【正文】 ation, banking and electricity and street information searching. In addition, touch screen is widely used in office, industrial control, military, electronic games, ordering services, multimedia teaching and real estate market. This design is a TFT touch screen of a modeled on real life calculator, and transplanted to its function calculator designed for operation on the touch screen Meanwhile, thanks to the advancement of technologies and wider use of DSP， a multitude of mature products e hard on wheels of another. CortexM3 processor, one based on ARMv7M shipped by ARM, is energyefficient with few gate accounts, little postponement of interruption as well as convenience of debugging. This paper, using S7000 experiment board with CortexM3 as core processor, TFT liquid crystal touch screen and Keil uVision4 software, explores a fraction of design of touch screen puting program which is downloaded to the experiment board so as to showcase the rationale and fruits of the touch screen technology. Key words:： Touch screen technology, CortexM3 Embedded System, Keil uVision4 Software Platform 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 5 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 0 引言 隨著多媒體信息查詢的與日俱增 ,人們越來越多地談到觸摸屏 ,因?yàn)橛|摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備 ,它是目前最簡單、方便、自然的 隨著技術(shù)的不斷的進(jìn)步，即使許多從未使用過電腦的人也能很快的上手通過它來操作各類電子產(chǎn)品。同時(shí) 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)。觸摸屏作為一種新型的人機(jī)界面，從一出現(xiàn)就受到關(guān)注。它的簡單易用，強(qiáng)大的功能及優(yōu)異的穩(wěn)定性使它非常適合于工業(yè)環(huán)境，甚至可以用于日常生活之中，應(yīng)用非常廣泛，比如：自動化停車設(shè)備、自動洗衣機(jī)、天車升降控制、生產(chǎn)線監(jiān)控等，甚至可以用于智能大廈管 理、會議室聲光控制、溫度調(diào)整?? 觸控技術(shù)可以將這些應(yīng)用改進(jìn)為采用幾項(xiàng)現(xiàn)有觸控技術(shù)之一的計(jì)算機(jī)。觸摸屏是用戶和計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)互動的最簡單、最直接的方式。盡管觸摸屏技術(shù)相對較新（有兩家大型觸摸屏制造商聲稱在 70 年代開始運(yùn)營），但是用戶和觸摸屏交互的基本方式已非常久遠(yuǎn)：你的手會伸向你想要的東西。這幾乎是所有兒童和成人的本能。 各行各業(yè)的公司都已成功地將觸摸屏的效用發(fā)揮到各自的應(yīng)用中。航空公司使用它來模擬機(jī)艙、訓(xùn)練飛行員駕駛飛機(jī)；房地產(chǎn)公司通過它使購房者能夠在彈指之間觀看商品房的全彩圖像；賀卡公司使用它來讓客 戶創(chuàng)建自己的個(gè)性化卡片；餐館飯店使用它來簡化店內(nèi)的 POS 終端；醫(yī)科學(xué)校使用它來教導(dǎo)護(hù)士學(xué)員如何應(yīng)對危機(jī)狀況。 觸摸屏的這 5 個(gè)基本種類是：電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏 ,表上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 6 面聲波技術(shù)觸摸屏、紅外線掃描技術(shù)觸摸屏、矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏。這是從 技術(shù)原理上對觸摸屏的分類，矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏己退出歷史舞臺 。每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，而用戶也知道不可能所有的應(yīng)用場合都是某一類觸摸屏最適合。要想挑選最適合的，關(guān)鍵就要了解每一類觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)。 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是利用一個(gè) TI 公司生產(chǎn)的，搭載了四線電阻 TFT 液晶顯示模塊的 CortexM3 實(shí)驗(yàn)板，設(shè)計(jì)的一個(gè)簡單的觸摸屏計(jì)算器。是一款簡單實(shí)用的觸摸屏產(chǎn)品，通過本設(shè)計(jì)，可以了解和展示觸屏功能的簡單原理和技術(shù)特點(diǎn)，并利用 Keil uVision4 這一款強(qiáng)大的嵌入式編程軟件，用 C 語言進(jìn)行相關(guān)軟件部分的開發(fā)，并將通過編譯的代碼，下載到開發(fā)板上，完成實(shí)際的嵌入式功能應(yīng)用，從而完成本次設(shè)計(jì)。 1 觸摸屏技術(shù)原理和分類 本次設(shè)計(jì) 主要的特點(diǎn)是一個(gè)帶觸摸屏功能的數(shù)字計(jì)算器，所以首先介紹觸摸屏的分類和工作原理。 觸摸屏 簡介 觸摸屏是最方便、 簡單、自然的輸入手段，完全不懂電腦的人可以上來就操作電腦。用戶看著顯示內(nèi)容，想選什么就簡單地用手觸摸一下。通過觸摸屏，人們可以盡情的游暢于您的應(yīng)用軟件，查詢他們感興趣的信息。 既然觸摸屏是最適合信息查詢的輸入設(shè)備，各發(fā)達(dá)國家都積極的進(jìn)行著觸摸屏的研制開發(fā)，猶如 PC 從 28 386 發(fā)展到奔騰機(jī)一樣，觸摸屏也從低檔向高檔發(fā)展，從紅外線式、電阻式走到電容感應(yīng)式，現(xiàn)在發(fā)展到了表面聲波觸摸屏和五線電阻觸摸屏。性能越來越可靠，技術(shù)越來越先進(jìn)，如美國的 EloTouch 表面聲波觸摸屏，安裝的是一塊沒有任何貼膜覆層的純玻璃，不管是從清晰度還是從耐用程度上都昭示著觸摸屏成熟產(chǎn)品時(shí)代的到來。由于觸摸屏本身的特點(diǎn)，對觸摸屏的要求除了要求非常透明、精上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 7 確定位之外，還要求它長時(shí)間保持準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定可靠、不影響美觀和不容易被破壞。因此，評判一種觸摸屏技術(shù)的優(yōu)劣，主要就是從這幾點(diǎn)來考察 觸摸屏分類 針 對目前國內(nèi)市場上 主流觸摸屏技術(shù)，一般分為 矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏 ， 表面聲波觸 摸屏、電阻觸摸屏、電容感應(yīng)觸摸屏、紅外線觸摸屏 。 其中矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺。觸摸屏紅外線價(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；電容觸摸屏設(shè)計(jì)理論好，但其圖象失真問題很難得到根本解決；電阻屏的定位準(zhǔn)確，但其價(jià)格頗高，且怕刮易損。表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰抗暴，適于各種場合，缺憾的是觸摸屏表面的水滴、塵土?xí)褂|摸屏變的遲鈍，甚至不工作。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，我們把觸摸屏分為四種，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，下面就對上述的各種類型的觸摸屏進(jìn)行簡要介紹 。 電阻式觸摸屏 電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合 的電阻薄膜屏，這是一種多層的復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層叫 ITO 的透明導(dǎo)電層，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)表面也涂有一層導(dǎo)電層（ ITO 或鎳金），在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)?。ㄐ∮谇Х种挥⒋纾┑耐该鞲綦x點(diǎn)把它們隔開絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了一個(gè)接觸，控制器偵測到這個(gè)接通并計(jì)算出 X、 Y 軸的位置，這就是所有電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 8 導(dǎo)電層 導(dǎo)電層防刮硬塑料層手指觸摸點(diǎn)位置玻璃基層+50V透明隔離點(diǎn) 圖 電阻觸摸屏的結(jié)構(gòu)及模擬量電阻屏的原理 電阻觸摸屏的兩層 ITO 工作面必須是完整的，在每個(gè)工作面的兩條邊線上各涂一條銀膠，一端加 5V 電壓，一端加 0V，就能在工作面的一個(gè)方向上形成均勻連續(xù)的平行電壓分布。在偵測到有觸摸后，立刻 A／ D轉(zhuǎn)換測量接觸點(diǎn)的模擬量電壓值，根據(jù)它和 5V 的比例公式就能計(jì)算出觸摸點(diǎn)在這個(gè)方向上的位置。 在此有必要提一下兩種透明的導(dǎo)電涂層材料：① ITO，氧化鋼，弱導(dǎo)電體，特性是當(dāng)厚度降到 1800 個(gè)埃（埃＝ 1010 米）以下時(shí)會突然變得透明，透光率為 80％，再薄下去透光率反而下降，到 300 埃厚度時(shí) 又上升到 80％。但有遺憾是 ITO 在這個(gè)厚度下非常脆，容易折斷產(chǎn)生裂紋。 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。②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極好的鎳金涂層材料，外導(dǎo)電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是成本較為高昂，鎳金導(dǎo)電層雖然延展性好，但是只能作透明導(dǎo)體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因?yàn)樗鼘?dǎo)電性太好，不宜作精密電阻測量，而且金屬不上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 9 易做到厚度非常均勻。 第一代四線電阻技術(shù)的兩層 ITO 作面工作時(shí)都加上 5V 到 0V 的均勻電壓分布場：一個(gè)工作面加豎直方向的，一個(gè)工作面加水平方向的。引線至控制器總共需要四根電纜。因?yàn)樗木€電阻觸摸屏靠外的那層塑膠及ITO 涂層被經(jīng)常觸動，一段時(shí)間后外層薄薄的 ITO 涂層就會有了細(xì)小的裂紋，顯然，導(dǎo)電工作面一旦有了裂紋，電流就會繞之而過，工作而上的電壓場分布也就不可能再均勻，這樣，在裂紋附近觸摸屏漂移嚴(yán)重，裂紋增多后，觸摸屏有些區(qū)域可能就再也觸摸不到了。 四線電阻觸摸屏的基層大多數(shù)是有機(jī)玻璃，不僅存在透光率低、風(fēng)化、老化的問題，并且存在安裝風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)橛袡C(jī)玻璃剛 性差，安裝時(shí)不能捏邊上的銀膠，以免薄薄的 ITO 和相對厚實(shí)的銀膠脫裂，不能用力壓或拉觸摸屏，以免押斷 ITO 層。有些四線電阻觸摸屏安裝后顯得不太平整就是因?yàn)檫@個(gè)原因。 ITO 是無機(jī)物，有機(jī)玻璃是有機(jī)物，有機(jī)物和無機(jī)物是不能良好結(jié)合的，時(shí)間一長就容易剝落。如果能夠生產(chǎn)出曲面的玻璃板，玻璃是無機(jī)物，能和 ITO 非常好的結(jié)合為導(dǎo)電玻璃，那電阻觸摸屏的壽命不是能夠大大延長嗎？ 第二代五線電阻技術(shù)觸摸屏的基層使用的就是這種導(dǎo)電玻璃，不僅如此，五線電阻技術(shù)把兩個(gè)方向的電壓場通過精密電阻網(wǎng)絡(luò)都加在玻璃的導(dǎo)電工作面上，我們可以簡 單的理解為兩個(gè)方向的電壓場分時(shí)加在同一工作面上，而外層鎳金導(dǎo)電層只僅僅用來當(dāng)作純導(dǎo)體，有觸摸后靠既檢測內(nèi)層ITO 接觸點(diǎn)電壓又檢測導(dǎo)通電流的方法測得觸摸點(diǎn)的位置。五線電阻觸摸屏內(nèi)層 ITO 需四條引線，外層只作導(dǎo)體僅僅一條，至控制器總共需要 5根電纜。因?yàn)槲寰€電阻屏的外層鎳金導(dǎo)電層不僅延展性好，而且只作導(dǎo)體，只要它不斷成兩半，就仍能繼續(xù)完成作為導(dǎo)體的使命，而身負(fù)重任的內(nèi)層1TO 直接與基層玻璃結(jié)合為一體成為導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃自然沒有了有機(jī)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 10 玻璃作基層的種種弊端，因此，五線電阻屏的使用壽命和透光率與四線電阻屏相比有了一個(gè)飛躍：五線電阻屏的觸摸壽命是 3 千 5 百萬次，四線電阻屏則是小于 1 百萬次，且五線電阻觸摸屏沒有安裝風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)五線電阻屏的 ITO 層能做得更薄，因此透光率和清晰度更高，幾乎沒有色彩失真。 不管是四線電阻觸摸屏還是五線電阻觸摸屏，它們都是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵、水汽和油污，它可以用任何物體來觸摸，可以用來寫字畫畫，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公室內(nèi)有限人的使用。電阻 觸摸屏共同的缺點(diǎn)是因?yàn)閺?fù)合薄膜的外層采用塑膠材料，不知道的人太用力或使用銳器觸摸可能劃傷整個(gè)觸摸屏而導(dǎo)致報(bào)廢。不過，在限度之內(nèi)，劃傷只會傷及外導(dǎo)電層，外導(dǎo)電層的劃傷對于五線電阻觸摸屏來說沒有關(guān)系，而對四線電阻觸摸屏來說是致命的。 電容式觸摸屏 電容技術(shù)的觸摸屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層 ITO，最外層是只有 毫米厚的矽土玻璃保護(hù)層，夾層 ITO涂層作為工作面，四個(gè)角上引出四個(gè)電極，內(nèi)層 ITO 為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。 當(dāng)用戶觸摸電容屏?xí)r，由于人體電場，用戶手 指頭和工作面形成一個(gè)耦合電容，因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號，于是手指頭吸收走一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流分從觸摸屏四個(gè)角上的電極中流出，并且理論上流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成比例 ，控制器通過對這四個(gè)電流比例的精密計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 11 圖 通過四個(gè)電流比較計(jì)算出觸摸點(diǎn)位置 電容觸摸屏的透光率 和清晰度優(yōu)于四線電阻屏，當(dāng)然還不能和表面聲波屏和五線電阻屏相比 ，電容屏反光嚴(yán)重，而且，電容技術(shù)的四層復(fù)合觸摸屏對各波長光的透光率不均勻，存在色 彩失真的問題，由于光線在各層間的反射，還造成圖像字符的模糊。 電容技術(shù)觸摸屏表面聲波屏與氧化金屬涂層矽土玻璃0 . 0 0 0 0 6 英寸厚玻璃純碎