新型触摸屏与DSP通信接口的研究与实现

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3.0 陈辉 2024-11-20 4 4 3.2MB 68 页 15积分
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I
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 ........................................................................................................... 1
§1.1 引言 ......................................................................................................1
§1.2 人机界面国内外发展的现状及发展趋势 ............................................. 1
§1.3 触摸屏人机界面的特点 ........................................................................4
§1.4 PWS 触摸屏软件的功能 .........................................................................4
§1.5 论文的意义和主要工作 ........................................................................5
第二章 触摸屏原理和软件系统设计 ...................................................................... 7
§2.1 触摸屏的五大技术 ............................................................................... 7
§2.2 触摸屏的技术参数 ............................................................................... 8
§2.3 触摸屏电路设计 ................................................................................... 9
§2.4 触摸屏的控制实现 ............................................................................. 10
§2.5 触摸屏系统的软件结构 ...................................................................... 13
§2.6 系统 Boot 与板级支持包模块的设计 ................................................. 14
§2.7 触摸屏驱动设计 ................................................................................. 17
§2.8 图形窗口的刷新 ................................................................................. 18
§2.9 小结 .................................................................................................... 19
第三章 TMS320F2812 最小系统的设计 ................................................................. 20
§3.1 TMS320F2812 资源介绍 ........................................................................20
§3.2 电源系统设计 ..................................................................................... 23
§3.3 系统 RAM 扩展 ..................................................................................... 26
§3.4 引导过程 ............................................................................................ 27
§3.4.1 拷贝中断向量 ..........................................................................28
§3.4.2 初始化 FLASH 控制寄存器 ....................................................... 29
§3.5 系统时钟和复位电路设计 .................................................................. 30
§3.5.1 时钟电路设计 ..........................................................................30
§3.5.2 复位电路设计 ..........................................................................31
§3.6 JTAG 接口 ........................................................................................... 32
§3.7 PCB 设计要点 ...................................................................................... 33
§3.8 小结 .................................................................................................... 35
第四章 程序编写与调试平台开发 ........................................................................36
II
§4.1 DSP 系统的设计过程 ...........................................................................36
§4.2 DSP 的开发平台 .................................................................................. 37
§4.3 CCS 开发流程 ...................................................................................... 39
§4.4 C 编译器 ............................................................................................. 39
§4.5 C 与汇编的混合编程 ...........................................................................40
§4.5.1 独立的 C 和汇编程序 .............................................................. 40
§4.5.2 直接在 C 程序中嵌入汇编语句 ............................................... 41
§4.5.3 修改编译后的输出代码 ...........................................................41
§4.6 CMD 文件的编写 ................................................................................... 42
§4.7 小结 .................................................................................................... 44
第五章 TMS320F2812 与触摸屏通信的研究与实现 ............................................... 45
§5.1 TMS320F2812 及其 SCI 模块功能特点 ................................................ 45
§5.1.1 SCI 模块 ................................................................................... 45
§5.1.2 TMS320F2812 的 SCI 模块的加强特性 ...................................... 46
§5.2 PWS 触摸屏界面编写 .........................................................................46
§5.2.1 PWS 开机检测 ...........................................................................46
§5.2.2 设定 PWS 工作参数 .................................................................. 47
§5.2.3 界面设计 ................................................................................. 47
§5.2.4 下载程序 ................................................................................. 51
§5.3 DSP 的 SCI 模块与人机界面的通信实现 .............................................52
§5.4 通信过程总体设计 ............................................................................. 52
§5.5 通信过程实现 ..................................................................................... 57
§5.6 小结 .................................................................................................... 59
第六章 结 论 ........................................................................................................60
参考文献 ............................................................................................................... 62
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ........................................ 65
一、发表论文及申请专利 ............................................................................. 65
二、科研项目 ................................................................................................ 65
致 谢 ................................................................................................................... 66
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 引言
工业级人机界面即本文所介绍的一种新型触摸屏（PWS），它可作为PLC的小
型工作站。目前，国内工业控制方面的PWS主要是用来与PLC配合，具备与PLC连
线监控的功能，以及采用文字、数字或图形同步显示内部接点状态及资料的能力。
PWS与广泛应用于公共查询系统的计算机触摸屏相比，后者大多采用感应式，而
前者根据工业现场的实际，为了避免误操作大多采用电阻式，在实际应用时需加
适当的压力后，触摸屏才会接受信号。PWS采用液晶显示。数字信号处理器（DSP）
已广泛应用于控制系统中，在很多传统的单片机系统中，
DSP都有取而代之的趋势。
以DSP作为中央处理器，采用PWS为人机界面，是目前自动控制领域的新的技术应
用热点。所以研究如何实现触摸屏与DSP的通信具有非常现实的意义。
§1.2 人机界面国内外发展的现状及发展趋势
20世纪80年代以来，计算机的软件和硬件技术取得了较大的发展，同时，计
算机的使用者也从计算机专家迅速扩大到了广大从未受到专门训练的普通用户，
由此极大地提高了用户界面在系统上设计和软件开发中的重要性，强烈刺激了人
机界面的进步。
在计算机技术发展的初期，由于系统运行速度慢，价格昂贵并且可靠性差，
不可能进行交互使用，用户必须调整自己的行为去适应机器的要求。因此，与计
算机使用中的其他问题相比，界面只是一个小问题。随着计算机性能的提高，系
统能够用一部分资源来处理人一计算机界面，用户界面设计开始引起了人们的注
意。
用户界面的发展对计算机系统整体性能的提高所具备的重要性，已经得到了
人们的高度重视，与此同时，围绕人机建模己形成计算机产业又一新的竞争领域。
在美国，人机建模研究在信息技术中被列为与软件和计算机并列的六项国家关键
技术之一，并被称为“对于计算机工业有突出的重要性，对其他工业是重要的”。
美国国防关键技术不仅把人机界面列为软件技术发展的重要内容之一，而且还专
门增加了与软件技术并列的人—系统界面一项内容。日本也提出了FPIEND21计划
(Future Personalized Information Environment Development)，其目标就是要开发21
世纪的计算机界面[1]。
我国在人机界面方面的设计与国际研究相比还存在较大差距。目前的研究仅
仅着重于支持界面的软件和硬件.对界面本身还缺少深入的研究。用户界面的设计
还没有成为软件设计中独立的一部分，也缺少新的人机界面设计技术.而另一方面，
新型触摸屏与 DSP 通信接口的研究与实现
2
计算机科学的发展和计算机的普及又对人机界面的研究提出了越来越高的要求。
计算技术向人类生产和生活各领域的全面渗透己经是必然趋势。作为人与信
息系统之间接口的界面，在信息化的浪潮下显得日益重要。交互界面是信息系统
的重要组成部分，它的好坏直接影响系统的可用性和效率，影响人们日常生活和
工作的质量和效率。计算性能的迅猛提高并没有相应提高信息系统的能力，其中
一个重要原因就是缺少一个与之相适应的高效，自然的交互界面。
自从进入 20 世纪 90 年代以来，微电子技术以摩尔定律发展，并且它的性能
也已能够满足大多数计算应用的要求。下一代发展的重点则应从致力提高机器的
生产力转向提高用户的生产力，使更多的人能方便地使用计算机，从而自然，高
效成为人们对新一代界面的性能要求。
由于因特网，无线设备以及移动计算技术的发展，我们己进入因特网—分布
计算的新纪元。其用户更加广泛，使用需求更加灵活。而因特网，无线设备和移
动环境的信息的浏览，知识的获取，智能的帮助，泛化计算将是主流的应用，这
一类主流用户界面将是理论和工程界关注的热点。
至今为止，人们进行人机交互的手段依然是键盘和鼠标，用户界面需要人适
应计算机.下一代用户界面为了逐步做到“计算机适应人”，应从追求“容易实现”
到“容易学习和容易使用”，并且使用多个通道的方式进行人机交互。多通道的人
机交互将是下一代用户界面的技术特征[2]。
目前，语音识别技术和具有触觉反馈的笔输入技术日益成熟，视觉是人们接
受信息的主要通道，语音和笔交互手势(包括文字)是人们进行交互的主要手段，基
于具有触觉反馈的笔输入和语音识别的结合将是未来的多通道用户界面的主要手
段。
Post-WIMP(或Non-WIMP)将是一代用户界面的主要范式，其特点为:同时使用
多个装置，利用多个感觉通道支持多个用户：支持高带宽的连续输入（如视线跟
踪，手势识别，语音识别）。因此，面向主流应用的自然，高效的用户多通道界面
将是未来用户界面的主要发展趋势[3]。
总之，随着计算机技术，网络技术的发展，人机界面将朝着以下几个方向发
展：
(1)高科技化
信息技术的革命，带来了计算机业的巨大变革，计算机越来越趋向平面化，
超薄型化，便捷式，袖珍型电脑的应用，大大改革了办公模式，输入方式已经由
单一的键盘，鼠标输入，虚拟现实及强有力的视觉工作站提供真实，动态的影像
和刺激灵感的用户界面，在计算机系统中各显其能，使产品的造型设计更加丰富
第一章 绪论
3
多彩，变化纷呈。
计算机辅助产品设计的软件也不断推陈出新，CAD, CAM, SGI, Pro/D, Pro/E
等的出现，改变了设计师以往的工作方式，给设计师提供了更为广阔的造型空间，
使得他们能够充分利用先进的计算机技术设计出优美的造型，大幅度缩短了产品
开发周期和上市时间，为企业赢得了市场，也为用户建立了一种良好的实现功能
的桥梁[4]。
(2)自然化
早期的人机界面设计简单，人机对话都是机器语言。由于硬件技术的发展以
及计算机图形学，软件工程，人工智能，窗口系统等软件技术的进步，图形用户
界面(Graphic User Interface)，直观操作(Direct Manipulation)，所见即所得(What You
See What You Get)等交互原理和方法相继产生并得到了广泛应用，取得了原来“键
入命令”式的操作方式，推动人机界面自然化。
(3)人性化
现代设计的风格己经从功能主义逐步走向了多元化和人性化。今天的消费者
纷纷要求表现自我意识，个人风格和审美兴趣。反映在设计上亦使产品越来越丰
富，详细，体现一种人情味和个性。一方面要求产品功能齐全，高效，适用人的
操作使用，另一方面又要求满足人们的审美和认知需要。
现代电脑设计已经摆脱了旧有的四方壳纯机器味的淡漠，尖锐的菱角被圆
滑，单一的米色不再一统天下，从而使机器变得更加紧凑，完美，被赋予了人的
感情。软件界面中颜色，图表的使用，屏幕布局的条理性，软件操作间的连贯性
和共通行，都充分考虑了人的因素，使之操作起来更简单，友好。
建立自然化，人性化的人机界面已成为当今信息社会研究的主课题。采用图
形用户界面(WIMP)有其内在的不足，在人机交互界面中，计算机可以使用多种媒
体而用户只能同时用一个交互通道进行交互。目前，人机交互正朝着从精确向模
糊，从单通道以及从二维交互向三维交互的转变，发展用户与计算机之间快捷，
低耗的多通道界面[5]。多通道用户界面 (Multimodal User Interface)成为人机交互技
术研究的崭新领域，在国际上受到高度重视。多通道用户界面的研究正是为了消
除当前 WIMP/GUI，多媒体用户界面通信带宽不平衡的瓶颈，综合采用视线，语
音，手势等新的交互通道，设备和交互技术，使用户利用多个通道已平行，自然，
协调的方式进行人机对话。
(4)和谐的人机环境
今后计算机应能听，能看，能说，而且能善解人意，即理解和适应人的情绪
或心情。未来计算机的发展是以人为中心，必须使计算机易用好用，使人以语言，
新型触摸屏与 DSP 通信接口的研究与实现
4
文字，图像，手势，表情等自然方式与计算机打交道。外国大公司如 IBM，微软
等在中国国内建立的研究院大多以人机接口为主要研究任务。我们必须在技术竞
争中，特别是在汉语语音，汉字识别等方面取得主动权。这里，在软件方面要重
点解决汉语识别与自然语言理解，虚拟现实技术，文字识别，手势识别，表情识
别等。力争在 5-10 年内使汉语成为较流行的人机交互方式，使手势识别，表情识
别等新技术开始应用[6]。
§1.3 触摸屏人机界面的特点
触摸屏人机界面采用“人机对话”的控制方式，以触摸屏 HMI 作为操作人员
和机器设备之间双向沟通桥梁，用户可以自由组合文字，按钮，图形，数字等来
处理并监控管理以及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。随着机械设备的
飞速发展，以往的操作界面需要由熟练的操作员才能操作，而且操作困难，无法
提高工作效率。但是使用人机界面能够明确告知操作人员机器设备目前的工作状
况，使操作变得简单生动。并且可以减少操作上的失误，即使新手也可以很轻松
的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化，简单化，还能
减少 PLC
（可编程控制器）的 I/O 点数，同时由于控制设备的高性能以及操作面板
的小型化，相对地提高了整体设备的附加价值。
触摸屏人机界面由触控面板，液晶显示面板，主控面板三部分组成。触控面
板用来识别操作者触控的位置。液晶显示面板用来显示图片、用户设计的图形和
文字符号等信息：主控机板上有 CPU，ROM，RAM 控制电路及与电脑或 PLC 传
送数据的通信口。
§1.4 PWS 触摸屏软件的功能
PWS6000 系列触摸屏人机界面是随着嵌入式系统的技术发展而不断发展完善
的人机界面产品系列，它拥有高性能的嵌入式硬件平台，配备功能强大且简单易
用的组态软件 ADP(Application Development Program)，它具备简单中文的操作环
境，采用图形化的操作界面，可以帮助快速地设计图形化的窗口画面，可以在一
个画面上最多显示 6个窗口，分别执行不同的监控功能，软件提供快选窗口，公
共底层窗口，任务栏等特别属性的窗口，提供由位或字寄存器控制窗口弹出的功
能，并提供最小化，窗口控制条等功能键，可以实现 Microsoft Window 风格的界
面程序[7]。支持多语言之间的切换功能，可以实现四种语言之间的切换显示。
在触摸屏人机界面上可以设置各种单状态或多状态的按钮，开关，指示灯，
能利用多状态灯功能实现动态画面，形象，美观，可以设置键盘，拨盘开关，进
行数字输入或修改系统的各个参数的设定，可以设置各种指示针，柱式，数字式
摘要：

I目录中文摘要ABSTRACT第一章绪论...........................................................................................................1§1.1引言......................................................................................................1§1.2人机界面国内外发展的现状及发展趋势.............................................

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作者：陈辉 分类：高等教育资料 价格：15积分 属性：68 页 大小：3.2MB 格式：PDF 时间：2024-11-20

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