【正文】 8 位和 16 位器件的價位來享受 32 位的性能，而且所有型號都是以小占位面積的封裝形式提供。 CortexM3處理器是為存儲器和處理器的尺寸對產(chǎn)品成本影響極大的各種應用專門開發(fā)設計的，其結構如圖 2 所示。 CortexM3 處理器是使用最少門數(shù)的 ARM CPU，相對于過去的設計大大減小了芯片面積，可減小裝置的體積或采用更低成本的工藝進行生產(chǎn)，僅 33000 門的內核性能可達 l，2DMIPS/MHz。 CortexM3 處理器結合了執(zhí)行 Thumb2 指令的 32 位哈佛微體系結構和系統(tǒng)外設，包括 Nested Vectored Interrupt Controller 和 Arbiter 總線。 CortexM3 處理器還實現(xiàn)了 TailChaining 中斷技術。推出了新的單線調試技術，避免使用多引腳進行 JTAG 調試，并全面支持 RealVicw 編譯器和 RealView 調試產(chǎn) 品。 其結構如圖 所示 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計算器設計 21 圖 CortexM3 處理器結構圖 同時，在為微控制器應用而開發(fā)的 CortexM3 也擁有了以下一些性能： ? 實現(xiàn)單周期 Flash 應用最優(yōu)化 。永不超過 12 周期，僅 6 周期 tailchaining(末尾連鎖 )。 ? 單周期乘法和乘法累加指令 。 ? 包括數(shù)據(jù)觀察點和 Flash 補丁在內的高級調試功能 。 ? (與 的 ARM9 相比 )。不同與 ARM7 處理器所使用的馮 諾依曼結構，指令和數(shù)據(jù)共同使用的同一條信號總線和內存。 內核流水線分 3 個階段：取指、譯碼和執(zhí)行。處理器在譯碼階段自行對分支目的進行取指。如果分支不被使用，那么指令可以隨時被執(zhí)行；如果分支被使用了，那么分支指令可以同時被使用，空閑的時間限制為一個周期。 CortexM3 處理器是一個 32 位處理器，有一個 32 位寬的數(shù)據(jù)路徑，寄存器庫和內存接口。 CortexM3 提供兩種操作工作模式，線程 (Thread)和處理器 (Handler)，及兩個等級的代碼訪問方式 ——有特權和無特權 —— 能夠在不犧牲程序的安全 性的情況下運行復雜和開放的系統(tǒng)。線程模式是一種特殊的操作模式，同時提供有特權和無特權的代碼。此外，所有的操作均根據(jù)以下兩種工作狀態(tài)進行分類： Thumb 代表常規(guī)執(zhí)行操作， Debug 代表調試操作。這些存儲空間為代碼（代碼空間）、 SRAM（內存空間），上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計算器設計 23 外部內存 /設備，內部 /外部空間。 基于傳統(tǒng)的 ARM7 處理其僅提供訪問對齊的數(shù)據(jù)（ aligned transfers），只允許沿對齊的字邊界才可以對數(shù)據(jù)存取和訪問。當使用非對齊傳輸時，這些傳輸將轉變?yōu)槎鄠€對齊傳輸，且這一過程為程序員所見。 CortexM3 處理器在數(shù)學運算能力方面的改進，使它成為眾多數(shù)字集中處理的理想選擇 ，例如傳感器讀取和縮放硬件環(huán)路仿真系統(tǒng)。為防止刮傷顯示屏，在顯示屏上面貼了一層防護膜，使用的時候可以去掉這層防護膜。其英文全稱為： Thin Film TransistorLiquid CrystalDisplay。 TFTLCD 也被叫做真彩液晶顯示器。所以，主要介紹本顯示模塊在板上的配置和相關控制接口。有較寬的溫度范圍，配置了 白色的 LED 背光燈，同時集成 RAM。 控制接口 彩色 LCD 模塊內嵌了一個多種工作模式的并行接口控制 IC。表 列出了與 LCD 相關的信號線。背光不受微控制器控制，通過一個跳線帽可將背光控制信號線接地，從而關閉背光。 因為 FAN5331B 運行在恒流模式，如果 LCD 關斷時，它的輸出電壓會跳變（變高），為了預防 IC 和 D3 產(chǎn)生過電壓故障，開發(fā)板使用一上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計算器設計 25 個穩(wěn)壓二極管（ D4）來鉗位電壓。為了避免背光電路過熱，可將一個跳線帽接到 BLON 跳線端子，以關斷背光電路。 電阻觸摸屏 4 線電阻觸摸屏直接與微控制器相連，使用微控制器的兩路 ADC 通道和 2 路 GPIO 口。針對本次的觸摸屏設計，主要關注到的是觸摸屏和 LCD 顯示屏相關的使能引腳，和一些功能性的引腳。 表 觸屏顯示相關管腳及功能 JP57 X+ 觸摸屏模擬信號 JP61 JP58 Y 觸摸屏模擬信號 JP59 X 觸摸屏模擬信號 JP60 Y+ 觸摸屏模擬信號 JP54 JP38 LRSTN LCD 復位信號 JP23 BLEN LCD 的背光開關，斷開表示使能 JP6 LCD0 LCD的數(shù)據(jù)線 D0 JP2 JP36 JP7 LCD1 LCD的數(shù)據(jù)線 D1 JP2 JP37 JP8 LCD4 LCD的數(shù)據(jù)線 D4 JP26 JP9 LCD5 LCD的數(shù)據(jù)線 D5 JP31 JP11 L_EN LCD 開關，連接表示拉低使能 LCD JP12 L_DIS LCD 開關，連接表示拉高禁止 LCD 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計算器設計 26 如表格所示， JP23 和 JP12 要斷開時才能使 LCD 背光打開，并且使之能夠處于工作狀態(tài)。如圖 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計算器設計 28 圖 LCD 觸摸屏引腳相關開發(fā)板上原理圖 3 軟件系統(tǒng)設計 本次設計主要部分是軟件系統(tǒng)的設計，下面以編程思想和算法介紹為主體來介紹本次設計的軟件部分介紹。 Keil uVision 是 德國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容 單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng) c 語言 的語法來開發(fā)，與 匯編 相比，C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用 ,而且大大的提高了工作效率和項目開發(fā)周期 ,他還能嵌入?yún)R編，您可以在關鍵的位置嵌入，使程序達到接近于匯編的工作效率。 C51 編譯器的功能不斷增強， 使你可以更加貼近 CPU 本身，及其它的衍生產(chǎn)品。 uVision2 IDE 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應用程序。 Keil uVision4 提供了強大的軟件編譯功能，作為本次設計的軟件部分提供了基礎的軟件平臺，對本軟件的學習使用是完成設計的基礎。這里針對 LM3S9B96，選擇如圖所示的器件。整個工程包含了驅動程序，主函數(shù)程序和相關的庫文件組成。 本軟件的一些學習使用方法會在后面進行一些詳細的講解。將其結構原理，與相關操作得到對應參數(shù)值，能夠實現(xiàn)相對應的操作。其中下層的 ITO 與玻璃基板附著，上層的 ITO 附著在 PET薄膜上。引出端 X， X+，Y， Y+一共四條線，這就是四線電阻式觸摸屏名稱的由來。 2. 計算 X 坐標，在 X+電極施加驅動電壓 Vdrive， X電極接地， Y+做為引出端測量得到接觸點的電壓，由于 ITO 層均勻導電，觸點電壓與Vdrive 電壓之比等于觸點 X 坐標與屏寬度之比。通過將 XP 連接到 Vdd 且 XM 接地可以測定 X 觸點在 X 軸平面的位置。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計算器設計 33 圖 參數(shù)測量方式 通過將 YP 連接到 Vdd 且 YM 接地可以測定 Y 觸點在 Y 軸平面的位置。 若測量觸摸壓力，需將壓力與電阻聯(lián)系起來。在本項目中，壓力測量所采用的是具有 8 位分辨率的 ADC，而不是用于 X 和 Y 位置測量的 12 位分辨率。本方法要求 X 平面電阻已知，并對 X觸點位置 (X)以及觸摸屏的兩個附加截面電阻（ Z1 和 Z2）可以測量；得知 YP(Vdd)電壓與 XM（接地）電壓并測量 XP(Z1)與 YM(Z2)值。 式 如果用戶長期不觸摸屏 幕，則無需運行或測量。一旦用戶觸摸，則產(chǎn)生一個中斷，于是觸摸屏控制上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計算器設計 34 器喚醒并測量相關觸摸參數(shù)。模塊的 16 位數(shù)據(jù)線與顯示單元的數(shù)據(jù)位對應關系為 RGB 565 方式 [6]，如圖 所示： 圖 位數(shù)據(jù)與顯存對應關系圖 最低 5 位代表藍色，中間 6 位為綠色，最高 5 位為紅色。通過向顯示單元中輸入相應代表色彩的值來得到需要顯示的圖像。 進行讀操作，則返回的是控制器的型號。因為 93xx 系列的初始化都比較類似，可以用一個代碼兼容好幾個控制器。 I/D0、 I/D AM 這 3 個位控制了屏幕的顯示方向。當 AM=0 的時候，地址以行方向更新。 （ 2） I/D[1:0]：當更新了一個數(shù)據(jù)之后，根據(jù)這兩個位的設置來控制地址計數(shù)器自動增加 /減少 1，其關系如圖 所示 ： 圖 GRAM 顯示方向設置圖 通過這幾個位的設置，即可控制屏幕的顯示更新方向。該命令 CL 位用來控制選擇 8 位彩色顯示模式，或是 26 萬色顯示模式。 D D0、BASEE 這三個位用來控制顯示開關與否?？梢酝ㄟ^該命令的設置來開啟或關閉顯示器，以降低上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計算器設計 36 功耗。 R32 用于設置列地址（ X 坐標， 0239）， R33 用于設置行地址（ Y 坐標， 0319）。 R34：寫數(shù)據(jù)到 GRAM 命令，寫入了該命令之后，地址計數(shù)器會自動的增加和減少。 R80~R83：行列 GRAM 地址位置設置。此時 就可以通過這幾個命令，在其中開辟一個區(qū)域，然后不停的寫入數(shù)據(jù)，地址計數(shù)器就會根據(jù) R3 的設置自動增加 /減少，這樣就不需要頻繁的寫地址了，大大提高了刷新的速度。每個驅動程序負責不同的功能，包含了顯示屏的尺寸信息，聲明了對應的顯示屏的尺寸，工作方法和調用使能的接口函數(shù)等。即關于觸摸屏的 GPIO 的調用聲明，對上述數(shù)據(jù)計算的 x,y 軸坐標的讀取函數(shù)等，完成使能觸摸屏的接口功能、觸摸屏中斷控制，完成操作后中斷清除等功能。聲明了實驗板上對應 GPIO 的硬件模塊的使能接口功能。包括時鐘，中斷，定時器等等。之后，是軟件部分的程序設計。其主程序運行要流程如圖 所示。顯示部分即顯示計算器界面的編寫。 中斷控制功能編寫 理論上，中斷控制功能的實現(xiàn)是在驅動 程序當中，因為是與硬件功能連接十分緊密的一個功能實現(xiàn)。 其根本 編程 原理是由 CortexM3 提供了一套中斷控制器所提供的API。這些函數(shù)執(zhí)行以下功能：使能和禁止中斷、注冊中斷處理程序和設置中斷的優(yōu)先級。在操作中，對觸屏操作時，會產(chǎn)生一個軟件中斷，然后對所進行操作后，例如觸摸屏的觸點 X,Y 值進行鎖存。最后將相關操作的結果，反映到 LCD 顯示屏。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計算器設計 40 開 始給 位 圖 的 起 始 坐 標 ，高 度 寬 度 ， 數(shù) 據(jù) 地 址算 出 位 圖 的 水 平 和 垂直 首 尾 G R A M 地 址得 出 位 圖 數(shù) 據(jù) 對 應 顯 存地 址 ， 準 備 寫 數(shù) 據(jù)小 于 高 度顯 存 寫 入 數(shù) 據(jù)（ 像 素 置 色 ）小 于 寬 度結 束下 一 行N ON OY E SY E S下 一 列 圖 LCD 讀 /寫操作流程 在 具體的實現(xiàn)過程中，本實驗平臺搭載的 觸摸屏 ，在軟件上 是靠一個WIDGET 隊列處理系統(tǒng) 來接受顯示資源，即主界面上的功能按鈕，邊框和顯示區(qū)域等。并調用函數(shù) WidgetAdd(… 函數(shù)名，函數(shù)名 …) ，添 加 到 消 息 隊 列 中 。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計算器設計 41 所以在完成顯示輸出時，要調用畫圖的方法，再在主函數(shù)中，將畫圖的方法添加到消息隊列，然后循環(huán)輸出即可。調用 Canvas（ … ）函數(shù)作為一個變量顯示區(qū)域，將完成計算后的結果從內存中取出，利用 sprintf(變量名 ,顯示格式 ,變量名 )這樣一個函數(shù)將輸出結果存入對應 Canvas 的變量名中。g_Result)，完成一個顯示輸出的功能。為了保證不會有顯示前次效果的問題，則對顯示的長度進行有一定位數(shù)的預留，每次顯示相同長度。同時對輸入的數(shù)字有位數(shù)長度的限定，即當位數(shù)達到一定時，則只顯示當前輸入的數(shù)字，而不能繼續(xù)輸入。 總 結 ， 顯 示 輸 出 軟 件 編 寫 上 是 在 不 斷 調 用 消 息 隊 列WidgetMessageQueueProcess()時候，更新消息中的內容，并且重寫覆蓋已經(jīng)顯示的內 容，達到完成顯示所需數(shù)字和運算結果這樣的效果。作為一個計算器，除了顯示輸入數(shù)字外，更重要的是得到所需要的計算結果。 函數(shù)運算編寫包含幾個部分： 第一，在能顯示輸入的數(shù)字以后，我們要將不斷輸入的數(shù)字變成對應的數(shù)進行輸出。將已經(jīng)輸出的數(shù)乘 10 和當前數(shù)字相加則成為一個新的數(shù)輸