基于MCU应用的HMI在环境监测中的应用

bigboy

引言
　　触摸屏是一种新型的电子输入设备，是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式，它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。将ARM Cortex-M3内核和TFT触摸屏结合在一起，以环境监控系统为应用，对ARM公司的Cortex-M3内核进行了分析，并研究了Cortex-M3内核驱动TFT液晶屏幕的可行性。
　　1 系统工作原理
　　无线环境监控系统总体的设计框图如图1所示。以基于第二代Cortex-M3内核的LPC1758为核心，以TFT触摸屏为显示和控制单元，以2．4 GHz无线模块为通信单元，合理移植μCOS-II系统，对环境参数进行监测和控制。

图1 (原文件名:p1.jpg)  
　　2 硬件电路设计与实现
　　2．1 电源方案
　　硬件电路降压稳压电路采用降压稳压芯片SPXlll7-3．3 V。电路在启动过程中会产生较大的冲击电流，会对其他电路造成电磁干扰，系统在电源中增加容值较大的电解电容以满足系统中各项要求。降压稳压电路如图2所示。

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　　硬件电路升压稳压电路是为TFT液晶屏提供直流12 V电压驱动而设计的。该电路选用PT4102芯片，PT4102是一款由单节锂电池(持续电流)来驱动至多个串联LED的升压转换器，采用固定频率电流模式来调节LED电流，并通过一个外部电流监测电阻来测量此电流，95 mV的低反馈电压可降低功耗和提高效率，PT4102还含有电流限制以避免在输出过载时对器件造成损害。升压稳压电路如图3所示。

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　　2．2 MCU方案
　　基于CorteX-M3的MCU选用的是荷兰Philips公司LPCI000系列的LPC1758。运行频率高达100 MHz，支持8个区域的存储器保护单元(MPU)，高达512 KB片内FLASH程序存储器。增强型的FLASH存储器加速器使能高速的100 MHz操作，而无需等待状态(with zero wait states)。互连的多层AHB矩阵为每个AHB主机提供独立的总线。这种互连所提供的通信不会有仲裁延时分开的APB总线允许高吞吐量，几乎不会在CPU和DMA之间出现中止。
　　系统采用12 MHz的无源晶振，为了保证晶振的谐振频率和输出幅度，在晶振的两个引脚上加入了两个22 pF的负载电容。在不影响电路正常工作的情况下，为了简化电路设计，没有将数字电路和模拟电路区分开来，VDDA与VDD直接相连、GNDA与GND直接相连。但是为了追求更优秀的模拟性能(ADC和模拟比较器模块)，可以另外安排一路3．3 V电源，连接到VDDA和GNDA，使其与VDD和GND分开。LPC1758部分电路图如图4所示。

(原文件名:p4.jpg)  
　　系统采用如图5所示的RC复位电路。复位电路中的二极管是为了解决电源毛刺和电源缓慢下降等问题，而104电容可避免高频谐波对电路的干扰。

(原文件名:p5.jpg)

　　2．3 TFT触摸屏方案
　　TFT液晶显示方案包括触摸控制和液晶显示两个部分。为了保证显示的速度要求和系统的稳定性，触摸屏控制器选用的是TI公司的TSC20 46，该控制器为SPI接口，具有触摸中断功能，性价比很高。而液晶屏选用的是SPFD5408A，该屏幕为3．5英寸，具有高速8，9，16，18位并行接口。可以显示16位和18位的RGB色彩。当然也可以选用时下基于UART开发的液晶模块成品，集合了液晶驱动、图文处理和界面的设计。北京迪文科技有限公司已经先于飞利浦推出业内首款24位真彩色液晶触摸屏，已经广泛应用于诸多行业。这里着重介绍一下它的灵魂-超强核心模组H600。
        24位色TFT驱动，用户界面更加精彩；
        完全工业级标准设计，全金属屏蔽封装；
        -40/+85工作温度范围，不使用BGA封装器件，大大提高耐冷热冲击能力和抗震性能；
        最大支持1280×900 90Hz显示速度；
        3.3v内核电压，整机200mA工作电流，更好的抗干扰能力。

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