FPGA触摸屏控制系统设计方案徐晓巍Word文档格式.docx
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DalianMaritimeUniversity
InPartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeof
MasterofEngineering
by
XuXiaowei
（CireuitsandSystems）
ThesisSuPervisor:
AssoeiateProfessorDongHui
May2008大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重声明:
本论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,
撰写成博士/硕士学位论文“基于FPGA的触摸屏控制系统设计”。
除论文中已经
注明引用的内容外,对论文的研究做出重要贡献的个人和集体,均己在文中以明
确方式标明。
本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表
或未公开发表的成果。
本声明的法律责任由本人承担。
论文作者签名:
徐硬殊·
介`月甲日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、版
权使用管理办法”,同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文
的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权大连海事大学可以将本学
位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,也可采用影印、缩印或扫描
等复制手段保存和汇编学位论.文。
保密口,在_年解密后适用本授权书。
本学位论文属于:
保密口/
不保密吩戈请在以上方框内打“v,,）
曰兹邵幸知论文作者签名:
除磁基导师签名:
日期:
加,夕年`月
夕_中文摘要
摘要
随着科学技术的发展,触摸屏逐渐取代了传统的输入设备一键盘和鼠标,成为
目前公共场合最主要的人机交流输入设备,并己成为国内外相关领域研究的热点,
触摸屏易使用、坚固、反应速度快、节省空间的许多优点也使其有着非常广阔的
应用前景。
FPGA是用于自行设计、生产数字集成电路的器件,自70年代诞生以
来,得到了迅速发展,FPGA以其不可比拟的灵活性、设计处理的实时性,以及能
够反复可编程等特点广泛应用于电子、通信等领域。
本论文实现了对触摸屏控制的设想。
提出了软硬件相结合,基于FPGA来控
制触摸屏的新思路。
论文首先介绍了触摸屏技术以及发展的现状。
其次,阐述了
FPGA的主要特点、结构原理、编程技术、开发流程和发展趋势,介绍了系统开发
平台lsE和硬件描述语言VHDL并重点对采用的Virtex一nProFPGA器件进行了详
细介绍。
论文后半部分对触摸屏控制系统的开发过程和关键环节进行了研究。
阐
述了不同触摸屏的工作原理,特别是设计中采用的四线电阻式触摸屏进行了重点
分析,介绍了触摸屏控制芯片ADS7843,对其特性、结构、功能以及工作模式进
行'
了深入的研究。
最后,根据掌握的知识及查阅相关资料设计了触摸屏控制器,
并在XihnxIsE环境下,对系统的主要模块进行开发设计,对整体进行仿真,并证
明了该系统运行正常。
关键词:
触摸屏;
FPGA;
触摸屏控制器
夕英文摘要
DesignofTouehSereenControlSystemBasedonFPGA
Abstraet
WiththeraPidlygrowthofseieneeandteehnology,thetouehsereenhasPresently
beeomethemaininPutequiPmentinPublieoeeasions.It15takingPlaeeoftraditional
inPutequiPmentssuchastheke如oardandthemouse,thewayofHuman一ComPuter
interaetionhavebeeomethehotsPotsindomestieandabroad,anditseasytouse,strong,
fastresPonse,asPaee一savingadvantagesmaketouchsereenabroaderaPPlieation
ProsPeet.FPGA15usedtodesignandProductdigitaliniegratedeircuit,ithasbeen
develoPedquieklysinee19705.FPGAhastheeharacteristiesofunParalleledflexibility,
real一timedesignProeessandeanbereProgranuned,50ithasbeenwidely即Pliedinthe
fieldofeleetroniesandcomrnunieations.
ThisPaPerimPlementstheideaoftouehsereeneontrol.Anewideaofeontrolling
touehscreenbyeombininghardwareandsoftwarebasedonFPGA15Provided.Firstly,
thetouehsereenteelinologyanditsdeveloPmentsituationareintrodueed.Seeondly,the
FPGA'
5maincharaeteristies,strueturePrineiPle,Programrningteehnology,
develoPmentfiowanddeveloPmenttrendaredeseribed,thentheISEsystem
develoPmentPlatformandhardwaredeseriPtionlanguage（VHDL）areintrodueed,
PartieularizetheVirtex一11ProFPGAdevieeswhieh15usedinthisPaPer.Inthelatter
PartofthePaPer,thedeveloPmeniProeessandkeystePsintouehsereeneontrolsystem
areresearehed.DifferentkindsoftouchsereenPrinciPlesareanalyzed,andmentions
four一resistaneetouehsereeninPartieular.ThentheADS7843ehiPusedtocontroltoueh
sereenanditseharacteristies,strueture,九netionandworkmodearedeseribed.Finally,
aceordingtotherelevantknowledge,thetouchsereeneontroller15designed,thenunder
theXilinxISE,developsthemainmoduleofthesystem,gainstheoverallsystem
simulationandProvesthissystemeanoPeratenormally·
KeyWords:
TouehScreen;
TouehScreenController
_二`目录
第1章绪论..............................................................................................................……1
1.1课题背景及意义.................................................·
·
..·
……1
1.1.1触摸屏技术概述...............................................·
1.1,2触摸屏在各领域应用......................................................·
...·
1.1.3触摸屏产业在我国的发展及存在的问题.......................................……2
1、2作者工作和本文主要内容.,.................................................……,...............……3
1.2.1作者所做工作..............................……,.……,..·
.·
……3
1.2.2本文主要内容...........................................·
……4
第2章系统开发环境...................................................·
……5
2.1FPGA介绍...................................................................................................……5
2.1.1FPGA的工作方式.............................................................................……5
2.1.2FPGA的结构原理.............................................................................……6
2.1.3FPGA的基本原理...................……,..……,..........................................……7
2.1.4FPGA设计流程....................................................·
……8
2.1.5FPGA最新发展及趋势..............................……、..............................……11
2.2硬件描述语言一VHDL.............................................................................……12
2.2.1VHDL的设计简述..........................................................................……12
2,22vHDL的特点........................................................................·
……12
2.2.3VHDL的描述风格..........................................................................……13
2.3系统开发平台一IsE.............................................·
……14
2.3.1IsE介绍...................................……,...........................................·
2.3.2XilinxIsE8.21....................……`.....................................·
……巧
2.4virtex一11ProFPGA....................................................·
……16
2:
41Virtex一nProFPGA简介.................................................................……16
2.4.2XUPVirtex一nPro开发系统................................................……,...……17
第3章系统整体设计框架....................................·
……22
3.1系统硬件组成...................................................................·
·
3.2整体设计流程......……`......................................................................·
……23
第4章触摸屏原理及其控制器设计....................................................................……25
4.1触摸屏工作原理...............................................·
……25
4.1.1电容式触摸屏..................................................................·
……25目录
4.1.2音波式触摸屏.................................................................................……26
4.1.3红外线式触摸屏.............................................................................……28
4.1.4电阻式触摸屏.................................................................................……29
4.2触摸屏控制器设计...................................................................................……31
4.2.1ADS7843的功能特性及结构...............……,…,.......................……,二,.…31
4.2.2ADS7843工作模式设置.................................................................……33
4.2.3触摸屏控制器的实现.....................................................................……35
4.3触摸屏的校准........................................................................·
……36
第5章触摸屏控制功能的实现............................................................................……41
5.1控制模块设计........................................................................................·
……41
5.2显示模块设计...........................................................................·
……44
5.3整体设计实现........................................................................·
……46
总结与展望..............................................................................................................……50
参考文献............................................................................................................……51
附录..........................................................................................................................……53
致谢........................................................................................................................……57
研究生履历......................................……,,.,.................……,......................................……58基于班心A的触摸屏控制系统设计
第1章绪论
1.1课题背景及意义
1.1.1触摸屏技术概述
在日常的工作和学习中,操作和使用计算机都离不开键盘和鼠标,但在许多场合,
键盘和鼠标用起来并不方便。
例如在公共场合用计算机进行查询时,使用键盘和鼠标既
不方便,也不直观。
所以,在20世纪90年代初,出现了一种新的人机交互作用技术一一
触摸屏技术。
随着信息化社会的发展,触摸屏技术的应用日趋普及。
利用这种技术,使
用者无需再通过键盘和鼠标,仅用手指触摸屏幕上的图形、表格或提示标志,便可从屏
幕上得到其所需的诸种信息。
因此,触摸屏的功能将会直接影响使用者的操作意愿。
触
摸屏输入完全摒弃了键盘的繁琐输入,操作变得更为简单直观,使得人机交互仅需手指
轻轻一触即可。
可以说,所有信息尽在指尖之中。
触摸屏输入可用于取代诸如键盘、光
笔、操纵杆、滚球、鼠标及数字转换器一类的数据输入设备,或取代分立开关与薄膜开
关之类的面板操作装置。
因此,触摸屏技术已成为当前最简便的人机交流的输入设备。
世界各国也对此普遍给予重视,并投入大量的人力物力进行研发,新型触摸屏不断涌
现。
其发展呈现出专业化、多媒体化、立体化和大屏幕化等趋势。
可以预见,随着触摸
屏技术的迅速发展,触摸屏的应用领域会越来越广,性能会越来越好【'
]l2]。
1.1.2触摸屏在各领域应用
触摸屏作为一种特殊的计算机外设,它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互
方式。
其优点是操作简便直观、图像清晰、坚固耐用及节省空间,它可配用于一切电子
显示器,并可与显示器制成一体,人机交互性佳,操作方便,使用灵活,效率高及输入
速度快。
因而具有广阔的应用领域,如公共信息咨询（电信局、税务局、银行、电力、
邮政、公用电话机与公共问询系统）、金融证券交易市场、商业自动化、办公室自动化
（OA）、翻译机、'
家用电器及军事指挥控制系统等众多领域。
夕第1章绪论
在消费领域内,触摸屏输入日趋增多地应用于家用电器、销售终端机（POS）、游
戏机、多媒体教学、房地产预售、餐馆预约、飞机与车船预订和城市导游机等。
在上述
这些应用中,使用方便和经久耐用是至关重要的因素。
在商业应用中,金融业务部门已普遍使用此种触摸屏输入,如银行自动出纳机。
高
档的先进电子测量仪器仪表、医疗器械、医疗信息管理系统及办公室自动化系统亦使用
触摸屏输入。
触摸屏同样应用在在军用产品中,如空中交通管制、全球定位系统（GPS）、各军
兵种武器控制系统、防空系统等。
因此,越来越多的电子设备开始采用触摸屏产品[3]。
如苹果公司的新产品IPHONE电话、东芝的触摸屏笔记本、风靡世界的任天堂游戏机
NDSL等。
如图1.1所示。
图1.
Fig.1.1New
触摸屏的新应用
aPPlieationoftoueh一sereen
1.1.3触摸屏产业在我国的发展及存在的问题
据统计,2007年触摸屏在手持设备中的普及率为7%,总产量为7000万块,预计
2008年将增加到1亿一1.2亿块。
配备触摸屏的MP3的产量将从2007年的200万台,
增加到2008年的1200万台。
随着微软新操作系统WindowsVista的发布与逐步推广,
触摸屏市场市值将会从07年的9亿上升到2008年的15亿,与以往WindowsXP主流
操作系统不同,Vista的大多数版本中都加入了触摸屏支持。
基于即GA的触摸屏控制系统设计
蘸蘸蘸蘸】瓢蘸薰黝董鑫鑫理理理爵裂裂会男滋黑缘麟凝滋巍溺群摄摄照透缓留留...侧鉴袭搜葫葫召盖姆盛盛嵘绍豁李那移蒸举鳞罄联浴结令撇撇纯廷自出解解
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lll三拐激燕燕
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图1.22007年全球触屏及非触屏手机所占比重对比
Fig.1.2CotrlParisonofglobaltouehPanelandnon.t0uchPanelPhonePr0POrti0nin2007
以市场预估的2007年
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