采用STM32F103ZE的计算器设计与实现

硬件平台

   CPU：STM32F103ZE

   屏幕：LCD屏幕接口(NT35310)

   触摸屏：XPT2046(SPI接口)

   外扩内存：IS62WV51216(FSMC驱动)

2.功能实现

      1.完成LCD驱动、触摸屏驱动，SPI FLASH驱动保存字库；
      2.完成STemwin移植，设计计算器界面；
      3.计算器基本功能实现：基本运算(加、减、乘、除)；
      4.实现多级运算、平方运算；

3.硬件介绍

3.1 TFTLCD屏 NT35310驱动

      nt35310 是一个低功耗、 26 万色、单芯片的 TFT-LCD 控制器/驱动器，分辨率 480*320，它有一个 345600 字节的显示 RAM 和一整套控制功能。 nt35310 支持数字接口（ MDDI）， MIPI 接口， RGB 接口， 8 / 9 / 16 / 18 位8080 接口。可以实现指定的窗口区域可以有选择地更新，以便可以显示运动图像。同时也可以独立显示静止的图像区域。

3.2 8080时序

      8080 总线又叫Intel(英特尔开发)总线。大致来说， Intel 总线的控制线有四根， RD 写使能, WR 读使能, ALE 地址锁存, CS 片选。
     模块的 8080 并口读/写的过程为：
    先根据要写入/读取的数据的类型，设置 RS 为高（数据） /低（命令），然后拉低片选，选中 LCD，接着我们根据是读数据，还是要写数据置 RD/WR 为低，然后：
    读数据：在 RD 的上升沿， 读取数据线上的数据(D[15:0]);
    写数据：在 WR 的上升沿，使数据写入到 NT35310 里面;

8080写时序

/*LCD写寄存器*/
static void LcdWriteReg(u16 reg)
{
	LCD_CS=0;//拉低片选，选择LCD
	LCD_RS=0;//写命令
	LCD_WR=0;//开始写
	DATA_OUT(reg);
	LCD_WR=1;//写完成
	LCD_CS=1;//取消选中
}
/*LCD写数据*/
static void LcdWriteData(u16 dat)
{
	LCD_CS=0;//拉低片选，选择LCD
	LCD_RS=1;//写数据
	LCD_WR=0;//开始写
	DATA_OUT(dat);
	LCD_WR=1;//写完成
	LCD_CS=1;//取消选中
}

8080读时序

/*LCD写数据*/
static u16 LcdWriteData(void)
{
	u16 data=0;
	LCD_CS=0;//拉低片选，选择LCD
	LCD_RS=1;//写数据
	LCD_RD=0;//开始读
	data=DATAIN();//读取消息
	LCD_RD=1;//读完成
	LCD_CS=1;//取消选中
	return data;
}

3.3 触摸屏驱动XPT2046

      XPT2046 是一款四线制电阻触摸屏控制芯片，由深圳市矽普特科技有限公司研发生产，被广泛的应用于触摸屏驱动，堪称经典之作！
      XPT2046 内部有 2.5V 的参考电压源，可以作为辅助输入、电池电压测量和片内温度测量的参考电压。当不使用时，参考电压源可以处于省电模式。内部参考电压源在电源电压低至 2.7V 时仍可正常工作。当不使用时，参考电压还可以处于省电模式。内部参考电压在电源电压低于 2.7V 时仍可正常工作，并且监测着在 0V～6V 范围内的电源电压。 XPT2046 在 125KHz 转换速率和 2.7V 电压下的功耗仅为 750 µW。XPT2046 以其低功耗和高速率等特性，被广泛应用在采用电池供电的小型手持设备上，比如 PDA、手机等。

3.4 XPT2046驱动时序

      XPT2046 数据接口是串行接口，其典型工作时序如图 9 所示，图中展示的信号来自带有基本串行接口的单片机或数据信号处理器。处理器和转换器之间的的通信需要 8 个时钟周期，可采用 SPI、 SSI 和 Microwire 等同步串行接口。一次完整的转换需要 24 个串行同步时钟（ DCLK）来完成。
      前 8 个时钟用来通过DIN引脚输入控制字节。当转换器获取有关下一次转换的足够信息后，接着根据获得的信息设置输入多路选择器和参考源输入，并进入采样模式，如果需要，将启动触摸面板驱动器。 3 个多时钟周期后，控制字节设置完成，转换器进入转换状态。这时，输入采样－保持器进入保持状态，触摸面板驱动器停止工作（单端工作模式）。接着的12 个时钟周期将完成真正的模数转换。如果是度量比率转换方式（ SER/DFR＝ 0），驱动器在转换过程中将一直工作，第13 个时钟将输出转换结果的最后一位。剩下的 3 个多时钟周期将用来完成被转换器忽略的最后字节(DOUT置低）。

#define TOUCH_VALUE_ADDR  200 //保存校准值参数信息
#define T_MISO PBin(2)
#define T_MOSI PFout(9)
#define T_PEN PFin(10)
#define T_CS PFout(11)
#define T_SCK PBout(1)
u16 XPT2046_WR_Data(u8 cmd)
{
  u16 dat=0;
  u8 i=0;
  T_CS=0;
  for(i=0;i<8;i++)
  {
    T_SCK=0;
    T_MOSI=cmd&0x80?1:0;
    T_SCK=1;
    cmd<<=1;
  }
   Delay_Us(8);
  T_SCK=0;
  Delay_Us(1);
  T_SCK=1;
  for(i=0;i<16;i++)
  {
    T_SCK=0;
    T_SCK=1;
    dat<<=1;
    if(T_MISO)dat|=0x01;
  }
  dat>>=4;
  T_CS=1;
  return dat;
}

4.STemwin移植与计算器界面制作

  4.1 STemwin简介

      emWin 是由德国 SEGGER 公司开发，可为图形 LCD 设计提供高级支持，极大简化了 LCD 设计。 为恩智浦ARM 微控制器用户免费提供的 emWin 图形库。在国内做嵌入式系统的大部分都使用 emwin， 其简单来说就是一套图形库。
      STemWin是SEGGER公司授权给ST（意法半导体）的。使用ST芯片的用户可以免费使用STemWin。其实不光授权给了ST，还有NXP，Energy Micro等。凡是使用这些芯片厂商生产的处理器都可以免费的使用emWin。但是出于一定的保护措施，使用STemWin的库是不能用在其它芯片厂商的处理器上面的。因为在工程初始化STemWin前要使能CRC校验。如果没有使能，STemWin是启动不起来的。KEIL MDK的安装目录里面也带有emWin软件包，这个软件包也不是可以直接使用的，用户需要给KEIL MDK注册RL-ARM才可以使用。

      这里STemWin还针对ST的微控制器做了专门的优化，比如在使用ST的F4XX微控制器带FPU的芯片时，STemWin在需要浮点处理的地方专门做了优化。

  4.2 emwin特性

      emWin 设计用于提供高效且独立于处理器和显示控制器的图形用户界面，用于任何使用图形显示进行操作的应用。它与单任务和多任务环境、专用操作系统或具有任何商业 RTOS 兼容， emWin 的发货形式为 C 语言源代码。它可适用于任何尺寸的、具有任何显示控制器和 CPU 的物理和虚拟显示器。其特性包括：

一般特性
     • 支持使用任何控制器的任何 （单色、灰度或彩色）显示器 （如果有正确的驱动）。
     • 在较小显示器上无显示控制器也可运行。
     • 使用配置宏可支持任何接口。
     • 显示尺寸可配置。
     • 可在显示器上的任何点 （而不仅仅是在偶数位字节地址）上写入字符和位图。
     • 已针对尺寸和速度优化了各种例程。
     • 利用编译时间切换可进行不同优化。
     • 对于较慢的显示控制器，可在存储器中缓存显示，将存取操作减到最少，从而获得非常高的速度。
     • 结构清晰。
     • 支持虚拟显示；虚拟显示可大于实际显示。
图形库
     • 支持不同色深的位图。
     • 可使用位图转换器。
     • 绝对无浮点使用。
     • 快速线 / 点绘制 （不使用浮点）。
     • 圆形 / 多边形绘制非常快速。
     • 不同的绘图模式。
字体
     • 基本软件配备多种不同的字体： 46、 68、 69、 88、 89、 816、 817、 818、 24*32，以及像素高度为 8、 10、 13、 16 的比例字体。
     • 可以定义新的字体并只需简单链接。
     • 只有应用程序使用的字体才实际链接到生成的可执行程序，从而使 ROM 使用最小。
     • 字体可分别在 X 和 Y 方向完全缩放。
     • 可使用字体转换器；主机系统 （即 Microsoft Windows）上有的任何字体都可以转换。
字符串 / 值输出例程
     • 例程可以十进制、二进制、十六进制、任何字体形式显示值。
     • 例程可以十进制、二进制、十六进制、任何字体形式编辑值。
窗口管理器 (WM)
     • 完整的窗口管理操作，包括裁剪。窗口的客户区以外的区域不可能被覆盖。
     • 窗口可以移动和调整大小。
     • 支持回调例程 （可选择是否使用）。
    • WM 使用最小的 RAM （每个窗口大约 50 字节）。
PC 界面外观的可选小工具
     • 提供各种小工具 （窗口对象，也称为控件）。它们通常自动操作并且简单易用。
支持触摸屏和鼠标
     • 对于按钮小工具等窗口对象， emWin 提供触摸屏和鼠标支持。
PC 工具
     • 模拟脉冲查看器。
     • 位图转换器。
     • 字体转换器。

4.3 GUIBuilde

      GUIBuilder应用程序是一款无需使用 C编程语言即可创建对话框的工具。小工具的放置和大小调整，可通过拖放操作来实现，而无需编写源代码。根据上下文菜单，能添加其他各种属性。对这些小工具的属性进行编辑后，就能实现微调。该操作无需使用 C 编程语言。对话框可以另存为 C 文件，在添加用户定义的代码后可对其进行增强。当然， GUIBuilder 可以加载并修改具有嵌入式用户代码的这些C 文件。

    计算器界面效果

平方运算和分数计算     

基本运算和顺序运算

     主函数

#include "gui.h"
#include "EmWinHZFont.h"
#include "DIALOG.h"
#include 
extern WM_HWIN CreateFramewin(void);
int main()
{
  u16 time=0;
  GUI_PID_STATE pState;
  STM32_Clock_Init(16);
  Beep_Init();
  Led_Init();
  Key_Init();
  Usartx_Init(USART1,115200,128);
  W25Q64_Init();  
  IIC_Init();
  Sram_Init();
  NT35310_Init();
  XPT2046_Init();
  printf("校准完成\r\n"); 
	XPT2046_Calibration2();
  TIMx_Init(TIM7,128,1000);//1ms,用来给STemwint延时函数使用
  TIM7->CR1|=1<<0;//开启定时器	
	RCC->AHBENR|=1<<6;//开启CRC时钟
	GUI_Init();//STemwin初始化
  WM_SetCreateFlags(WM_CF_MEMDEV);    /*在所有窗口上使用存储设备以避免闪烁 */
  CreateFramewin();
  while(1)
  {
    GUI_Exec();//更新界面显示,显示对话框
   
    GUI_TOUCH_GetState(&pState);//获取触摸屏状态
    if(pState.Pressed)
		{
			GUI_CURSOR_SetPosition(pState.x,pState.y);//设置坐标位置
			GUI_CURSOR_Show();//显示光标
		}
		Delay_Ms(1);
		time++;
		if(time>=500)
		{
			LED1=!LED1;
			time=0;
		}  
  }
}

 

审核编辑：汤梓红