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STM32单片机驱动简易计算器开发与实践
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更新于2024-06-25
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本文档主要探讨了一种基于STM32的简易计算器的设计与实现。STM32作为一种高性能的微控制器单元(MCU),在嵌入式系统设计中占据了重要的地位,尤其在现代电子产品中发挥着不可或缺的作用。本文设计的目标是利用STM32开发板,结合触摸屏、LCD液晶显示屏和FSMC(Flexible Static Memory Controller),构建一个功能实用且易于操作的计算器,以此作为作者的毕业设计项目。 首先,STM32多功能开发板为设计提供了基础平台,其强大的处理能力和丰富的外设接口使得开发者能够快速搭建原型并进行硬件编程。STM32单片机因其低功耗、高集成度和高度灵活性,使其成为小型智能设备的理想选择,特别是在资源受限的环境中。 在设计过程中,作者深入研究了STM32的各种特性,如GPIO引脚的配置、中断处理、内存管理等,这些都是实现计算器功能的关键。触摸屏的集成使得用户界面更为友好,允许用户通过触摸操作来进行加减乘除等基本运算,提高了交互体验。LCD液晶显示屏则用于显示计算结果,清晰直观地展示用户的输入和计算过程。 FSMC接口在该设计中主要用于连接外部存储器和显示设备,确保数据传输的高效性。通过对这些组件的深入理解和实际操作,作者得以将理论知识转化为实际应用,并借此检验了自己对STM32开发板的掌握程度和动手能力。 关键词“STM32”、“单片机”、“触摸屏”和“计算器”突出了文章的核心内容,表明了设计的重点在于如何利用这些技术元素构建一个实际可用的计算工具。这篇文档提供了一个实践性的学习案例,展示了STM32在小型计算器项目中的应用,同时强调了在实际项目开发中对硬件组件和软件编程的综合运用能力。
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电阻屏有如下的特点:
1.其工作环境状态是与外界环境完全隔离的,所以不怕污垢、水汽和尘土。
2.可以用任何物体来与其触摸,还可以用来写字,画图,这是它的一大优势。
3.电阻触摸屏的精确度只由 A/D 转换的精确度来决定,所以可以很容易的达
到 4096*4096。
我们这里的 TFTLCD 模块选择的就是四线电阻式触摸屏。下面简单的介绍一
下四线电阻式触摸屏。
四线电阻式触摸屏的结构图如图 3.1 所示,在玻璃基板或者丙烯酸基板上铺
盖有两层透平和均匀导电的 ITO 层,用来分别做为 X 电极和 Y 电极,它们之间被
均匀排列的透明格点分开绝缘。其中下层的 ITO 附着在玻璃基板上,上层的 ITO
与 PET 薄膜附着。X 电极和 Y 电极的正负端由“导电条”(图中黑色条形部分)
分别从两端引出,并且 X 电极和 Y 电极导电条的位置相互垂直。引出端总共有四
条线:X+,X-,Y+,Y-,这就是四线电阻式触摸屏名称的由来。
图 3.1 四线电阻式触摸屏的结构图
计算触点的 X,Y 坐标方法步骤如下所示:
1.计算 Y 坐标,在 Y+电极要施加驱动电压 Vdrive,Y-电极需要接地,用 X+
当作引出端测量得到接触点的电压值,因为 ITO 层均匀导电,所以触点电压与
Vdrive 电压之比即触点 Y 坐标与屏高度之比。
2.计算 X 坐标,在 X+电极要施加驱动电压 Vdrive,X-电极需要接地,用 Y+
当作引出端测量得到接触点的电压值,因为 ITO 层均匀导电,所以触点电压与
Vdrive 电压之比即触点 X 坐标与屏宽度之比。
四线电阻式触摸屏既能够得到触点的(X,Y)坐标,也能够测得触点的压力,
原因是 top layer 施压后,上下层 ITO 就会发生接触,在触点上本来是有电阻存
在的。如图 3.2 所示,压力越大,接触面积越充分,电阻越小,我们就可以通过
测量这个电阻的大小就能够得到压力的大小。
图 3.2 四线电阻式触摸屏触电感应图
TFTLCD 模块自带的触摸屏控制芯片是 XPT20-46。XPT20-46 是一个有 4 导线
制的触摸屏控制器,内含 12 位分辨率 125KHz 转换速率非常接近 A/D 转换器。
XPT20-46 能够支持 1.5~5.25 的低电压 I/O 接口。XPT20-46 可以通过执行两次
A/D 转换就能够查出被按的屏幕位置,除此之外,还能够测量压在触摸屏上的压
力。内部自带的 2.5V 参考电压能够当作辅助输入、温度测量和电池监测模式之
用、电池监测的电压范围是 0V~6V。XPT20-46 的片内集成还有一个温度传感器。
在 2.7V 的正常工作状态下,关闭参考电压,功耗可以小于 0.75mW。XPT20-46 采
用微小的封装形式:TSSOP-16、QFN-16(0.75mm 厚度)和 VFBGA-48。工作温度范
围:-40℃~+85℃。
3.4 FSMC 简介
FSMC(Flexible Static Memory Controller,可变静态存储控制器))是 STM32
系列中内部集成 256 KB 以上 Flash,后缀为 xC、xD 和 xE 的高存储密度微控制器
特有的存储控制机制。之所以称为“可变”,是因为经过对特殊功能寄存器的设
置,FSMC 可以根据不一样的外部存储器类型,发出以之对应的地址、数据、控
制信号类型来匹配信号的速度,从而使 STM32 系列微控制器不仅可以应用各种不
同类型、不同速度的外部静态存储器,而且还可以在不增加外部器件的情况下,
同时还可以扩展多种不同类型的静态存储器,从而满足系统设计对存储容量、产
品体积和成本的综合要求。
内部结构:STM32 微控制器之所以可以支持 NOR Flash 和 NAND Flash 这两类
访问方式截然不同的存储器扩展,原因是在 FSMC 内部实际上含有 NOR Flash 和
NAND/PC Card 两个控制器,分别支持着两种完全不同的存储器访问方式。在
STM32 的内部,FSMC 的一端经过内部高速总线 AHB 与内核 Cortex-M3 相连接,
另一端外部总线则是面向扩展存储器的。内核把外部存储器的访问信号发送给
AHB 总线后,会通过 FSMC 转换成为符合外部存储器通信规则的信号,再发送给
外部存储器的对应引脚,从而实现内核与外部存储器之间的数据交换。这里 FSMC
起到了桥梁的作用,它既可以进行信号类型的转换,还可以进行信号时序和宽度
的调整,从而屏蔽掉不同存储类型的差异,使之对内核而言没有任何区别。
技术优势:①支持丰富的存储操作方法。FSMC 不但支持多种数据宽度的异
步读/写操作,而且还支持对 NAND、NOR、PSRAM 存储器的同步突发访问方式。支
持多种静态存储器类型。
②STM32 经过 FSMC 能够与 PSRAM、SRAM、ROM、NOR Flash 和 NANDFlash 存储
器的引脚直接相连接。
③支持代码从 FSMC 扩展的外部存储器中直接运行,而不必要首先调入内部
SRAM。
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