基于AVR单片机的触摸屏人机界面系统设计与实现 (毕业设计51页18951字+图+程序全套)
摘要：近年来，触摸屏技术在信息家电、公共信息查询、通信和办公自动化等领域的应用越来越广。本文利用触摸屏、AVR单片机和液晶屏搭建了一个人机界面系统。以ATmega16作为系统的MCU，四线电阻式触摸屏作为系统的触摸感应器件，HS12864-1作为系统的终端显示液晶屏。文章着重介绍以AVR为核心的触摸屏和LCD的应用，包括触摸信号采集、数据处理、LCD显示控制、串口通信等。通过AVR单片机对触摸屏信号的采集和计算，获得触摸点在触摸屏幕上的坐标，根据不同的坐标获取液晶屏上相应的显示内容，并利用8条并行数据线将显示的内容送至LCD显示。当LCD液晶屏被刷新后会进入相应的显示界面，最终实现人机界面系统的设计。同时，通过AVR单片机提供的串口，将数据以串行的方式发送给PC机或其他嵌入式系统，实现本设计的系统扩展。

关键词：触摸屏；AVR单片机；人机交互
 
The Touch-Screen Man-Machine Interface System Design and Implementation Based on the AVR Single-Chip Microcomputer
Abstract：Recently, the touch-screen technology was used widely in the information appliances, and public information inquiries, communications and office automation and other areas. This dissertation built a human-machine interface system by using Touch-screen, AVR single-chip microcomputer and LCD screen. The system uses the ATmega16 as the MCU, 4-line resistance touch screen as the touch-sensitive device and the HS12864-1 as the terminal LCD screen. The work focused on introducing the applications of touch-screen based on AVR and LCD, such as the touch signal acquisition, data processing, LCD Display Control, serial communications and so on. Touch-screen signals are collected and calculated through the AVR single-chip microcomputer for acquiring the coordinates of points on the touch screen and various coordinates are used to get the corresponding contents displayed on the LCD screen, and the contents will be transmitted to the LCD display using eight parallel lines. The corresponding interface will be displayed when the LCD screen is updated, and the design of human-machine interface system will be finished. Meanwhile, the data is sent to PC computer or other embedded system through the serial port provided by AVR single-chip microcomputer to accomplish the system expansion of the design.

Key words: touch-screen, AVR single-chip microcomputer, man-machine interactive
 
目    录
第1章  绪  论 1
1.1  课题背景 1
1.2  触摸屏技术的应用及意义 1
1.3  课题内容和本人主要工作 2
第2章  方案论证 3
2.1  引言 3
2.2  系统设计思路 3
2.3  触摸屏选择 4
2.3.1  电阻式 4
2.3.2  电容感应式 5
2.3.3  红外线式 5
2.3.4  表面声波式 5
2.4  MCU选择 6
2.4.1  51系列单片机 6
2.4.2  AVR系列单片机 7
2.5  通信接口选择 7
2.6  液晶屏选择 8
第3章  系统硬件设计 9
3.1  引言 9
3.2  系统框图 9
3.3  触摸屏信号采集单元 10
3.4  单片机控制单元 12
3.5  单片机与LCD硬件设计 13
3.6  电源电路设计 14
3.7  串行接口通信单元 16
3.8  系统原理图及印刷电路板图 17
3.9  器件连接实物图 17
第4章  系统软件设计 19
4.1  引言 19
4.2  设计思路及系统框图 19
4.3  触摸屏信号采集模块 20
4.4  LCD显示模块 21
4.5  人机交互模块 23
第5章  系统调试 24
5.1  硬件调试 24
5.2  软件调试 25
5.2.1  LCD液晶屏 25
5.2.2  触摸屏 27
5.3  整机调试 29
结  论 34
致  谢 35
参考文献 36
附录1  系统原理图 37
附录2  系统PCB图 38
附录3  触摸屏程序 39
附录4  LCD程序 42

 
第1章  绪  论
1.1  课题背景
国外，1970美国军方首次将触摸屏（Touch Panel）技术应用于军事用途，此后，该项技术逐渐向民用移转，并且随着网络技术的发展和互联网应用的普及，新一代触摸技术和产品相继出现，其坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点得到大众的认同。目前，这种最为轻松的人机交互技术已经被推向众多领域，除了应用于个人便携式信息产品（如：使用手写输入技术的PC、PDA、AV等）之外，应用领域遍及信息家电、公共信息（如：电子政务、银行、医院、电力等部门的业务查询等）、电子游戏、通讯设备、办公室自动化设备、信息收集设备及工业设备等等。
国内，触摸屏技术的应用虽然只有10多年的时间，但是它已经成了继键盘、鼠标、手写板、语音输入后最为普通百姓所易接受的计算机输入方式。因为利用这种技术，用户只要用手指轻轻地触碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术极大方便了用户，非常适合多媒体信息查询。同时，这种人机交互方式赋予了多媒体崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏技术的发展日新月异，2003年全球触摸屏销售总额约20亿美元左右。
1.2  触摸屏技术的应用及意义
触摸屏输入完全摒弃了键盘的繁琐输入，使得人机交互仅需手指轻轻接触即可。触摸屏输入可用于取代诸如键盘、光笔、操纵杆、滚球、鼠标器及数字转换器一类的数据输入设备。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。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。触摸屏输入之最大市场乃是军用，如空中交通管制、全球定位系统（GPS）、各军兵种武器控制系统、防空系统及C3I系统。故触摸屏输入装置将会发展成为未来诸种信息产品的主流技术之一。
触摸是人类最简单、本能的共有行为之一。随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏。触摸屏技术的特点主要表现为以下几个方面：首先，适用于各种年龄的用户。就像婴儿本能的伸手去拿他要的东西那样，使用触摸式显示屏就这么简单，要什么你就点什么；其次，简洁便利。触摸显示屏不论是在台面上或其他任何地方绝无半点浪费空间的现象，因为其输入装置与显示屏完全结合在一起；再次，快、更快、最快。触摸显示屏可快速的读取、输入所有数字媒体的信息。可以这么说，快捷的输入对餐馆、宾馆、电影院及零售而言便意味着为客户提供更好的服务；再次，耐用便于清洁。触摸屏表面为玻璃或类似硬质涂层面，所以它易于清洁，非常适用于餐馆、医院及食品和医药行业的典型环境；最后，轻松应用。触摸屏系统从根本上减少了操作错误，因为用户仅需简单地从菜单中进行选择而已。触摸显示屏也利于简化涉及大量按钮或开关的工艺控制应用，利于简化需防止未授权进入的系统的应用。
总之，触摸屏是一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的而且又适用于中国多媒体信息查询国情的输入设备，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，极大地方便了那些不懂电脑操作的用户。这种人机交互方式，赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。随着城市向信息化方向发展和电脑网络在日常生活中的渗透，信息查询都会以触摸屏——显示内容可触摸的形式出现。
1.3  课题内容和本人主要工作
通过对嵌入式系统知识的学习，熟悉计算机控制，系统掌握基于8位AVR单片机的嵌入式开发平台的基本开发手段和LCD显示原理及驱动技术，完成人机界面系统的硬件电路设计和软件设计。系统应包括信号采集、数据处理，数据显示三个部分。信号采集部分的设计，要求触摸屏对触摸动作的感应具备一定的灵敏度，能进行界面切换以及字符和汉字的显示。触摸屏利用触摸屏进行信号采集，通过MCU对触摸屏采集的信号进行处理，控制数据在液晶显示屏上的显示，实现人机交互的目的。