入式处理器目前主要有Aml86/88、386EX、SC(400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。ARM处理器为RISC(精简指令集)芯片，其特点为结构简单，内核小，器件的功耗也非常低。 2.2 ARM微处理器芯片 目前，几乎所有的智能手机和MID，使用的都是ARM芯片。这种芯片相比Intel公司的芯片，指令集较简单，所以功耗低、成本低，特别适用于移动设备。随着性能不断提高，它已经开始装备上网本和平板电脑。 它的名字ARM，指的是英国芯片设计公司ARM Holdings。这家公司自己不制造芯片，专门授权其他公司制造。因此，市场上有多家公司生产多种ARM芯片。再加上，ARM公司目前主要授权三个系列的芯片设计----ARM 9、ARM 11和Cortex。 2.2.1 STM32F103ZET6 芯片性能特点 选用STM32F103ZET6微控制器，驱动TFT-LCD和触控板，该微控制器是ST公司生产的32位RISC处理器，基于ARM公司的CORTAX-M3 内核，拥有64KB RAM，512KB 6 苏州大学本科生毕业设计(论文) NORFLASH、1个USB 2.0接口、1个CAN接口、8个定时器、5个USART接口，3个 2212位ADC模数转换器、2个12位数模转换器、112个通用I/O口，2个个接口，2个SICI接口，3个SPI接口，12通道DMA控制器、支持8080模式LCD并行接口，可直接支持8080 总线接口的LCD 控制器。STM32F103ZET6 微控制器的工作频率高达72MHZ，运算速率高达1.25MIPS，具有良好的功能和适用性，且价格低廉，在工业控制领域中有着大量的应用。 2.2.2 STM32F103ZET6系统构成 RX URAT 接口 PE TX STM32 TFT-LCD PD 处理器 液晶屏 SCK SPI 接口 MISO PA1 MOSI 图2.1 系统结构 由上图可知，液晶触摸显示屏系统主要由微控制器STM32F103、TFT液晶屏模块、四线电阻触摸屏以及与外界通信的CAN总线接口组成。硬件模块连接如图,所示，其中四线电阻触摸屏的触摸检测装置安装在,,,液晶屏前面用于检测用户触摸的位置，本利用STM32F103自带A/D 转换功能，由STM32F103实现触摸屏控制器的功能来直接控制四线电阻触摸屏，检测触摸信息并计算出触点坐标。然后STM32通过I/O接口与TFT液晶屏模块通信，将处理好的有效信息通过TFT液晶屏显示出来。 7 苏州大学本科生毕业设计(论文) 2.3 Keil开发环境与C语言 2.3.1 keil开发环境 ARM推出全新的针对各种嵌入式处理器的软件开发工具，集成Keil μVision3的RealView MDK开发环境。RealView MDK开发工具KeilμVision3源自Keil公司。RealView MDK集成了业内领先的技术，包括Keil μVision3集成开发环境与RealView编译器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核处理器，自动配置启动代码，集成Flash烧写模块，强大的 Simulation设备模拟，性能分析等功能，与ARM之前的工具包ADS等相比，RealView编译器的最新版本可将性能改善超过20%。 2.3.2 C语言程序设计 C是高级语言:它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。 C是结构式语言:结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C 语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。 C语言功能齐全:具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序效率更高。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大，可以实现决策目的的游戏。 C语言适用范围大:适合于多种操作系统，如Windows、DOS、UNIX等等;也适用于多种机型。C语言对编写需要硬件进行操作的场合，优于其它高级语言，有一些大型应用软件也是用C语言编写的。 C语言应用指针:可以直接进行靠近硬件的操作，但是C的指针操作不做保护，也给它带来了很多不安全的因素。C++在这方面做了改进，在保留了指针操作的同时又增强了安全性，受到了一些用户的支持，但是，由于这些改进增加语言的复杂度，也为另一部分所诟病。Java则吸取了C++的教训，取消了指针操作，也取消了C++改进中一些备受争议的地方，在安全性和适合性方面均取得良好的效果，但其本身解释在虚拟机中运行，运行效率低于C++/C。一般而言，C，C++，java被视为同一系的语言，它们长期占据着程序使用榜的前三名。 C语言文件由数据序列组成:可以构成二进制文件或文本文件常用的C语言IDE(集成开发环境)有Microsoft Visual C++，Dev-C++，Code::Blocks，Borland C++，Watcom C++，Borland C++ Builder，GNU DJGPP C++，Lccwin32 C Compiler 3.1，High C，Turbo 8 苏州大学本科生毕业设计(论文) C，C-Free，win-tc,xcode(mac os x)等。 顺序结构: 顺序结构的程序设计是最简单的，只要按照解决问题的顺序写出相应的语句就行，它的执行顺序是自上而下，依次执行。 选择结构: 顺序结构的程序虽然能解决计算、输出等问题，但不能做判断再选择。对于要先做判断再选择的问题就要使用选择结构。选择结构的执行是依据一定的条件选择执行路径，而不是严格按照语句出现的物理顺序。选择结构的程序设计方法的关键在于构造合适的分支条件和分析程序流程，根据不同的程序流程选择适当的选择语句循环结构 循环结构: 可以减少源程序重复写的工作量，用来描述重复执行某段算法的问题，这是程序设计中最能发挥计算机特长的程序结构，C语言中提供四种循环，即goto循环、while循环、do while循环和for循环。四种循环可以用来处理同一问题，一般情况下它们可以互相代替换，但一般不提倡用goto循环，因为强制改变程序的顺序经常会给程序的运行带来不可预料的错误。 2.3.3在keil环境下编写C语言 图2.2 keil编写C语言界面 9 苏州大学本科生毕业设计(论文) 第三章 串行接口 3.1 RS232简介 目前RS232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行借口。RS232被定义为一种 在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端。RS232采取不平衡传输方式，即所谓单端 通讯。收、发端的数据信号是相对于信号地。RS232C标准接口有25条线:4条数据线、 11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根。 3.1.1 RS232的接口定义(DB9) 表3.1 RS232管脚介绍 管脚 信号 描述 1 CD 载波检测 2 RXD 接收 3 TXD 发送 4 DTR 数据终端准备好 5 GND 信号地 6 DSR 通信设备准备好 7 RTS 请求发送 8 CTS 允许发送 9 RI 振铃 3.1.2 RS232总线电平定义 数据发送TXD与接收线RXD(为负逻辑) 逻辑1(MARK):-3V到-15V，对应TTL电平的“1” 联络控制信号(RTS、CTS、DTR、DSR、DCD) 信号有效(接通，ON状态，正电压):+3V到+15V 信号无效(断开，OFF状态，负电压):-3V到-15V RS232电平和TTL电平之间需要转换，常用转换芯片为MAX232(5V)、MAX232(3.3V)、 SP232(3.3V)等。下图使用MAX232来转换: 10 苏州大学本科生毕业设计(论文) 图3.1 RS232电平和TTL电平之间的转换 3.1.3 RS232接线方式 三线制和多线制，简化三线制:两个设备间接受和发送交叉，信号地相连。 图3.2 RS232接线方式 11 苏州大学本科生毕业设计(论文) 3.1.4 RS232串口设置 波特率:常用的数据传输速率有50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200bps等。 数据位:标准的值是5、7和8位，如何设置取决于你想传送的信息。比如标准的ASCII码是0-127(7位);扩展的ASCII码是0-255(8位)。 停止位:用于表示单个包的最后一位，典型的值为1,1.5和2位。 奇偶校验位:在串口通信中一种简单的检错方式。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位(数据位后面的一位)。 RS232数据传输格式，串行通信中，线路空闲时，线路TTL电平总是高，经反向RS232的电平总是低。一个数据的开始。RS232线路为高电平，结束时RS232为低电平。数据总是从低位向高位一位一位的传送。 3.2 RS485介绍 3.2.1 RS485性能特点 1. RS-485的电气特性:逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~6)V表示;逻辑“0”以两线间的 电压差为-(2~6)V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯 片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。 2. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。 3. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声 干扰性好。 4. RS-485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mbps，传输速率与传输距离 成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的 距离，需要加485中继器。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485 芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。 3.2.2 RS485 接口 RS485接口组成的半双工网络，一般是两线制(以前有四线制接法，只能实现点对点的通信方式，现很少采用)，多采用屏蔽双绞线传输。这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式， 12 苏州大学本科生毕业设计(论文) 即一个主机带多个从机。很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB-9(孔)，与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9(针)。 另有一个问题是信号地，上述连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有二个原因: (1)共模干扰问题: RS-485接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7,+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中 共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。 (2)EMI(电磁兼容性)问题:发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道(信号地)，信号中的共模部分就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。 由于PC机默认的只带有RS232接口，有两种方法可以得到PC上位机的RS485电路: (1)通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号，对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离栅的产品。 (2)通过PCI多串口卡，可以直接选用输出信号为RS485类型的扩展卡。 RS232使用12V,0,-12V电压来表示逻辑，(-12V表示逻辑1，12V表示逻辑0)，全双工，最少3条通信线(RX,TX,GND)，因为使用绝对电压表示逻辑，由于干扰，导线电阻等原因，通讯距离不远，低速时几十米也是可以的。 RS422，在RS232后推出，使用TTL差动电平表示逻辑，就是两根的电压差表示逻辑，RS422定义为全双工的，所以最少要4根通信线(一般额外地多一根地线)，一个驱动器可以驱动最多10个接收器(即接收器为1/10单位负载)，通讯距离与通讯速率有关系，一般距离短时可以使用高速率进行通信，速率低时可以进行较远距离通信，一般可达数百上千米。 RS485，在RS422后推出，绝大部分继承了422，主要的差别是RS485可以是半双工的，而且一个驱动器的驱动能力至少可以驱动32个接收器(即接收器为1/32单位负载)， /接收当使用阻抗更高的接收器时可以驱动更多的接收器。所以现在大多数全双工485驱动器对都是标:RS422/485的，因为全双工RS485的驱动/接收器对一定可以用在RS422网络。 13 苏州大学本科生毕业设计(论文) 第四章 迪文液晶应用设计 4.1 文本、曲线、图片、图标和动画的显示方法 4.1.1 文本显示方法 表4.1 文本显示所需指令: 说明 指令 0x40 设置调色板。 0x42 取指定位置颜色到背景色调色板。 0x41 设置字符显示间距。 0x45 设置/取消文本框限制。 0xE0 配置显示方式: oPARA1.2: 0=正常显示 1=偏转 90显示 PARA2.4(仅H600、K600+支持):0=文本显示时自动回复背景 1=按照指定的 背景显示文本 0x53 显示 8×8 点阵的 ASCII 字符串，对应 0x00 字库。 0x6E 显示 12×12 点阵的 GBK 中文字符串，对应 0x20 字库(中文)和 0x00 字 库(ASCII)。 0x54 显示 16×16 点阵的 GBK 中文字符串，对应 0x21 字库(中文)和 0x00 字 库(ASCII)。 0x6F 显示 24×24 点阵的 GB2312 中文字符串，对应 0x22 字库(中文)和 0x00 字 库(ASCII)。 0x55 显示 32×32 点阵的 GB2312 中文字符串，对应 0x23 字库(中文)和 0x00 字 库(ASCII)。 0x98 显示任意点阵、任意编码方式的字符串，对应客户指定的字库;但是GB2312 和GBK模式下的ASCII字符使用0x00字库。 0x9C 使用图标来显示，图标背景色自动滤除，并且显示前先用当前页面恢复背景。 0x9D 使用图标来显示，图标背景色会自动滤除。 0xC10 基于暂存缓冲区的参数显示，HMI 自动完成参数的识别和显示。 1.在程序中直观的引用文本(以C语言为例) Uchar *HZSTR="汉字显示OK"; Uint x,y,color; Prints (0x54,x,y,HZSTR) //16点阵GBK中文字符串显示，(x,y)是坐标位置。 2.对文本框格式控制 14 苏州大学本科生毕业设计(论文) (1)0x41指令设置字符间距 dx=0 dy=12 (2)0x45指令设置文本框 (Xs,Ys) (Xe,Ye) 使用0x98指令显示文本，用0x0D、0x0A做换行控制， C Mode.6=0不显示背景颜色 , 3.文本滚动显示 有些应用中，由于显示区域大小局限，或者为了引起用户注意，需要进行文本滚动显示。 把整个文本看成一个字符串指针(数组)，滚动其实就是不断修改显示起始位置的结果，横向文本滚动(单行文本框滚动显示)使用0x71和0x98指令配合实现，流程如下: (1)先使用0x71指令恢复显示区域的背景; C(2)使用0x98指令显示指针指定位置开始的文本(注意Mode=0，无背景颜色显示文, 本); (3)修改指针位置; 定时重复(1)到(3)即实现了文本的滚动显示。 4.1.2液晶屏中曲线的显示方法 表4.2 曲线显示所需指令 指令 说明 0x40 设置调色板。 0x56 按照指定点连线 0xC106 使用暂存缓冲区数据缩放显示带窗口限制双向折线图。 1.通过曲线移动实现实现动态曲线 (1)用0x71指令恢复(X,Ymin)(X+dX,Ymax)区域的背景图片以擦除原来的曲线显示; (2)使用0x40指令设置前景色为红色，使用0x56连线指令把(X，Y1now-1)和(X+dx，Y1now)连线，画出红色曲线; (3)使用0x40指令设置前景色为绿色，使用0x56连线指令把(X，Y2now-1)和(X+dx，Y2now)连线，画出绿色曲线; (4)使用0xD0指令强制刷新显示一次，确保看到曲线的平滑移动; (5)X=x+dx; (6)重复(1)到(5)步 由于串口通信速度和指令执行时间限制，曲线移动方式实现的动态曲线显示方式只适合低采样率的场合(一般不超过10次/秒). 15 苏州大学本科生毕业设计(论文) 2.通过窗口移动实现并有缩放和历史回放功能 借助暂存缓冲区，我们可以把曲线“暂存”在HMI中，当前显示窗口不过是整个曲线的一个“片段”而已，通过修改显示的缓冲区起始地址，可以非常方便的实现曲线移动和历史回放。 0xC106指令对暂存的缓冲区的曲线进行自动比例缩放显示，并对曲线窗口越界进行判断。 4.1.3液晶屏中图片、图标和动画的显示方法 表4.3图片、图标和动画显示所需指令 指令 说 明 0x70 显示保存在终端中的一幅全屏图片。 0x71 从保存在终端中的一幅图片上剪切一个区域粘贴到当前显示页面的指定位置。 0x9C 从保存在终端中的一幅图片上剪切一个区域，过滤掉背景后粘贴到当前显示页 面的指定位置。 0x9D 从保存在终端中的一幅图片上剪切一个区域，过滤掉背景后粘贴到当前显示页 面的指定位置; 在粘贴前先自动执行一次 0x71 指令，用当前页面恢复背景。 0x9E 从保存在终端中的一幅图片上剪切一个区域，旋转指定角度后，粘贴到当前显 示页面的指定位 置;粘贴可以选择是否过滤掉背景色。仅 H600、K600+支持。 0x97 显示 ICON 图标库中的一个图标。仅 K600+支持。 0xE2 保存当前显示图片到终端中。 0x59 以前景色显示矩形框。 0x69 以背景色显示矩形框。 0x5A 以背景色填充矩形区域。 0x5B 以前景色填充矩形区域。 0x5C 对指定矩形区域进行反色操作(再反色将恢复原来显示)。 0x64 对指定的封闭区域进行填充。 0x9A 开启/关闭自动指令循环;指令配置文件保存在 0x1C 字库位置。 1.进度条显示 16 苏州大学本科生毕业设计(论文) 4.1 进度条显示画面 以上面的进度条为例，进度条的实现包括以下5步(更炫的水晶进度条用图标剪切方式来实现): (1)先用0x40指令设置好前景色(黑色边框)、背景色(白色背景); (2)用0x59画出黑色边框，用0x5A填充白色背景; (3)用0x40设置好前景色(黑色字体)、背景色(蓝色进度); (4)按照进度，用0x5A指令进行蓝色进度条的填充; C(5)把进度值显示出来，显示使用无背景文本显示(0x98，Mode.6=0). , 2 图标叠加显示 图4.2 图标叠加显示 有时候需要在图片上叠加显示图标(比如上图左下角的电池图标)，使用0x9D指令实现。 先设计好图标，保存在一幅图片上，注意图标背景(比如图中的灰色)必须是纯色，如下图所示: 图4.3 一组需要叠加的图标 使用0x9D指令根据需要剪切相应的区域，粘贴到需要的位置。 3.备份和恢复当前界面 17 苏州大学本科生毕业设计(论文) 图4.4 温度曲线液晶显示为例 如上图所示，应用中经常会遇到“临时中断”当前界面的情况。 (1)弹出窗口前，先把当前显示用 0xE2 指令备份保存在一个空余图片位置; (3)窗口操作完成后，使用 0x70 指令把原来保存的界面恢复出来。 4.2 系统配置和外设 表4.4 系统配置和外设使用的指令 指令 说 明 0x5E 关闭背光或设置触控背光模式。 0x5F 调节背光亮度。 0x79 蜂鸣器鸣叫指定长度时间。 0x9B 在当前界面 叠加/关闭叠加 RTC 时钟显示。 0x9B5A 读取 RTC 公历时间。 0x9B5B 读取 RTC 农历时间。 0xE7 调整 RTC 时间。 0xE0 配置背光、蜂鸣器、显示视角、串口模式，参数掉电不保存。 0x90 写内部数据库。 0x91 读内部数据库。 0x7A HMI 和视频功能切换。 0xD0 强制刷新一次全屏显示(仅 K600、H600、K600+支持)。 1.RTC时钟:绝大多数迪文HMI都内置有20000-2099的RTC时钟，可以使用指令修改或读取也可以按照用户要求在指定的背景图片上自动叠加显示(HM内置有备份电池，断电后RTC仍旧正常进行)。 18 苏州大学本科生毕业设计(论文) 2.背光亮度调整和屏保亮度设置:只要是LED背光的迪文HMI，均支持64级背光亮度调整; 极少数CCFL背光HMI，考虑到亮度调整会影响灯管寿命和显示效果，只支持背光开关控制。 在应用中，有时候需要进行屏保亮度控制，即: (1)用户正常操作时，亮度正常，假设为L1亮度; (2)用户长时间不点击触摸屏或者键盘时，把亮度低到L2亮度; (3)亮度L2屏保时，用户再次点击触摸屏或者键盘时，第一次点击被忽略，但亮度调高到L1。 这种需求，对于带有触摸屏的HMI，可以使用0x5E和0xE0指令配合设置一次即可。 3.视角调整:通过0xE0(或者0xE3)指令调整，迪文HMI可以实现任意视角的软件调整显示，如下图所示: PARA1.2=0 PARA2.5=1 PARA1.2=1 PARA2.5=1 PARA1.2=0 PARA2.5=0 PARA1.2=1 PARA2.5=0 图4.5 图形液晶的视角调整 上面图片上的“迪文科技”都是使用文本显示指令写在(0,0)位置的，图片下载时须在工具栏进行相应的设置，如下图所示: 图4.6 文本显示设置 oooooo 工具栏选择: : 。 0,0和18090,90和270 4. 迪文HMI内置最大30.063MB(30MB顺序存储，64KB随机存储)NAND Flash数据库，可以通过0x90、0x91指令进行读写，以方便用户二次开发数据记录、存储功能。 19 苏州大学本科生毕业设计(论文) 4.3 触摸屏界面功能的实现 如今触摸屏的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询:如电信局、银行等部门的业务查询，工业自动化行业的人机界面显示等等。 4.3.1 触摸屏原理 触摸屏的基本原理是用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置(以坐标形式)由触摸控制器检测，并通过接口(如RS232串行口)送到CPU。从而确定输入的信息。 触摸屏系统一般包括两个部分:触摸屏控制器和触摸检测装置。 触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收接触信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。 触摸检测装置一般安装在显示器的前端，主要作用是检测用户的触摸位置，并传送给触摸屏控制卡。 表4.5 触摸屏界面功能实现所需的指令 指令 说 明 0xE4 触摸屏校准。 0xE0 配置触摸屏处理模式，参数掉电不保存。 0xE3 配置触摸屏处理模式，参数掉电保存。 0x7C 使用触摸屏输入 ASCII 字符或中文，仅 H600、K600+支持。 0x72 HMI 上传数据:触摸坐标位置。 0x73 HMI 上传数据:触摸坐标位置。 0x78 HMI 上传数据:触控键码。 0x79 HMI 上传数据:触控键码。 配置文件 说 明 0x01 如果使用触摸屏中文输入法，须在 0x01 位置下载 GBK 词库。 0x1A 触控指令文件，用于保存用户需要特殊回传的指令。 0x1E 触控切换配置文件，使用迪文提供的 PC 工具软件生成。 20 苏州大学本科生毕业设计(论文) 4.3.2触控界面的设计 图4.7 触控界面的设计 触控界面开发的步骤: 第一步:先设计好和HMI物理分辨率相同的用户界面，并下载到HMI(终端)中; 第二步:使用“迪文触控界面配置软件”生成配置文件; 第三步:把配置文件下载到HMI(终端)中，0xE0指令配置HMI为触控模式; 第四步:配合界面切换写一些辅助代码，比如曲线、参数的刷新，参数录入等。 调试、定版。触摸屏参数的录入可以使用0x7C指令，0x7C指令让用户指定一个输入返回的ID，作为“消息”以触发用户程序进行相应的处理。HMI处理0x7C指令期间，除触摸屏完全由HMI处理，不在返值给用户外，HMI其它功能都正常，即输入法期间，用户CPU可以正常处理其它程序而不用等待触摸屏返回，很方便的实现多任务调度。 4.3.3触摸屏功能的实现 液晶屏上显示的起始界面如图4.8所示，当我们用手触摸“下翻”时，由触摸屏原理可知，此时CPU接受到这个信息同时发出一条指令，使液晶屏切换到另一个画面，如图4.9所示，图4.9是在图4.8的基础上在“下翻”这个按钮上做了一点改变，使图片中的这个按钮有被按下去的感觉，由于切换画面的速率很快，肉眼分辨不出来，所以给人的感觉就是图4.9中“下翻”按钮被按下去了，从而实现了触摸屏的功能，画面切换的同时，由上面触控界 21 苏州大学本科生毕业设计(论文) 面设计可知，此时会回传一个代码。同理当“按切换生产订单”时，效果如图4.10所示: 图 4.8 起始画面 图 4.9 停机原因选择画面 22 苏州大学本科生毕业设计(论文) 图4.10 生产订单选择换面 图4.11 生产订单切换画面 图4.12 数字键盘画面 23 苏州大学本科生毕业设计(论文) 4.4 产品设计 本课题研究的是一种属于液晶显示屏控制技术领域的基于ARM的液晶显示屏控制电路，包括STM32F103ZET6， RS232接口，液晶显示模块。图4-11为图形液晶显示整体设计图，本实验选用的是ARM芯片， ARM串行接口与RS232接口相连，通过RS232接口与PC机之间进行通讯;ARM的I/O口与液晶显示模块相连，将经过处理的显示数据传输给液晶显示模块以驱动液晶屏。选用STM32F103ZET6作为处理器，提高了液晶显示屏控制电路处理数据的能力，满足了液晶屏控制电路需要处理的数据位数增加和数据量成倍增长的要求。系统抗干扰性强、工作稳定，与外围接口方便、功能强。 串口接口 串行接口 LCD触摸 STM32 PC机 屏模块 图4.13 系统框图 最后根据设计原理做出实物电路，实物图如图4.14所示: 24 苏州大学本科生毕业设计(论文) 4.14 图形液晶显示实物图 25 苏州大学本科生毕业设计(论文) 图4.15数字键盘运行界面 图4.16 停机原因运行界面图 26 苏州大学本科生毕业设计(论文) 第五章 结论 随着触控面板(Touch Panel)技术、平板显示(Flat Panel Display)技术、EMR电磁感测定位技术、现代多媒体计算机技术和通信网络技术的发展，使交互式人机界面也取得了长足的进步。结合LCD液晶显示技术、触控面板技术以及EMR电磁感应侦测技术的优势，从而建立更友好更高效更节能更自然的移动人机界面平台。交互式液晶显示技术可以用于医疗、军事、娱乐、CAD设计、平板电脑、智能手机、ATM机、工业自动化控制等领域，已成为当前世界上显示技术领域研究的一个热点。现在的社会已经步入了一个沟通和交互的年代，人与人之间沟通不再是简单的上传下达，而更加习惯于信息的交互。在商务会议、课堂教学、艺术创作、工程设计中，也同样希望通过多媒体信息的交互来把要传递的内容与受众互动起来，提升受众的参与感，进而提升信息传递和沟通效率 STM32F103ZET6的数据线、地址线、控制线与第一存储器、第二存储器相本文中， 连，芯片串行接口与RS232接口相连，通过RS232接口与PC机之间进行通讯;STM32F103ZET6的I/O口与液晶显示模块相连，将经过处理的显示数据传输给液晶显示模块以驱动液晶屏，这样我们通过控制PC机，液晶屏上可以实现任意图形字符的正常显示、翻页、滚屏、闪烁等功能，从而建立良好的人机交换界面。由于C语言语言简洁、紧凑，使用方便灵活，而且可读性和可移植性好，设计空间大，大大缩短了程序开发，调试时间。 27 苏州大学本科生毕业设计(论文) 参考文献 [1] 刘建军，张传胜. 基于SMT32人机接口设计与实现[J].长春工业大学学 报.2012,33(6):33,45 单片机与LCD 的串行接口设计与实现[J]。图形 [2] 张颖超，施亮，吴士芬. 示.2010,04(4):73,76 [3] 邢丽华，高志鹏，马洪峰.人机界面产品的架构解析[J].工业控制计算机. 2011.23(12):91,97 [4] 迪文工业串口屏用户软件开发指南[M].2012.03 [5] 隋宗强，李立伟，张洪伟. 基于STM32单片机的EMS液晶显示触摸屏设计[J].通 信电源技术2012,29(3):171,173 [6] 谭浩强. 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