基于单片机的简易触摸屏手机.docx

基于单片机的简易触摸屏手机.docx

《基于单片机的简易触摸屏手机.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的简易触摸屏手机.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的简易触摸屏手机

摘要

本系统是一个基于单片机的简易触摸屏手机。

最近几年，手机的发展日新月异，特别是android操作系统和触摸屏的便捷性，使触摸屏手机迅速普及，触摸屏手机将是未来手机的主流配置，此系统就是研究触摸屏手机的工作原理及实现方法。

整个系统主要是由STC12C5A60S2单片机，SIM300模块，串口触摸屏及一些外围器件组成的，主要功能的实现方法是：

先用触摸屏配套PC组态软件和PS软件提前设置好触摸屏的图标和数字键盘等主要显示界面，然后下载到触摸屏的内部存储器中，供触摸屏内部处理；当按下相应的触摸按键后，把触摸屏的内部处理后的数据通过单片机的串口1发送给单片机，之后单片机进行相应的运算处理和判断，再通过单片机的串口2给SIM300模块发送相应的AT操作指令，驱动SIM300模块发送对应的手机信号。

通过以上模块，可以实现：

接、打电话，接、发英文短信，有来电提醒功能，以及实时时钟的功能。

关键词：

手机；SIM300模块；串口触摸屏；实时时钟

ABSTRACT

Thissystemisasimplemicrocontroller-basedtouchscreenphone.Inrecentyears,developmentofmobilephonesisveryfast.Especiallybecausetheandroidoperatingsystemandtouchscreenisveryconvenient,touchscreenmobilephoneismoreandmorepopular.Touchscreenmobilephoneswillbethemostmainstreamconfigurationin the future.The whole system is mainly composed by STC12C5A60S2 microcontroller,Sim300module,serialtouchscreen,andsomeperipheraldevices.Therealizationmethodofthemainfunctionis:

firstlyuseatouchscreensupportingPCconfigurationsoftwareandPSsoftware,settouchscreeniconandnumerickeypadandotherdisplayinterfaceinadvance.Thendownloadtotheinternalmemoryofthetouchscreen,letinternal touch screen process;If the corresponding touch button is pressed,sent the data of processed by the touch screen to the microcontroller via a serial microcontroller,Then the microcontroller executes the corresponding arithmetic processing and judgment. Then thecontrollersendtheappropriateATcommandtoSIM300modulethroughtheserial2.AndDrivetheSIM300modulesendingmobilephonesignal.Thesystemalsoaddsa1302clockchip,timecanbedisplayedinrealtime.Throughtheabovemodule,thissystemachieves:

receive,makeaphonecall;Receive,sendEnglishtextmessages.Thereisanincomingcallreminders,andperpetualcalendar.Alsoitcansetthealarmclock.

KeyWords:

mobilephone;SIM300module;serialtouchscreen;perpetualcalendar

目录

1引言1

1.1课题研究的背景1

1.2课题研究的目的及意义1

1.3课题研究设想2

2系统方案研究3

2.1方案论证3

2.1.1主控芯片选择3

2.1.2GSM模块选择3

2.1.3触摸屏模块选择4

2.1.4时钟模块选择4

2.2方案最终选定及系统原理框图4

3硬件电路设计6

3.1STC12C5A60S2主控单片机介绍6

3.1.1单片机的主要特性6

3.1.2单片机引脚说明7

3.1.3串行口功能介绍8

3.1.4STC12C5A60S2单片机最小系统8

3.2SIM300模块9

3.2.1SIM300功能简介9

3.2.2SIM300电路原理9

3.2.3SIM300串口调试简介10

3.3触摸屏模块13

3.3.1串口触摸屏简介13

3.3.2触摸屏使用方法14

3.4RTC实时时钟15

3.4.1时钟功能简介15

4软件设计16

4.1Keil软件介绍16

4.2编程总结16

4.3迪文触摸屏组态软件介绍18

4.4本设计的程序流程图20

4.5源程序（见附录2）20

5系统调试过程21

5.1单片机最小系统和时钟模块的调试21

5.2时钟模块的调试21

5.3SIM300模块的调试21

5.4串口触摸屏的调试21

5.5系统联调22

结论24

参考文献25

致谢26

附录1：

整体电路图27

附录2：

源程序28

1引言

1.1课题研究的背景

自从手机出现之后，就给人们提供了极大的便利，从第一代的大哥大手机，接打电话的功能，到后来的GSM和CDMA等2G手机，性能和功能都更强大一些，安全性也更高，再到现在非常普及的3G智能手机，它的功能已经相当强大；它的主频比普通的2G手机更高了，而且得意于集成电路工艺的发展，以及人们对新颖的移动终端的不懈追求，促进了3G智能手机的快速发展，现在的智能手机不仅有接打电话等语音功能，还安装了操作系统，并且配备了重力感应，摄像头，语音识别等各种传感器，还有手机支付，手机钱包，手机游戏等，更因为触摸屏的方便操作，使手机的功能空前强大，为人们学习、生活和娱乐各个方面都提供了很多的方便，手机已经成为了人们生活中不可缺少的东西，2G,3G手机的发展迅速，而现在4G手机正在一些地区适用，可以说手机是一个更新换代最快的一个物品了。

手机的未来发展肯定会向着速度更快，性能更好的方向发展，手机会成为电子行业的一个最热门的话题，手机内部所体现出的东西，也是电子行业未来要研究的主要对象，例如物联网技术，手机如此重要，所以我就想研究一下手机到底是如何做出来的，研究一下它的具体工作原理和开发技巧。

1.2课题研究的目的及意义

智能触屏手机的发展现在处于一种井喷的状态，随着智能手机的性能提高，各种手机新应用，手机新功能层出不穷，手机支付，远程遥控，远程监控，移动互联网，可以说一部手机，就能实现我们生活中很多的事情，其实说到底，手机的核心功能就是我们电子方面研究的对象，手机里的相关知识将来应该会逐渐渗透到我们生活中的方方面面，以后电子方面的教学也可能会更多地涉及到手机的设计过程，在将来的各类电子竞赛中也会有这方面的应用，在未来的职场上对我自己的发展也会有提高作用，而且，我看到，网上并没有人做过相似的毕业设计，一般都是成品的手机，我就想自己研究，设计一下，做出一个我自制的手机。

研究手机的原理，以及设计方法，可以加深我对微电子行业的理解，也能引领大家研究这方面的知识，因为我还没法发现我们学校的哪个学生做过手机的，手机上的一些思想在未来也会渗透到我们生活中的方方面面，手机上的传感器在前几届的比赛上已经开始崭露头角，现在蓝牙模块，和WiFi信号的大量普及，也会促进通过手机进行的联网和信号的传输，手机作为一个每个人都可以随身携带的物品，必将受到越来越多的电子爱好者的研究开发，所以研究它的原理和使用技巧非常有必要。

1.3课题研究设想

通过本课题，我想设计出一款跟普通手机基本一样的触摸屏手机，属于功能型手机。

可能体积比实际手机大一些，触摸按键通过功能切换键，可以从数字键盘切换为字母键盘或符号键盘，其他功能上可以实现：

1.拨打任意长度的手机号码。

2．接听任意电话，有来电显示功能，也可以选择不接听。

3.发送英文短信，使对方收到的短信内容和我发送的短信要完全一致。

4.接收英文短信，显示来信联系人电话，准备无误的接收ASCII码中的英文字符短信。

5.显示实时时钟，可以在每个界面的特定位置一直显示年，月，日，时，分，秒，以及星期等信息，跟真正的手机差不多。

2系统方案研究

2.1方案论证

2.1.1主控芯片选择

方案1：

采用最常见的51内核的AT89S52单片机，这是一个低功耗，高性能的CMOS8位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个16位可编程定时计数器。

且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。

这类单片机发展的比较早，技术很成熟，网上的相关学习资料也比较多，但硬件资源比较少，存储空间比较有限，而且运行速度比较慢。

方案2：

采用STM32来实现，它是基于ARM内核的一款，现在非常流行的嵌入式控制器，功能非常强大，处理速度也很快，但是它的内部原理比较复杂，编程的难度比较大，需要非常熟练的编程经验才能熟练使用。

方案3：

采用FPGA，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

方案4：

采用STC12C5A60S2单片机，STC系列单片机是国产单片机，它的资料都是中文的，比较好学习研究，而且这款单片机是一款1T的单片机，速度方面是普通51单片机的12倍，资源比普通51单片机多，内部集成了8路10位的AD，2路PWM，4个16位定时器等。

而且价格和普通51单片机相差很少。

它又是一款双串口的单片机，正好满足我的设计要求。

本设计中需要2路串口，且对触摸屏处理速度有一定要求，综合以上方案，选择方案4。

2.1.2GSM模块选择

方案1：

采用TC35模块，TC35是西门子公司研发的一款高度集成的GSM模块，技术比较成熟，体积小，但是它只有电话和短信的功能，功能比较单一。

方案2：

采用SIM300模块，它是SIMCOM公司的一款比较经典的型号，低功耗，性价比高，而且功能完善，且有接收彩信和GPRS上网的功能。

方案3：

采用SIM900A模块，它属于新款紧凑型产品，性能比SIM300更加优越，而且采用的是SMT封装形式，体积更小，但缺点是价格过高。

参考本设计要实现的功能和综合性价比方面，最终选择使用方案2。

2.1.3触摸屏模块选择

方案1：

采用传统的并行触摸屏，价格比较便宜，它是通过时序或指令来控制触摸操作和显示功能的，需要自己写底层驱动程序，和繁杂的图标显示程序，相对比较麻烦一点，编程的工作量会非常大。

方案2：

采用迪文串口触摸屏，这是一款在近几年工业上用的很广泛的触摸屏，它的原理是基于利用直接变量，并驱动显示，先是通过触摸屏配套的PC组态软件来设计好触控文件和配置文件，然后下载到触摸屏内部处理器中，我只需要设计如何使触摸屏跟单片机之间进行串口通信即可，这种方式可以减少编程的工作量，大大提高本设计的拓展空间。

开发原理概述：

使用迪文DGUS配置软件将变量和需要实现的功能关联起来，然后通过控制端给该设置的变量赋值来实现对应的功能，或读取变量值来查看屏当前相关功能的状态；变量地址：

是针对屏来进行定义的，类似组态软件的地址定义，又不相同，主要区别在于组态软件的地址是有特定含义的（即和屏内部的某个功能已绑定），而采用DGUS屏的变量地址可以与任意功能来进行关联（不出现变量地址交叉的情况即可）。

根据编程的任务量，以及本设计的整体安排，综合以上两种方案，选择方案2。

2.1.4时钟模块选择

方案1：

采用单片机的内部定时器计时，这种方式看似比较简单，节约了成本，但是要用单片机的定时器进行设置，单片机内部的定时器资源本来就不多，而且要用到两个串口，设置串口波特率时也要占用系统的定时器，就会造成定时器资源的紧张，若用了定时器，势必会增加中断的处理程序，给编程的复杂性上又增加了难度。

方案2：

采用DS12C887，精度比较高，内部自带锂电池，掉电后时间信息不会丢失，但是价格非常昂贵。

方案3：

采用串口触摸屏内部自带的RTC模块，通过调用屏上内部的寄存器，就能方便的显示时间。

综合以上三种方案，考虑方便性及有效性，最终选择方案3。

2.2方案最终选定及系统原理框图

经过反复论证，我们最终确定了如下方案：

（1）采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器。

（2）GSM模块采用SIM300模块进行手机通信。

（3）触摸显示模块采用的是迪文串口触摸屏模块。

（4）时钟模块采用屏载RTC模块。

系统整体框图如图2-1所示。

图2-1系统原理框图

整个系统的原理图，见附录1。

3硬件电路设计

3.1STC12C5A60S2主控单片机介绍

STC系列单片机是一种国产单片机，因为超高的性价比，和方便查询的中文资料而迅速占领了国内很多市场，STC12C5A60S2是STC公司生产的一款单时钟机器周期（1T）的单片机，它属于一款高速单片机，可以说是STC公司的一款明星产品，因为它具有低功耗、超强抗干扰的性能，而且指令完全兼容51单片机，只要是有一定编程基础的人，都能快速上手。

3.1.1单片机的主要特性

1.1T机器周期，是一款超高速的单片机，有两种模式，既可以工作在高速模式，又可以工作在普通51单片机的速度模式，可以通过内部寄存器进行设置。

2.工作电压为3.5V-5.5V，可以使用5V或4.5V（三节干电池）供电，但是不能使用3.3V或6V的电源供电。

3.60KB的flash存储器，对于一般的应用程序来说，绝对够用了，所以这款单片机特别好用，不用担心程序太大，放不下的问题，也不会考虑要外扩存储器。

4.I0比普通51的单片机多了三种模式，这样更加方便。

5.内部含有MAX810复位电路，可以方便的为单片机提供复位信号。

6.时钟源：

既可以使用外部的高精度时钟，又可以使用内部的RC振荡器作为时钟信号。

7.芯片内部集成了8路高速的AD转换通道，转换精度可达10位，基本能满足一般的使用要求。

8.含有双串口，一般一个串口用来跟模块连接，另一个串口可以用来看调试结果，这个功能对于我的设计来说是太适用了，因为我的两个主要模块都是用串口通信的，这样刚好用上，很方便。

9.外部中断口有7路，除了传统8051外部中断口外，其他外部中断口可以通过设置第二功能进行使能。

10.PWM有2路。

11.8路AD转换接口，10位精度，转换速度可达每秒钟25万次。

12.双串口，可以方便的连结两个串口设置。

13.工业级的芯片，工作时的温度范围是：

-40~85℃。

14.普通51单片机的IO口是只有一种默认的模式，而这款单片机却有四种模式可以定义。

15.还增加了两个定时器，两路PWM，还有SPI接口，这些功能大大拓展了系统资源。

3.1.2单片机引脚说明

单片机的引脚如图3-1所示。

图3-1STC12C5A60S2单片机引脚图

1.P0.0~P0.7P0口既可以作为输入输出口，也可以作为地址数据复用总线使用。

当P0口作为输入输出口时，P0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。

当P0作为地址数据复用总线使用时，是低8位地址线A0~A7，数据线D0~D7。

2.P1.0ADC0CLKOUT2标准IO口、ADC输入通道0、独立波特率发生器的时钟输出。

3.P1.1ADC1ADC输入通道0。

4.P1.2ADC2ECIRxD2标准IO口、ADC输入通道2、PCA计数器的外部脉冲输入脚，第二串口数据接收端。

5.P1.3ADC3CCP0TxD2标准IO口、ADC输入通道3、外部信号捕获，高速脉冲输出及脉宽调制输出、第二串口数据发送端。

6.P1.4ADC4CCP1SS非标准IO口、ADC输入通道4、SPI同步串行接口的从机选择信号。

7.P1.5ADC5MOSI标准IO口、ADC输入通道5、SPI同步串行接口。

8.P1.7ADC7SCLK标准IO口、ADC输入通道7。

9.P2.0~P2.78位准双向口，也可作为高8位地址总线使用。

10.P3.1INT0外部中断0，下降沿中断或低电平中断。

11.P3.3INT1外部中断0，下降沿中断或低电平中断。

3.1.3串行口功能介绍

需要特别介绍一下这款单片机的串口功能，为什么选择这个单片机，最大一个原因就是它的双串口功能。

STC12C5A60S2含有两个串口，串口1的功能和用法跟普通51单片机的功能和用法差不多，唯一的不同是，因为这款单片机内部含有独立波特率发生器，所以它的波特率设置既可以使用定时器1设置波特率，也可以使用独立波特率发生器来设置；而串口2的工作方式和串口1差不多，唯一不同是波特率的设置只能使用独立波特率发生器来设置，不能使用定时器1来设置。

因为P1.2和P1.3在默认状态下是普通IO口，必须设置相关的寄存器后，才能把这两个口设置为串口的工作方式。

STC12C5A60S2单片机的串口从传统的一个扩展到了两个，而且还增加了一个独立波特率发生器，把定时器1解放了出来，真的不是一般的方便，而且能用1T模式，速度大大滴提高了。

因为我主要用到了这款单片机的双串口功能，所以重点介绍一下此单片机的串行口结构。

STC12C5A60S2这款单片机有两个串行接口，都是全双工通信，分别叫做串口1，和串口2。

它串口1的发送数据缓冲器和接收数据缓冲器公用的是一个地址码，是99H,而串行口2的两个数据缓冲区是把9BH作为地址码，串行口1的两个缓冲器统称为我们常见的SBUF,而串行口2的两个缓冲区统称为S2BUF.软件想关闭还是硬件。

硬件就是在软件串口调试精灵中，点关闭串口。

要是软件，你直接关闭串口使能。

两个串口都有四种工作方式，可以通过编程来进行设置，有两种是波特率时可变的，两种的波特率是固定的，使用起来非常方便。

3.1.4STC12C5A60S2单片机最小系统

STC12C5A60S2单片机的最小系统图如图3-2所示。

图3-2STC12C5A60S2最小系统图

STC12C5A60S2单片机的最小系统跟普通51单片机的最小系统基本没什么区别，也是必须含有复位电路还晶振电路，只是下载方式不同而已，这款单片机的程序下载是通过串口下载，这样更方便。

3.2SIM300模块

3.2.1SIM300功能简介

SIM300模块四SIMCOM公司的一款非常经典的GSM模块，只要是从事手机开发，或无线传输的编程人员，对这款模块都不陌生，当他投入市场后，因为超高的性价比而备受开发人员的青睐。

它的功能比TC35等型号要强大的多，内部嵌入了TCPIP协议，不仅可以实现接打电话，收发短信等普通的语音数据功能，还能实现上网和发送彩信的功能，手机加入了上网的功能，极大的方便了跟外界更多事物的联系，就是上网功能，激发了大家对SIM300模块的研究激情。

而且SIM300部分指令兼容TC35的AT指令，这更方便上手，连接互联网的编程方法也很简单，只有是含有外网IP的电脑，跟服务器连接上之后，就能给服务器发信息了。

3.2.2SIM300电路原理

1、电源设计：

因为GPRS或者GSM发射时需要的电流很大，所以能提供的最大的电流应达到1.2A，在设计中我们是采用外部输入5V的电压，然后经过两个二个1N4007进行钳位降压，使得VDD在3.8v-4.5v之间，或者可以更换为PN结电压较低的二极管。

SIM300电路图如图3-3所示。

图3-3SIM300电路图

2、LED指示：

用于指示功能，看GSM模块是否工作正常。

3、TXD和RXD要分别连接到SIM300的串口上，CTS1及RTS1这两个端是用于GPRS上网时使用的，可以接，也可以不接。

4、TXD1和RXD1要分别连接到SIM300的串口上，CTS1及RTS1端是可以在使用GPRS上网时作为选用，也可以不选用。

5、为了节省使用MIC和喇叭，一般把GSM的音频输入引脚和输出引脚需要通过接到WM9713芯片，以便在WM9713片内混合使用。

3.2.3SIM300串口调试简介

SIM300调试助手包含了几个选项：

1.生产厂商：

用于显示设备生产厂商。

2.设备类型：

显示设备的类型。

3.SIM卡状态：

检查是否接入SIM卡。

若接入SIM设备,会显示：

+CPINREADY。

4.如果SIM卡没有接入则设备显示：

+CPINERROR。

5.信号质量：

显示所接入SIM卡的信号质量，一般显示范围为1-30，显示99则说明没有接入天线或者信号不好。

6.网络信息：

显示SIM卡所属的服务商信息。

7.拨号测试：

输入指定的号码可以进行拨号测试，

8.接听电话：

当串口显示RING字符时，表示有电话接入，按下接听电话键就可以接听电话了。

SIM300的串口调试助手的界面如图3-4所示。

图3-4SIM300专用测试软件

9.GPRS功能区：

用测试GPRS网络连接的连通性、可以发送数据。

下面再简单举一个例子：

如何用串口调试助手拨打电话

一、拨打号码：

10086

例：

如图3-5所示，首先在串口输入区输入“ATI”,然后加回车，点发送，要是在串口接收区接到如下图所示的信息，说明测试成功，可以进行下一步的操作。

如图3-6所示，在指令区输入ATD10086;（不能少分号）后再按回车键，点“发送”，指令功能：

给10086拨打电话，若收到+COLP:

”10086”,129表示呼叫号码成功，若返回的不是这些字样，则说明示呼叫失败，需重新呼叫，若返回了NOCARRIER，则表示呼叫失败或对方已挂断。

图3-5SIM300模块好坏测试

图3-6SIM300打电话测试sim300模块simcom公司的一款经典gprs型号，具有相当高的性价比。

广泛用于手机，PDA，无线数据传输等领域。

sim300是采用60Pin板板连接器的双频GSMGPRS模块解决方案。

模块具有工业标准化接口，功耗低，可通过GSMGPRS85090018001900MHz通信网络传输语音、短信、数据和传真。

只要从事手机开发，无线传输的工作人员都对sim300这款经典系列有不少的了解，无数的开发工程师都是由这款产品开始接触无线传输模块，原因很简单，因为sim300简单易学，性价比高，硬件上接口简单不想其他模块需要复杂的外围电路，软件上只要你懂串口传