TI杯电子设计大赛项目总结报告Word格式.docx
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目录
2012年TI杯电子设计大赛项目总结报告1
1概述6
2设计目标6
2.1基本功能6
2.2拓展功能6
3团队组成与任务分工7
4总体设计方案与应用场景7
4.1.总体设计方案7
4.2.应用场景8
4.3.主要元器件8
5软硬件设计与实现9
5.1.笔迹读取模块9
5.2显示模块11
5.3.中心算法19
6系统测试与结果22
6.1主要仪器仪表22
6.2调试电路的方法和技巧22
6.3调试故障、产生原因及排除方法23
6.4系统测试及结果分析24
6.5误差定性分析24
7结语26
8致谢27
9参考文献27
10附录28
1概述
笔迹就是书写者利用书写工具在书面上留下的痕迹,是书写动作的特点反映,反映一个人书写习惯的特殊性。
笔迹识别作为一种方便的身份鉴定方法,在邮政书信分捡、银行等行业票据处理、文献检索等许多领域都有重要的科研价值和巨大实用价值。
笔迹鉴定的做法由来已久,但是大多数的实际实现都是通过肉眼去判断,目前通过计算机实现的笔迹鉴定很少见。
同时,大部分笔迹鉴定都是针对写在纸质文档上的文字签名信息而言的,使得笔迹识别在数字时代的应用逐渐减少。
鉴于笔迹识别符合人的使用习惯,我们决定利用触摸屏代替纸页采集笔迹信息,使用C5409DSP代替人脑分析笔迹的相似度,使用显示屏代替人表达信息的方式输出鉴定结果。
这样,就实现了一个与传统方法相似但能够重复使用的笔迹识别系统。
该总结的大体流程是从设计目标与团队分工着手,先总体阐释系统的整体逻辑模块组成,再分为硬件设计与软件设计两方面分别概述电路组成与驱动程序以及核心算法思想。
然后再结合实际讨论系统的测试方法、出现的问题以及解决方法,并分析系统的结果。
最后,对系统设计作一简要总结。
2设计目标
2.1基本功能
▪能够侦测到用户在触摸屏上的输入,输入区域大小为12.7*8.9cm。
▪能够根据当前输入在显示屏上的对应位置输出笔迹图形。
一次书写中能够保持所有的点迹。
▪具有简单的UI与菜单选项,能够辅助用户完成一次笔迹识别的流程,对于不正确的操作不出现错误。
▪能够根据存储器中存储的笔迹向量信息判断当前输入是否为同一用户输入,并通过显示屏输入鉴定完成后的结果,也就是笔迹锁功能的实现。
▪经由实验箱上的键盘与用户交互。
2.2拓展功能
▪利用相应的纹理或笔劲信息识别特定用户的笔迹,提取用户的笔迹特征并记录下来,在用户输入任意字迹的时候能够辨认其身份并显示提示。
▪能记录用户的笔迹信息,在与PC通信时能够将笔迹信息传递给主机程序并显示出来。
▪能够通过触摸屏而非按键键盘进行相关命令的输入。
▪能够根据输出结果采取相应的措施,如运行一段子程序、在某些端口输出高低电平、控制某个灯的闪烁等。
3团队组成与任务分工
本小组由组长李涛,组员郭强与贺睿组成。
根据汪小燕老师的指导,本小组采取发挥并行,特长优先的策略。
在整体方向上,李涛负责项目的宏观规划,郭强提出并执行硬件方案与计划,贺睿处理各种杂项,并辅助解决软件方面的一些问题。
细化来看,从比赛开始以来,各组员所完成的任务分工如下:
✧李涛:
提出项目的目标,制订项目的时间表,分派各人应当执行的任务。
购买任务相关器件,联系老师,完成焊接。
提出主程序流程并辅助编写主程序,了解触摸屏原理并调试其驱动;
✧郭强:
画出项目硬件连接图,选取器件,辅助购买相关器件,辅助硬件焊接,编写主程序,了解显示屏原理并调试其驱动,整体调试验证;
✧贺睿:
根据讨论得出的项目目标撰写项目开题文档与申请文档,根据每周的进度撰写项目周总结,研究并提出实现基本功能所需的笔迹识别算法,根据项目结果与相关资料完成总结文档主体的撰写。
4总体设计方案与应用场景
1
2
3
4
4.1.总体设计方案
总体设计框图如下图所示:
图1.总体设计框图
而所有硬件的连接方式如下图所示:
图2.系统连接图
4.2.应用场景
任何系统的应用场景均与其使用方式有关。
本系统采用触摸屏与交流电源供电的方式使得其应用与常规方式相比存在一定的区别。
可以给出其适用的几个应用场景如下:
1签字完成支付。
在用户写下一个签名后将其存入服务器内,之后要进行支付时只需在客户端重复输入签名,经上传对照后返回结果,即可完成支付;
2签字解锁。
用于多种个人设备的前端,如在用户离开时自动锁定的设备。
首先让用户输入一个签名,在需要解锁时只要再次输入相同的签名即可解锁;
3签字身份确认。
用于协议的签订或支票的签署,优点是可以远程进行,远端用户可以直接通过设备签名并保存到安全服务器内,即完成身份的确定。
4.3.主要元器件
1、焊板
2、拨码开关*2
3、排针(29*2)
4、排针插座(29)
5、自带XPT2046的四寸触摸屏
6、DSP实验箱
7、导线
5软硬件设计与实现
5
5.1.笔迹读取模块
5.1.1.综述
笔迹读取模块采用XPT2046触摸屏控制器,以一块四寸触摸屏为中心器件,读取用户的笔迹输入信息。
XPT2046是一款4导线制触摸屏控制器,内含12位分辨率125KHz转换速率逐步逼近型A/D转换器。
XPT2046支持从1.5V到5.25V的低电压I/O接口。
XPT2046能通过执行两次A/D转换查出被按的屏幕位置,除此之外,还可以测量加在触摸屏上的压力。
XPT2046采用微小的封装形式:
TSSOP-16,QFN-16(0.75mm厚度)和VFBGA-48。
工作温度范围为-40℃~+85℃。
XPT2046会提供当前触摸屏上被用户按压的位置坐标,在一次连续的签字输入过程后,可以得到一组连续的坐标值,即为当前输入的笔迹信息。
1.
2.
3.
4.
5.
5.1.
5.1.1.
5.1.2.硬件电路设计
XPT2046的工作特性如下:
1)具有4线制触摸屏接口;
2)具有触摸压力测量功能;
3)可单电源工作,工作电压范围为2.2V—5.25V;
4)支持1.5V~5.25V电平的数字I/O口;
5)内部自带+2.5V参考电压;
6)具有125KHz的转换速率;
7)采用QSPI™和SPI™ 3线制通信接口;
8)具有可编程的8位或12位的分辨率;
9)具有1路辅助模拟量输入;
10)能够自动掉电;
11)全兼容TSC2046,ADS7843/7846和AK4182.
XPT2046的内部原理图如下图所示:
图3.XPT2046的内部原理
通过原理图可以发现,XPT2046通过串行数据接口将并行的数据转换为串行数据后,由DOUT输出。
通过送入命令字,可以读取X+、X-、Y+、Y-、电源电压以及ADC辅助输入通道AUX的状态。
同时,它能够在检测到有笔划输入时通过PENIRQ端口输出一个中断信号,从而可以作为中断源触发子程序的执行。
但是在本项目中采用的是查询的方式读取输入,因此未用到该端口。
连接DSP与触摸显示屏的电路原理图如下:
图4.屏幕与DSP连接电路图
图4.采集笔迹流程图
5.2显示模块
5.2.1综述
显示模块采用显示屏控制器T6963C,以实验箱上的液晶显示屏为中心器件,通过触摸屏的输入相应输出笔迹信息或显示控制提示。
T6963C芯片是具有67个引脚的贴片式芯片。
其芯片封装如下图所示:
图.T6963C封装图
T6963C的主要特点如下几点所示:
(1)T6063C是点阵式液晶图形显示控制器,它能直接与80系列的8位微处理器接口;
(2)T6063C的字符字体由硬件设置,其字体有4种:
5×
8、6×
8、7×
8、8×
8;
(3)T6063C的占空比可从1/16到1/128;
(4)T6063C可以图形方式、文本方式及图形和文本方式进行显示,以及文本方式下的特征显示,还可以实现图形拷贝操作等等;
(5)T6063C具有内部字符发生器CGROM,共有128个字符,T6063C可管理64K显示缓冲区及字符发生器CGRAM。
并允许MPU随时访问显示缓冲区,也可以进行位操作。
从T6963C的特点可以看出,在需要显示输入的笔迹时,可以采用图形方式显示;
若需同时显示菜单,可以采用文本与图形共同显示方式显示;
在显示控制命令时,可以采用文本方式显示。
由于T6963C允许对缓冲区进行位操作,因此使得对显示点迹的精确控制成为可能。
此外,由于缓冲区的大小有限,因此每次能够显示的字符数也是有限的。
实际使用的是DSP实验箱上已集成的显示屏与控制器,因此不必进行电路连接,只需要了解各个引脚的功能,再通过相应信号控制显示效果即可。
5.2.2T6963C的各引脚功能
T6963C的各个引脚功能分别阐释如下:
(1)D0-D7:
T6063C与MPU接口的数据总线,三态;
(2)/RD,/WR:
读、写选通信号,低电平有效,输入信号;
(3)/CE:
T6063C的片选信号,低电平有效;
(4)C/D:
通道选择信号,1为指令通道,0为数据通道;
(5)/RESET,/HALT:
/RESET为低电平有效的复位信号,它将行、列计数器和显示寄存器清零,关显示;
/HALT具有/RESET的基本功能,还将中止内部时钟振荡器的工作;
(6)DUAL,SDSEL:
DUAL=1为单屏结构,DUAL=0为双屏结构;
SDSEL=0为一位串行数据传输方式,SDSEL=1为二位并行数据传输方式;
(7)MD2,MD3:
设置显示窗口长度,从而确定了列数据传输个数的最大值,其组合逻辑关系如下:
MD3
1
MD2
每行字符数
32
40
64
80
(8)MDS,MD1,MD0:
设置显示窗口宽度(行),从而确定T6063C的帧扫描信号的时序和显示驱动的占空比系数,当DUAL=1时,其组合功能如下:
MDS
MD1
MD0
字符行
2
4
6
8
10
12
14
16
总行数
48
96
112
128
占空比
1/16
1/32
1/48
1/64
1/80
1/96
1/112
1/128
当DUAL=0时,以上设置中的字符行和总行数增至原来的2倍,其它都不变,这种情况下的液晶屏结构为双屏结构;
(9)FS1,FS0:
显示字符的字体选择
FS1
FS0
字体
6×
7×
8×
(10)XI,XO:
振荡时钟引脚;
(11)AD0-AD15:
输出信号,显示缓冲区16位地址总线;
(12)D0-D7:
三态,显示缓冲区8位数据总线;
(13)R/W:
输出,显示缓冲区读、写控制信号;
(14)/CE:
输出,显示缓冲区片选信号,低电平有效;
(15)/CE0,/CE1:
输出,DUAL=1时的存储器片选信号;
(16)T1,T2,CH,CH2:
用来检测T6063C工作使用情况,T1,T2作为测试信号输入端,CH,CH2作为输出端;
(17)HOD,HSCP,LODLSCP(CE1),EDLP,CDATA,FR为T6063C驱动部信号。
5.2.3在任意位置显示点迹的流程
笔迹识别系统实现的基础就是将触摸屏上所书写的的笔迹在显示屏上相应位置出来。
这就涉及到两个问题。
一是如何进行触摸屏的校准;
二是如何将液晶屏上相应坐标位置点亮。
●问题1的解决方法:
对触摸屏上的所有点的坐标进行转换,由于触摸屏的尺寸是240*128,液晶屏的尺寸是128*64。
使用坐标转换公式:
●问题2的解决方法:
使用位操作指令:
无参数
1111N3N2N1N0
该指令可将显示缓冲区某单元的某一位清零或置1,该单元地址当前地址指针提供。
N3=1置1,N3=0清零。
其中N2~N0:
操作位,对应该单元的D0~D7位。
下面是显示或者是擦除任意一个位置点的具体方法。
对于二值显示屏来说,其显示状态无外乎显示和不显示一个点这两种状态。
而在任意位置画点,是我们随心所欲的画线,画圆,画矩形的等GUI函数的基础。
为了让这个位置有一个参考点,我们有必要定义一个坐标系。
在这里,我定义的坐标系如下:
0,0------------------------------------127,0
|
|
0,63----------------------------------127,63
0,0代表屏幕的左上角,127,63代表屏幕的右下角。
对于屏幕上面任意一个点,如果我们想要点亮它,必须先读出此点的状态,然后再修改该点,最后送出去,即读----修改----写。
按照这个步骤,然后再运用位操作指令可以很方便的完成画点的函数。
具体实现过程如下:
draw_dots:
st#0020h,*ar4;
X坐标
ld#0,a;
Y坐标
add#0,a
ld*AR4,a
;
*ar3中存放地址指针的高位字节
ar4指向汉字在数据空间中存放的起始位置
rpt#16-1
rola
RPT#3-1
RORA
stha,*ar3
and#0ffffh,a
rpt#13-1
rora
ST#14h,*ar2
MPY*AR2,#10h,b
add*ar3,b
add#0200h,b
sub#7,a
absa
;
设置地址指针的参数和指令代码(24h)
sftab,8
sthb,*ar1
and#0ffffh,b
sftab,-8
stlb,*ar2
portw*ar2,0cfffh
calldelay
portw*ar1,0cfffh
st#ADPSET,*ar1
portw*ar1,0efffh
画点函数
loop:
or#0f8h,a
stla,*ar1
5.2.4软件模块
●LCD全屏幕点亮
设置地址指针的参数(0200h)
callrwcheck
st#00h,*ar1
callwr_data
st#02h,*ar1
设置地址指针的指令代码(24h)
callwr_com
设置为自动写(0B0h)
st#AWRON,*ar1
共写400h字节
ld#400h,b
GRAPHY_LOOP:
sub#1,b
callautowcheck
st#0ffh,*ar1
bcGRAPHY_LOOP,bneq
nop
设置自动写结束(0B2h)
st#AWROFF,*ar1
●LCD清屏
设置地址指针的参数(0000h)
lcd_empty:
st#00h,*ar1
portw*ar1,0cfffh
calldelay
st#ADPSET,*ar1
portw*ar1,0efffh
设置为自动写(0B0h)
st#AWRON,*ar1
共清除80h次
ld#80h,a
ld#1h,b
TEXT_LOOP:
st#00h,*ar1
subb,a
bcTEXT_LOOP,aneq
设置自动写结束(0B2h)
st#AWROFF,*ar1
calldel
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