在单片机理论下液晶触摸屏设计与实施

第一章引言

1.1课題背景
电动车的车载电池组是关系电动车动力和安全的关键设备，需要用户及时了解电池组的整体动力情况，确定电池能量是否充足。一方面如果动力不足而没有及时通知用户充电，车未到达目的地就停下了，这样会给用户带来不必要的麻烦和困扰。更有甚者车辆在行驶中突然动力消失造成控制失灵引发交通安全事故。另一方面如果其中某节或几节电池损坏而没有及时提醒更换会导致电池组整体电池使用寿命下降，使损失进一步增大。另外锂电池过充过放可能引起爆炸，尤其是国内很多锂电池一致性较差，因此很容易引起过充过放，这不仅影响电动车的动力，甚至会造成安全事故，这种事情是绝对不允许发生的。
综合以上几方面原因，用户需要及时了解车载电池组的整体状态及各单体电池的情况，并且提前为各种危险信息预警提示用户处理情况避免引起更大的故障，针对锂电池均衡特性不一致的问题还要进行充放电均衡防止电池过充过放引起电池损坏甚至爆炸。
因此我们决定将触摸屏作为EMS的显示模块，利用触摸屏自身优点，设计出色的图形操作界面，综合显示EMS中的各种电池信息，可以让人及时了解电池的最新状态，声音报警提示异常状态，及时提醒用户加以干预，同时简化操作难度各项功能清晰标注，让客户人人都能看懂，拿到就能用，使客户与EMS沟通不会存在任何障碍，从而最大限度完成EMS各项功能。然而目前市场上的成品触摸显示屏价格普遍比较高，3.5寸的动辄就三、四百。对于一个产品，配件价格越高，成本压力就越大，竞争力就越小，这对于EMS作为产品的推广和应用是十分不利的。而且市场上大多数的触摸显示屏大部分都是为各种型号的PLC设计的内賈一定的程序，因此对于PLC产品开发应用十分简单，但对于我们用单片机开发的EMS产品则十分不方便，并且大部分的价格适中的触摸屏没有CAN接口，对于在汽车上使用的EMS通信非常不方便。因此我们为了降低成本也为了使触摸屏的功能更符合EMS的要求决定自主研发EMS液晶显示触摸屏。

1.2触摸屏发展现状
触摸屏起源于20世纪70年代，是美国军方因军事用途而发展的一种装置，80年代转移民用，早期多被应用于工控电脑、POS机终端等工业或商用设备中。这些领域的特点为使用键盘、滑鼠操控的不方便，或者根本就是仅需几个简单的按键即可完成输入操作的设备，07年触控技术走近了消费类电子等领域。当前触摸屏应用十分广泛，主要使用的领域包括手持电子设备、汽车设备与个人计算机行业。手持电子设备是目前触摸屏应用最为广泛的领域。
以手机为例，据统计，2007年全球的触摸屏手机市场份额占到整个手机市场的2%。近几年随着iPhone手机的推出，给人们带来了全新的触摸体验，掀起了一股触摸屏手机发展的旋风，触摸屏席卷了整个手机市场，现在触摸屏的手机绝对是各大手机品牌公司的主流产品，占据了绝大多数手机市场的份额。触摸屏技术也大量应用于其他便携式电子产品中，在其中也稳稳占据了绝对的优势，如当前受欢迎的ipad、 itouch等设备全部采用触摸屏技术来控制，也是由于触摸屏给用户带来了全新操作体验和身临其境的完美感觉，才使这些电子产品大受欢迎，销售业绩节节攀升。
近年来触摸屏在汽车设备领域的使用也越来越普遍。并且伴随汽车产业的迅速发展，大家对于汽车上的娱乐休闲系统功能的要求也变得越来越苛刻，车上的导航设备、车内的音响和显示娱乐器件等得到大范围的应用，都已经要发展成为必备的车载设备，这些车载设备除了满足汽车用户导航和休闲、娱乐外，在使用操作上也应达到方便快捷的体验。因为触摸屏是十分方便和灵活的人机交互界面，所以触摸屏快速地占据了车载内置显示屏的广阔市场。

   1.3 论文的主要工作 .........9-10
第二章 主要器件介绍 .........10-18
    2.1 触摸屏介绍 .........10-12
    2.2 触摸检测装置的基本原理 .........12-14
    2.3 核心微控制器介绍 .........14-18
        2.3.1 ARM体系介绍 .........14-15
        2.3.2 STM32单片机介绍 .........15-18
第三章 硬件接口设计 .........18-32
    3.1 STM32F103与四线触摸屏接口 .........18-19
    3.2 STM32F103与TFT模块接口 .........19-22
    3.3 CAN接口设计 .........22-25
    3.4 USB接口设计 .........25-28
        3.4.1 USB介绍 .........25-27
        3.4.2 STM32F103的USB接口 .........27-28
    3.5 STM32F103与SD卡接口设计 .........28-30
    3.6 蜂鸣器接口设计 .........30-32
第四章 软件设计 .........32-45
    4.1 STM32F103与四线电阻触摸屏通信软件设计 .........32-36
    4.2 STM32F103与液晶模块通信LM2068软件设计 .........36-39
    4.3 STM32F103与CAN、SD卡接口程序设计 .........39-40
    4.4 STM32F103的USB接口程序设计 .........40-42
    4.5 触摸屏与EMS通信软件设计 .........42-45

结论

本文只有成功实现触摸屏与EMS通信才能将EMS采集和计算得到的有效实时数据通过触摸屏显示出来，及时向用户告知电池组异常状态，同时用户才能及时査询和设置各个EMS参数。为实现通信的安全、有效，采用多重检错规约，以便去除干扰或错误信息。通信规约规定一帧数据包括七个部分：帧头、模块号、报文长度、功能码、设备状态、数据域、以及CRC校验。这是收发数据是否正确的主要判断依据，所以也是通信软件编程必须符合的规则。软件通信采用先査询再应答的模式，也就是说上位机发送指令之后，EMS才会返回相应的指令或者做出相应的动作。而触摸屏在其中扮演的的就是上位机的角色，所以要先向EMS发送各种指令，然后接收数据，判断是否为正确帧组(是否符合通信规约)，如果是则将数据域中的有效数据存储并显示相应的状态。
在课题设计过程中主要的研究成果有：
(1)提出了新的触摸屏整体设计方案。
(2)完成了显示屏的触摸、显示、通信等的硬件的接口设计，采用的方案尽量节约了成本。
(3)对软件整体进行了设计，完成了部分程序的编写。
(4)整体设计了触摸屏的显示画面，并完成了触摸屏与EMS通信程序的编写，实现了电池重要参数的实时显示、报警的及时提醒以及EMS重要参数的在线修改。本次设计取得了一定的成果，但由于时间紧迫且工作量大，所以还有后续工作需要完善和实现。