1、中国计量学院本科毕业设计（论文）基于电容触摸屏的人机界面设计Research on Human Machine Interaction Design based on Capacitive Touch Screen学生姓名 学号 学生专业 电气工程及其自动化 班级 二级学院 机电工程学院 指导教师 中国计量学院年 月致 谢当提笔开始写下这篇本科毕业设计论文的时候，真切的意识到大学，真的要结束了。弹指间，四年已去。这篇论文的完成，首先要感谢副教授和张老师，在繁忙的工作中抽出时间，给我的毕业设计指明方向，在设计过程中给予很多指导。不仅如此，当我在工作生活上遇到两难选择，不知如何解决时，老师用他们的
2、生活阅历经验，帮我解决困惑。在这里由衷的感谢！其次，我还要感谢与我同组的周叶江和好友罗韶丹、谢云明，在我实验中遇到难题的时候，帮助我解决困难，同时督促我及时完成任务。在和他们的交流中，会不经意间得到灵感，有了更好的解决问题的思路。闭门造不出车，有了交流，不仅扩充了思路，同时也让毕业设计过程中有了更多乐趣。同时，我还要感谢本科里的所有任课老师，他们教会了我数电、模电、单片机、C 语言等众多基础知识。正是这些基石的累计，才有了最后成品的诞生。最后的作品虽然还是很粗糙，还是希望它可以成为对我大学四年学习的一种肯定。最后，感谢所有全体答辩委员会的老师们对我论文的悉心指导和指正，让我得以不断完善，以尽可
3、能完美的姿态给大学作出总结。还有我的父母，感谢他们的养育之恩和对我的教育培养。在大学期间，经历过转专业，认识了很多老师和同学，跟着不同的队伍，长大了。世界很小，我们就这样遇见；世界很大，自此一别就很难再见。感谢所有的老师和同学们，对我的帮助、包容、鼓励。除了对你们深深的感激，还要献上我最诚挚的祝福，祝一切安好，愿梦想成真。在那些淡若轻痕的乐曲中，所有的故事和情节都相继散场。我的大学，正在划上最后一个句号。基于电容触摸屏的人机界面设计摘要：随着科技的发展，科技产品更加人性化，人们在生产生活中更趋向于使用人机界面。触摸屏的诞生迎合了这一趋势，它的广泛应用在相当长的一段时间内不会被取代。就目前情况而
4、言，触摸屏还有很大的发展空间。其工作原理的更新迭代，会促进人机界面设计的创新。换言之，人机界面设计的需求，也会推动触摸屏的发展。在众多触摸屏技术中，电容触摸屏因其更强大的性能、可操作性、能实现多点触控等优势，逐渐取代电阻屏成为主流触摸屏。本文结合了电容触摸屏触控和人机界面设计，同时还涉及了 SD 卡存储、读取，图片解码，TFT 液晶屏显示等技术，综合性较高。本文较为详细讲述了基于电容触摸屏的数码相框设计原理。本数码相框采用ARM CORTEX-M0 的 LPC1114 芯片为核心架构，通过从 SD 卡读取图片，经过解码BMP 格式图片，然后在 TFT 液晶屏上显示出图片。另配有一电容触摸屏，自
5、带FT5206 芯片，可通过触控触摸屏，以实现人机对话。从而能实现数码相框的基本功能和设计要求，但仍有待进一步优化，以便既符合技术要求，又美观，同时用户舒适度高。关键词：数码相框 电容触摸屏 系统设计中图分类号：TP311IIResearch on Human Machine Interaction Design based on Capacitive Touch ScreenAbstract: With the social developing and technology improving, the technology products are more humane. People
6、 tend to use Human Machine Interface both in the production and living. The birth of the touch screen caters to the trend. Its widely used for a long period of time will not be replaced.On the current situation, the touch screen still has great room for development. The update of the working princip
7、le, will promote Human Machine Interface design innovation. In other words, the needs of Human Machine Interface design, will promote the development of the touch screen. Because of its more powerful features and operability, capacitive touch screen has replaced the resistive touch screen gradually,
8、 and become the mainstream .This paper combines capacitive touch screen and human-machine interface design, also involves the SD cards read and write, the display of LCD, with a high comprehensive.This paper describes the design of Distal Photo Frame which based on Capacitive Touch Screen.The digita
9、l photo frame with ARM CORTEX-M0 use LPC1114 as the core of the framework.Through read pictures from SD card，and then decode BMP format pictures, at last display the picture on the LCD monitors.the Development Board also has a Capacitive Touch Screen with a FT5206 chip, it can Realize the man-machin
10、e dialogue through touch the screen. In principle, it could reach the design requirements of the Distal Photo Frame which based on Capacitive Touch Screen .So that it could realize the basic function of the digital photo frame and design requirements, but it remains to be further optimized, in order
11、 to conform to not only the requirements of the technology, but also the beautiful, high user comfort at the same time.Keywords:Distal Photo Frame Capacitive Touch Screen System designClassification:TP311III目 次摘要 .II目次 .III1 绪论 .11.1 人机界面及触摸屏的研究背景 .11.2 人机界面及触摸屏的研究意义 .21.3 人机界面及触摸屏的发展现状 .21.4 本文主要研究
12、内容 .22 开发环境 .42.1 硬件环境 .42.2.1 主芯片 LPC1114 及其相关功能 .52.2.2 液晶控制器 ILI9325 及其相关功能 .52.2.3 电容触摸控制 IC FT5206GE1 .62.2.4 SD 卡中图片读取 .82.2.5 图片格式 BMP 的解码和显示 .92.2 软件环境 .102.2.1 Keil Vision4 .102.2.2 Flash Magic .103 数码相框设计和实现 .113.1 处理器系统 .113.1.1 硬件连接 .113.1.2 程序设计 .11IV3.2 读写 SD 卡 .133.2.1 硬件连接 .133.2.2 程
13、序设计 .143.3 TFT 液晶屏的显示 .163.3.1 硬件连接 .163.3.2 程序设计 .173.4 电容触摸屏系统 .183.4.1 硬件连接 .183.4.2 程序设计 .184 数码相框的调试 .204.1 开发板的基本情况检测 .204.2 电源调试 .204.3 编译程序并烧录 .204.4 功能调试 .205 总结及展望 .225.1 总结 .225.2 展望 .22参考文献 .23中国计量学院本科毕业设计（论文）11 绪论随着数码相机的普及，使人们拍下来的数码相片越来越多，但是大多数的数码相片被人们保存在硬盘、光盘、存储卡等存储介质中，只有不到 35的照片被打印出来，
14、数码相框的出现为人们展示数码相片提供了一种很好的选择 1。如果将这些照片打印出来，耗时耗钱，翻看起来还不方便，不能体现出数码照片的优越性。存储在其他数码设备上，会因不能随时欣赏翻看带来些许的不便。在这种需求下，数码相框应运而生。数码相框可以动态展示数码相片，取代了以往静态展示的纸质相片，其使用 SD 卡或 TF 卡等存储卡来存储照片。目前市场上有爱国者、飞利浦、影巨人等公司生产的数码相框，多为遥控触控。传统数码相框一般只通过液晶屏幕显示照片并循环播放，可以存储并展示上百甚至上千张照片，比普通的相框灵活多变，但仍存在一定的局限性。随着科技的进步，数码相框的基本功能也在增加，提供给人们更多的选择。
15、在触摸屏广泛使用的今天，人们越来越倾向于使用带有触摸屏的产品。这样操控更加快捷舒适，还不用担心找不到遥控器的问题发生。本文将触摸屏应用到数码相框设计中，扩充了数码相框的用途，丰富了用户的选择，是数码相框更有市场竞争力。1.1 人机界面及触摸屏的研究背景人机界面（Human Machine Interface，简称HMI）是种转换，是把人的思维和行为转换成机器可以接受的方式，也可以把机器的行为方式转换成人可以接受的方式。人机界面设计思想要使计算机在人机界面上顺应人的思维特性和动作特性，实现“以人为本”的人机界面。一个友好美观的界面会给人带来舒适的视觉享受，拉近人与电脑的距离，为商家创造卖点。界面
16、设计不是简单的美学感受，他需要了解产品的使用者、所处环境以及用途，从而进行针对性设计，是多学科综合性设计。检验一个界面的标准既不是某个项目开发组领导的意见也不是项目成员投票的结果，而是最终用户的感受。因此，界面设计要与用户体验调查联系在一起，是一个不断为最终用户设计完美感官体验的过程。经过多年的发展，触摸屏成为人机对话设备中的主流品种。触摸屏(Touch Screen) 是定位设备的一种，可以被用户手动给计算机设定坐标信息，与鼠标、键盘一样，也是一种输入设备。 。触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点 2。触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，利用触摸屏技术，
17、用户只需用手指轻轻触碰计算机显示屏上的图符或文字中国计量学院本科毕业设计（论文）2就能实现对主机的操作，摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更为直截了当 3。由于触摸屏控制简单易学，所以这种技术现在正广泛使用中，给人们生产生活带来了极大的便利，应用在各行各业中，如医疗设备、通信设备、娱乐设备、公共设施等，无处不体现着触摸屏的优越性。就目前情况而言，触摸屏的技术不是完全成熟，有众多的可研究领域。并且，随着终端用户逐渐接受人性化的触控操作方式，触摸屏的渗透率正在逐年提高，由此形成了巨大的触摸屏市场。值得继续发掘其潜在价值。1.2 人机界面及触摸屏的研究意义触摸屏具有不易破碎、耐用、高效、轻便、方便使用
18、等许多优点。触摸屏体现出极大的优越性，覆盖了广阔的市场，极大的方便了人们的工作生活。随着计算机技术的发展，操作命令也越来越多，功能也越来越强。现在各种识别模式都同步竞争发展中，比如较为成熟的汉字识别、正飞速前进的语音识别、蓬勃发展的图片识别等，使计算机语言与自然语言或是次级自然语言的直接交流成为可能。这方面无限的可能，吸引着人们不间断的研究。 1.3 人机界面及触摸屏的发展现状目前，市场上已经商业化的触摸屏的种类主要有以下几种，它们分别是：电阻式( 模拟电阻式和数字电阻式)、电容式(表面电容式和投射电容式)、红外式、声波式( 表面声波式和弯曲声波式)、光学成像式、In-cell 结构式、On-
19、cell 结构式、电磁共振式、组合式及其它 4。在以上提及的技术中，最广泛使用的是电阻式触摸屏和电容式触摸屏。随着科技、生产工艺的不断发展，电容式触摸屏凭借其更广泛的用途和良好的性能，逐渐取代电阻式触摸屏，成为主流触摸屏。回顾人机界面的发展历史，目前可以分为两大时间段。第一个时间段，是用文本的交流, 如菜单、命令、对话等，难用且不灵活。第二个时间段，是直接操作界面，它引出更自然的视觉交流。我们期待着下一个时间段，将是多种多媒体结合呈现的方式，综合了计算机语言、自然语言和图形，还可以包含其他交流方式，入人体的动作、三维图像等，例如正在研发最后阶段的google眼镜。现在的人机界面设计强调更加人性
20、化和智能化，以提供给是用户最舒适的体验。1.4 本文主要研究内容 本文首先实现了数码相框的一些基本功能，即把 240*320 像素的 24 位BMP 照片放入 SD 卡中，并在液晶屏上显示；同时增加了电容触摸屏操控，通过用户的操作，实现图片的翻页等功能。数码相框主要由4大部件组成：处理器、存储器（SD卡）、显示模块和电中国计量学院本科毕业设计（论文）3源系统等。数码相框由电源系统供电，从存储器（SD卡）读取图片，经处理器解码处理，显示在TFT屏幕上。当人手指在显示模块上进行操作时，由处理器进行手势识别，并对图片做出相应处理。系统流程图如图1.1所示图 1.1 系统流程图中国计量学院本科毕业设计
21、（论文）42 开发环境2.1 硬件环境本文使用的是基于 ARM CortexM0 的开发板。CortexM0 处理器是由ARM 公司在 2009 年初发布的嵌入式处理器系列中最小型、最低功耗的。CortexM0 低功耗、高性能与极精简程序代码的特性，能应用于各种微控制器(MCU)中，并可让研发业者以 8 位的价位创造 32 位的效能，并进一步将传统的8 位和 16 位的处理器推进至更高效能、更低功耗的 32 位处理器 5。板载主控芯片是 LPC1114FBD48/302 ，其主频最高可达 50M Hz。其外设资源有：32KB 的 FLASH 程序存储器，8K 的 SRAM 数据存储器，1 个增
22、强快速（FM+）I 2C接口，1 个支持 RS485/EIA485 标准的通用异步收发器 UART，2 个具有 SSP 特性的 SPI 接口，1 个 10 位 ADC 模块，可复用到 8 个引脚上，4 个通用定时器（2 个 32 位定时计数器，2 个 16 位定时计数器） ，42 个 GPIO（P0P2，各 12根脚；P3，6 根脚） ，1 个看门狗（有独立的看门狗时钟） ，系统定时器SysTick，PLL 倍频器，SWD 调试模块，集成电源管理单元 PMU，NVIC 嵌套向量中断，内部 IRC 产生 12MHz 时钟，可同时输出 11 路占空比和频率可调的PWM 信号。本文实际操作中用到的主要资源如图2.1和图2.2 所示。图2.1 开发板展示图（正面）ISP 开关；mini USB 接口；电源按钮；电源指示灯；主芯片 PLC1114；TFT 彩色液晶接口；复位按钮；
