基于单片机的数字签名采集和预处理系统毕业论文.doc

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1、中文摘要论文阐述了如何利用电阻式触摸屏来采集在线签名笔迹的多维数据，实现了利用电阻式触摸屏来采集在线签名笔迹的多维数据，相比以前的签名数据，由于加入了压力信息，使得签名笔迹更加难以伪造，解决了笔迹签名识别的一个主要缺憾，大大地提高了笔迹签名的安全性。数据采集系统采用电阻式触摸屏和触摸屏控制器ADS7846来采集书写在触摸屏上的笔迹信息从而实现身份识别，给出了采集的数据出现错误的原因以及解决办法，同时对数据进行了各种预处理，使后续的匹配识别更加准确。而且相比其他设备来说，签名认证系统设备成本的较为低廉，更为签名认证的大规模推广奠定了良好的基础。完成的整体硬件设计和软件设计方案，再加上后续算法的不

2、断完善和丰富，笔迹签名认证系统能够较好的完成身份识别工作，能进一步加快社会的信息化和数字化的进程。本课题对个人电子身份认证进行了有意义的探索与研究，可以实现一个使用、携带方便的嵌入式系统产品，使其能够成为一种高效的身份识别方法。这对加快我国信息化的进程以及促进国民经济的发展都将有着重要的意义。经实验证明方案合理有效。关键字：触摸屏 压力 测量 数据 采集 预处理AbstractPaper explains how to use resistive touch screen to collect online signatures was multi-dimensional data, achi

3、eved using resistive touch screen to collect online signatures was multi-dimensional data, compared to the previous signature data, due to added pressure of information, making Signatures more difficult forged signature identification handwriting solved a major shortcoming, which greatly improved th

4、e safety of handwriting signature. Data acquisition system with resistive touch screen and touch screen controller ADS7846 to capture written in handwriting on the touch screen information in order to achieve identification, data collection is given the reasons for errors and solutions, while the da

5、ta of various pretreatment so that more accurate identification of follow-up match. And compared to other devices, the signature verification system relatively low equipment costs, more extensive promotion of signature verification has laid a good foundation. Completion of the overall hardware desig

6、n and software design, coupled with continuous improvement and follow-up algorithm is rich in handwriting signature verification system can better work to complete identity, to further speed up the information society and digital process. The subject of electronic authentication of individuals to co

7、nduct a meaningful exploration and research, you can achieve one to use, portable embedded system products, it can become an efficient method of identification. This will speed up the process of Chinas information and promotion of national economic development will be of great significance. The prog

8、ram proved reasonable and effective. Keywords: touch screen pressure measurement data acquisition and pre 目 录第1章 引 言11.1关于生物特征身份识别的发展背景及其意义11.2常见生物特征身份识别系统及其各自优缺点11.3 签名认证在国内外发展情况31.4 本课题研究意义4第2章 系统构成52.1 系统功能设计52.2系统设计方案和电路框图52.2.1采集系统52.2.2通信系统52.2.3控制系统5第3章 采集系统63.1手写板63.2触摸屏63.3电阻式触摸屏工作原理73.4触摸屏

9、控制器ADS784693.4.1引脚功能和内部结构93.4.2内部结构103.4.3脉冲时序103.4.4工作方式103.4.5压力测量10第4章 控制与通信系统124.1 串行通信系统124.1.1 串行通信基本概念124.1.2 单片机串口124.2控制系统154.2.1 单片机与触摸屏通信154.2.2 单片机与串行接口通信18第5章数据预处理215.1数据预处理215.1.1 触摸屏初始化标定225.1.2 数据漏点内插225.1.3 重复采集点去除235.1.4 数据零值点去除235.1.5 书写位置校准245.1.6 数据分段265.2 特征提取与匹配方法27第6章 总结与展望28

10、61 总结2862 展望28参考文献29附录：3034第1章 引 言1.1 关于生物特征身份识别的发展背景及意义在现代社会中，随着计算机及网络技术的高速发展，基于Internet等开放式网络的电子商务活动，打破以往的商务形式，凭借其高效、快捷、节省等优点，越来越受到商家的青睐。在赞叹科技的发展为商业带来无限生机的同时，信息安全问题随之受到人们的重视，而身份鉴别作为一种信息安全保障技术，也面临了巨大的挑战。传统的身份鉴别主要是基于持有物或口令等方式进行，但是持有物如证件等易丢失和盗用，而口令又容易忘记。更为重要的是，在以网络为媒介的各个领域中，传统的身份鉴别方式显现出的局限和弊端，使其无法完全满

11、足电子信息安全的要求。因此，目前广泛使用的依靠证件、个人识别号码、口令等传统方法来确认个人身份的技术面临着严峻的挑战，并显得越来越不适应现代科技的发展和社会的进步。人们希望有一种更加方便可靠的办法来进行身份鉴定。生物特征识别技术给这一切带来可能。人们可能会丢失他们的卡片或遗忘密码，但是人们却不可能遗忘或者丢失自己的生物特征如人脸、指纹、虹膜、签名等。生物测定学是通过个体特有的生理和行为特征来进行身份识别或个体验证的一门科学。因此基于生物特征识别技术的个人身份识别系统具有更好的安全性、可靠性和有效性，正越来越受到人们的重视，并开始进入我们社会生活的各个领域，迎接新时代的挑战。生物特征识别技术可分

12、为基于生理特证的生物识别技术和基于行为特征的生物识别技术。所有基于生物特征的自动识别系统都有大体相同的工作原理和工作过程:首先是采集样本，这些样本可以是人脸的图像，或者是指纹，或者是签名的笔迹等;然后是进行特证提取，根据样本所具有的独特和唯一的特征，用一种算法为其分配一个特征代码，这一代码被存入数据库。最后当需要对某人进行身份鉴定时，再用某种特征匹配算法将存入数据库的此人的特征代码与被识别人的特征相匹配，从而识别其身份。1.2常见的生物特征身份识别系统及其各自的优缺点 目前主要的生物特征识别技术：指纹识别、掌纹识别、人脸识别、虹膜识别、视网膜识别、声音识别和签名识别等。指纹识别是人们最早研究并

13、利用的，且是最方便、最广泛的生物特征识别技术之一。指纹是人类手指上出现的条状纹路。它们的形成依赖于胚胎发育时的环境。指纹鉴别的方法是将指纹图象的乳突线提取出来，在指纹中找到其特征点，凸起的纹线称为脊，脊与脊之间的部分称为谷。对于脊和谷的结构，共定义有18种不同的类型，而中断点和分叉点是指纹识别系统中最重要的两种结构，称为细节点。目前，指纹识别技术已经比较成熟，指纹识别算法较成熟、速度快、实时性好，在国内、外均有成形的产品，己进入商业应用阶段。但指纹鉴别方法有其局限性，手指长期受到摩擦的体力劳动者的指纹质量极差，另外，还有少数人指纹的端点和分叉点极少，指纹鉴别方法对于这一类人群几乎无法适用。掌纹

14、识别是利用手腕和手指之间的手掌内侧纹理进行身份鉴别的生物特征识别技术。掌纹由乳突纹、皱纹和曲肌线三种纹线组成。乳突纹是手掌皮肤组织的凹凸结构显示在表面上的细小凹凸纹路，其具有唯一性和终身不变性。皱纹是皮肤松弛活动形成的细小沟纹。曲肌线是手掌关节长期的曲伸运动在一定部位上形成的固有的沟纹。掌纹身份鉴别原理与指纹相似，利用掌纹曲肌线和乳突线的特征，对不同的被识别者加以区分。与指纹识别相比，手掌识别的可接受程度较高，它的特征比指纹特征也要明显和稳定些。但人们对掌纹识别的研究历史并不长，并且由于掌纹的区域远远大于指纹，残缺掌纹的自动定位将极其困难。鉴于这种情况，目前可行的方法是专家人工定位后的基于细节

15、特征的掌纹身份识别方法。这种方法首先人工确定掌纹在手掌中的大致位置，然后自动与所有库存掌纹在该位置的掌纹块比较，然后根据排队情况确认身份。掌纹识别研究目前尚处于起步阶段。人脸识别是一种最自然、最直观的生物特征识别技术。人脸识别的过程包括人脸检测定位和脸部特征提取两大部分。人脸检测定位的思想是首先为脸部建模，通过将所有待测区域与人脸模型比较，判断出是否存在人脸，如果是，则进一步检测出人脸的位置、范围、面部各关键器官的分布位置等从而确定脸部在图像中的位置。但人脸是复杂的三维形体，很难用数学语言具体地描述。另外，由于人脸受人的表情、光照、图像质量等因索的影响，所以提取脸部特征的困难较大。人脸是一种大

16、众公认的身份鉴别特征，是国内外生物特征身份鉴别领域的热点。人脸自动鉴别系统还处于研究完善阶段。虹膜识别是一种利用瞳孔和巩膜之间的环状区域纹理进行身份鉴别的生物特征识别技术。虹膜位于角膜和晶状体之间，呈扁圆盘状。由于虹膜内血管分布不均匀，使虹膜表面出现许多有规则的放射性条纹。大量的临床观察表明，虹膜的整体形态取决于人体基因，由于自然原因使得两个虹膜纹理相同的可能性极小。因此，与其他生物特征相比，虹膜纹理具有高度的独特性、稳定性、随机性和防伪性。由于虹膜的环状结构提供了大量的极坐标系，因此，图像处理起来极其方便，但同时需要专门的摄像仪器来获取虹膜图像信息，设备成本较高，目前并没有广泛使用。视网膜识

17、别利用视网膜上的血管进了身份鉴别。在整个视网膜识别的过程中，图像的摄取难度较大，摄像头的激光必须直接通过角膜才可。因此，这种技术具有定的个人侵犯性质，可接受程度要略微低一些。但是这种技术同时具有高度的准确性，可同时应用于身份认证和识别，满足高级的安全要求。声音识别技术鉴别方法的依据是发声的频率和声音信号的幅值。声音鉴别方法的特征可以选其时域特征也可以选择其频率特征。目前最常用的声音特征是频域特征，将语音信号在各个频带范围内做搏立叶变换，变换结果即用于身份鉴别的声音特征。声音识别方法有依赖特定文字识别和不依赖于特定文字识别两种。前一种方法要求使用者说指定的话，根据特定词句的特定特征来判断说话者的

18、身份。这种方法设计简单，容易实现，但是安全性较差。第二种方法对使用者没有任何限制，可以选择任何语言和词句。系统从中找出使用者发音的共性特征来鉴别使用者身份。这种系统设计相对复杂，实现上也存在一点的困难，但具有很好的防伪性能。声音信号获取方便，并且可以通过电话进行鉴别:不依赖于特定文字的声音鉴别方法具有很高的安全性。但是声音信号容易受到疾病、心理压力、情绪等的影响，在这些情况下识别误差大。此外，采集设备、传输通道以及声音的数字化处理等都能对声音信号的识别产生较大影响。签名识别是一种基于行为特征的技术。目前有两种签名识别的方法:离线式静态笔迹鉴别和在线动态笔迹鉴别。前者只利用笔迹的形态特征，经过专

19、门训练，模仿出来的笔迹可以达到以假乱真的地步;而后者除了利用静态的形态特征以外，还采集了一些动态的特征，比如用笔的速度和加速度、书写的力度等等。签名识别的缺点在于签名的笔迹容易受情绪等外部因素影响，从而影响识别的准确形。不过由于签名鉴别容易被大家接受，采集容易，设备成本较低，因此有着很好的应用前景。表11是几种生物特征识别技术的性能比较生物特征易用性安全性稳定性可采集性指纹中高高中人脸中中中低掌纹高中中中虹膜低高高低视网膜低高高低声音高低低高签名高中中高 上述识别方法都有各自的缺点和局限性。如果将两种或两种以上的生物特征结合，将会使识别系统的性能得到很大提高。多生物特征识别技术就是结合多种生理

20、或行为特征进行人的身份识别的技术。多生物特征识别系统相对复杂，数据存储量大，计算量显著增加，这是它的弱点。但随着计算机技术的高速发展以及高性能价格比的专用芯片的出现，多生物特征识别技术将得到更进一步的发展，必将成为生物识别技术的发展主流。目前投入使用的系统，基本上都是基于单一。生物特征的系统。在对身份鉴定系统的准确性及安个性要求日益提高的今天，仅靠单一生物特征有时无法满足实际需要。因此将不同特征、不同鉴别方式结合，建立基于多生物特征身份鉴定融合系统，将会得到越来越多的研究人员的关注。1.3 签名认证在国内外的发展情况最早签名认证主要是指对书写在纸上的静态笔迹，专家通过书写人以前写过的笔迹来判断

21、笔迹是真是假，后来由于图象处理的技术得到发展，专家们可以借助计算机图象处理来辅助识别，但仍然不能由计算机独立完成，所以很长时间以来，签名认证只是适用于一些特定的领域，如刑事、司法鉴定等。随着信息技术的迅速发展以及社会对身份识别的要求的进一步提高，普通的IC卡加密码的模式己经不能满足大众的需要了，人们需要一种容易携带、使用，不容易伪造、丢失的识别技术，因此作为生物特征识别技术之一的签名认证得到了各方的重视并迅速发展起来。签名认证的主要缺陷是安全性不高，容易伪造。不过目前国内外的签名认证技术主要都是以在线动态签名认证技术，即以触摸屏或手写板作为采集笔迹的媒介，将采集到的笔迹信息实时传送到处理终端并

22、及时处理，这样，采集的笔迹信息可以包括压力，速度，加速度等多种信息，而由于这些数据都是隐形的，他人极不容易伪造，这样就大大地提高了的签名认证的安全性。而签名认证的另外一个缺点就是稳定性不够，签名会因为情绪、书写笔等外部因素而与样本有所差异，从而导致认证失败。目前主要的解决方法就是建立样本库的时候保存多个样本，并将每次的签名保存下来，添加到样本库里，这样就大大的增加了认证成功的可能。不过这样会导致样本库不断增大，如何设定一个合适的样本数量值也是研究的问题之一。目前已有许多公司都有专门的机构从事该项技术的研发与应用，包括IBM、美国智通、日本富士通等，其中美国智通公司在此领域的研究独树一帜。它的S

23、ign-ti电子签名系统己经使用在各种商用场合，用户可以签署电子文档使得批准和授权的过程变得更自然更方便，此种技术可防止无意或恶意地篡改文档，能较好的完成电子签名的工作。不过其主要缺点在于它将书写笔迹的压力信息表现为笔划的粗细，这样，他人仍然可以看到书写者的压力情况，降低了系统的安全性;另外，这套系统主要用于电子文档的鉴名，侧重于办公应用，使用范围相对比较狭窄。1.4 本课题研究的意义信息化是未来发展的方向，作为生物特征识别之一的动态签名认证技术由于被接受程度高、使用方便、设备成本低等一系列优点而拥有广泛的应用前景。本课题就是着重研究如何采集多维数据信息并将其融合在一起，做成一个使用、携带方便

24、的嵌入式系统产品，使其能够成为一种高效的身份识别的方法。这对加快我国信息化的进程以及促进国民经济的发展都将有着重要的意义。第2章 系统构成2.1系统的功能设计该系统主要是完成签名的数据采集和预处理部分的工作。签名的数据是后续匹配识别的基础，因此，笔迹信息采集的准确与否将直接影响签名认证效果的好坏，所以笔迹的信息采集和预处理就显得尤为重要。本系统是利用触摸屏采集签名者所书写笔迹的多维信息，包括横坐标、纵坐标、压力和时间信息。采集到的数据信息先进行预处理，消除各种原因造成的错误，还原成书写者真实的笔迹数据，然后再将处理后的数据通过串口传送到处理终端保存，以供后续的匹配识别。2.2 系统的设计方案和

25、电路框图该系统主要由三个部分组成：采集系统、通信系统和控制系统。下面依次逐个介绍：2.2.1 采集系统采集系统主要由电阻式触摸屏和触摸屏控制器ADS7846组成。采集系统主要负责笔迹包括压力信息在内的多维数据信息的采集，为后面的识别提供原始的数据。ADS7846根据控制系统的命令，向触摸屏发出对应的指令，然后接受从触摸屏返回的模拟信号，并将其转换成数字信号，传回给控制系统。2.2.2 通信系统通信系统是串口通信。串口通信由MAX232以及单片机的串口组成，通信系统主要负责把数据传输给PC机终端进行保存和处理。2.2.3 控制系统控制系统主要由51系列的单片机组成。控制系统负责整个系统的运行控制

26、，包括发送相关的命令字给采集系统、接受传回的数据以及把数据传给通信系统。另外，还包括中断的处理、采样频率的设定以及数据的处理等。系统的电路框图如图2-1所示。触摸屏控制器ADS7846四线电阻式触摸屏单片机AT89C51串行通信电路PC终端图2-1系统的电路框图第3章 采集系统作为签名认证的数据采集是采集系统的主要任务，签名的数据的采集可以由手写板和触摸屏两种途径完成。下面一一详细介绍。3.1 手写板 手写板是市场上较为成熟的产品。手写板根据工作原理可分为三类：电阻式压力板、电磁式感应板和电容式触控板。电阻压力板是由一层可变形的电阻薄膜和一层固定的电阻薄膜构成，中间由空气相隔离。其工作原理是：

27、用笔对上层电阻加压使之变形，当其与下层电阻接触时，下层电阻薄膜就感应出笔的位置。电阻压力板由于其原理简单，工艺不复杂，成本较低，价格也比较便宜，但其不尽人意的地方也不少。比如，由于它是通过感应材料的变形来工作的，材料容易疲劳，使用寿命较短；而且书写时压力不够则没有感应，压力太大时又易损伤感应板；另外，电阻式压力板也不能够采集压力、速度等信息。电磁感应板是采用了电磁压感技术，它是目前较为流行的技术，通过手写板下方布线电路的通电，在一定空间范围内形成电磁场。在这种手写板的表层有一块电路板，当电路通电之后，就会在手写板上方的一定范围内产生磁场，来感应带有线圈的笔尖的位置进行工作。由于电磁波的传导为非

28、接触式，因此在用户使用时，即使手写笔没有接触到手写板，也可以由磁场的相互感应来确定手写笔的位置。电磁压感式手写板分为有压感和无压感两种类型，有压感的手写板可以感应到手写笔在手写板上的力度，通过手写笔传输压力信息。如今己有手写板的压感级数可以达到1024级，能很好的满足我们对压力信息采集的要求。但是电磁感应板也有了一些不足，总的来说主要有以下几点：.电磁板容易受外界环境的电磁干扰，例如当有手机在旁边或手写笔接近音箱喇叭时，电磁板几乎不能工作。2. 虽然电磁板可以采集压力信息，但是从电磁板传到PC机里的数据都经过了处理，很难获取原始数据，不利于后面的数据处理。电容式手写板的工作原理与电阻式压力板基

29、本一样，它主要是通过手写笔向基板施加压力时电容值的改变来定位手写笔的位置，这种笔无须电源供给，使用寿命较长，但同样由于无法采集压力信息而不能满足要求。 3.2 触摸屏触摸屏根据工作原理和传输信息的介质可以分成:红外式触摸屏、电容式触摸屏、表面声波式触摸屏和电阻式触摸屏。红外线式触摸屏安装简单，只需为显示器加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点即架框的四边排列了红外线发射管及接收管，在屏幕表面形成一个红外线网。用户以手指触摸屏幕某一点，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，计算机便可即时算出触摸点位置红外线触摸屏。缺点是由于依靠感应红外线运作，外界光线的变化如阳光或室内射灯等，均

30、会影响其准确度，红外线触摸屏不防水及污积，即使非常细小的外来物体也会导致误差，影响性能。电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层金属氧化物涂层，最外层是一薄层矽土玻璃保护层，夹层金属氧化物涂层为工作面，四个角上引出四个电极，内层金属氧化物涂层为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏四角上的电极中流出并且电流大小于手指到四角的趴离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得

31、出触摸点的位置。电容屏主要的缺点是漂移:当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确。由于没有原点，电容屏的漂移是累积的，在工作现场也经常需要校准。电容触摸屏最外面的矽土保护玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲击，敲出一个小洞就会伤及夹层，一旦是伤及夹层或是在安装运输过程中伤及内表面涂层，电容屏就不能正常工作了。红外线式触摸屏和电容式触摸屏因为受外界干扰大，而且不能测量压力信息，所以使用较少。而表面声波触摸屏则受外界干扰较小，并且能够测量压力。表面声波屏在X轴和Y轴都配备有压电式信号传送、接收换能器。触摸屏控制器发给发射换能器固定频率的电信号，由发射换能器在屏

32、内将其转换成超声波信号。超声波信号经反射条阵列直接穿越触摸屏的玻璃表面。而对面的反射条收集并将声波反射到接收换能器。接收器再把声波信号转换为电信号，从而产生一个触摸屏表面的数字映像。当触摸屏幕时，人体吸收一部分穿越屏幕的声波，通过比较接收信号与储存的数字映像，智能控制系统就可以辨识这种变化并计算出坐标。这个过程在X和Y轴是相互独立的。而且，通过测量声波吸收量，可以确定Z轴压力。这些坐标值传送到计算机后做出准确的位置判定。表面声波技术的触摸屏，采用全玻璃材料制成，没有任何涂层和覆盖层。所以不怕划伤，而且无漂移，反应灵敏，缺点是容易受灰尘水滴的影响，而且表面声波屏更适合多媒体查询机这样点触式的数据

33、信号采集，而不太适合用笔书写这样的连续数据采集。3.3 电阻式触摸屏工作原理相比之下，电阻式触摸屏就比较适合用来进行数据采集，下面详细介绍一下电阻式触摸屏的工作原理。电阻触摸屏以一层玻璃作为基层，上面涂有一层透明氧化金属ITO导电层，上面再盖有一层玻璃或是外表面硬化处理的光滑的塑料层，它的内表面也涂有一层ITO导电层，他们之间有许多细小的透明隔离点把两导电层隔开绝缘，每当有笔或是手指按下时，两个导电层就相互接触，从而形成了回路。如图3l所示。图3l触摸屏的触摸示意图导电层的两端都涂有一条银胶，称为该工作面的一对电极，上下两个导电层一个是水平方向，一个是竖直方向，分别用来测量X和Y的坐标位置，在

34、水平面上的电极称为X+电极和X-电极，在竖直平面的电极称为Y+电极和Y-电极。如图32所示，工作时，两个电极根据测量需要提供参考电压或是作为测量端对接触点的位置进行测量。当测量接触点X坐标的时候，导电层上的X+电极和X-电极分别接上参考电压和地，Y电极不加电压，这样X电极间会形成均匀的电压分布，再用Y+电极作为测量点，将得到的电压值通过A/D转换，就可判断出相应接触点的X坐标。测量Y坐标的方法亦是如此，只需将其改成对Y电极加电压而X电极不加电压即可。图3-2触摸屏的内部结构示意图X坐标的计算公式为公式3-1： Y坐标的计算公式为公式3-2： 其中Vcc为加在ADS7846内部A/D转换器上的参

35、考电压，当使用差分输入模式时直接使用Vcc作为参考电压;使用单端输入时，则通过芯片的Vref引脚接入外部参考电压。M的值根据ADS7846的控制命令字中的MODE的不同选择而变化，当选择MODE=0时，表示转换结果为12位数据，故M=212=4096；当选择MODE=l时，表示转换结果为8位数据，则M=212 =256；关于命令字的具体用法，后面会详细介绍。而测量触摸的压力的原理则是ITO(氧化锢)材料的自身特性有关，ITO导电膜的电导率公式为G=1/BA/d，其中d为导电膜的厚度，所以IT0电导率和ITO导电膜的厚度成反比。因此当触摸的压力越大，接触点的ITO导电膜就越薄，对应的电导率就大，

36、电阻就越小。我们可以看出，触摸压力的测量实质是测量接触点ITO导电膜的电阻值。3.4 触摸屏控制器ADS7846ADS7846是美国Burr-Brwon公司推出的新一代电阻式触摸屏专用控制器。ADS7846是典型的逐步逼近寄存器型A/D变换器，其结构以电容再分布为基础，包含了取样/保持功能。ADS7846的引脚与以前产品AOS7843的引脚完全兼容，只是增加了片内温度测量、触摸压力测量和电池电压测量三个功能。ADS7846的其它主要特点如下：（1） 具有四线制触摸屏接口；（2） 可单电源工作，电压范围为2.25.25V；（3） 内部自带+2.5V参考电压；（4） 具有125KHZ的转换速率；（

37、5） 带有微处理器的串行接口；（6） 具有可编程8位或12位的分辨率；（7） 具有1路辅助模拟量输入；3.4.1 引脚功能和内部结构ADS7846具有TSSOP16和SSOP16两种封装形式。表31为各引脚功能说明。表3-1ADS7846的管脚功能表引脚名称功能描述1+Vcc电源输入端2X+X+位置输入端3Y+Y+位置输入端4X-X-位置输入端5Y-Y-位置输入端6GND接地7VBAT电池监控输入端8INADC辅助输入通道9Vref参考电压输入10+Vcc电源输入端11笔中断输入，外接10K12DOUT串行数据输出端，数据在DCLK的下降沿移出，当为高电平时为高阻态13BUSY忙时信号线，当为

38、高电平时为高阻态14DIN串行数据输入端，当为低，数据在DCLK上升沿锁存起来15片选信号16DCLK外部时钟信号输入3.4.2 内部结构该芯片由6路通道选择器、逐步逼近式寄存器(SAR)、+2.5V参考电压、电容式A/D转换器(CDAC)、温度传感器等部分构成。AOS7846工作时有时需要个外部参考(VREF引脚)，其中外部参考电压的范围是1V十VCC。由它可以直接设定A/D输入通道的输入范围，其平均基准输入电流取决于变换速率。3.4.3 脉冲时序ADS7846是由、DCLK、DIN等多个管脚共同作用的，是片选信号，DCLK是时钟脉冲，控制命令字在DCLK的上升沿时由DIN输入，转换的结果在

39、DCLK的下降沿时由DOUT输出。3.4.4 工作方式ADS7846触摸屏控制器的工作方式是由控制字节决定的，控制字节中各位的描述如表32所示。表32 ADS7846控制命令字BIT7(MSB)Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0(LSB)sA2A1A0MODEPD1PCOS是开始标志位，只有S位为高时7846才开始接收命令字，A0、Al、A2是通道选择，根据测量的需要而改变，具体所对应的选择见表33。MODE在前面简单介绍过了，主要是用来选择转换结果是8位数据精度还是12数据精度，当MODE=1时，转换结果为8位数据;当MODE=0时，转换结果为12位数据。根据实际要求在

40、此选择了MODE=0。是工作方式选择位，ADS7846有两种工作方式，一种是单端输入，一种是差分输入，在测量一般的坐标数据时，可以采用单端输入，但在需要进行压力测量的时候，则推荐使用差分输入的工作模式，因为使用单端输入方式的话必须要有外部参考电压输入，而且测量结果不如差分输入方式准确。PD1和PD0则是用来控制内部参考电压和模数转换器的开关。3.4.5 压力测量 ADS7846比它上一代产品ADS7843增加的一个新功能就是进行压力测量，其原理正如前面所说，由于压力的不同，从而使触摸屏上下导电层接触点的金属氧化膜的厚度不同，相应的会改变其电阻，ADS7846就是通过测量接触点的电阻，从而反映出

41、压力的强度。ADS7846在压力测量时引进了两个辅助测量值Z1和Z2，Z1和Z2是触摸屏的交叉电阻值，用来计算触摸屏接触点的电阻值，Z1和Z2的测量方法如图3-6所示。图3-6 Z1和Z2的测量原理图测量接触点的电阻有两种方法，一种是通过X坐标、Z1、Z2来计算，公式如3-3所示：Rtouch= （3-3）另一种时通过X坐标、Y坐标、Z2来计算，公式如3-4所示：Rtouch= （3-4）RTOUCH也就是接触点电阻的值，根据前面提到的IT0的特性，电阻值越大说明压力越小；RX和Ry分别是触摸屏X轴电阻值和Y轴电阻值的大小，跟触摸屏的性能参数有关：XPosition即是开始测量得到的X坐标值；

42、Ypostioin则是测量得到的Y坐标值。第4章 控制与通信系统由于采集的数据要送到PC机终端处理，所以要通过通信系统来连接控制系统和PC终端。4.1 串行通信系统4.1.1 串行通信基本概念计算机与外界的信息交换称为通信，通信的基本方式分为并行和串行通信两种。并行通信的特点是:各数据位同时传递，传送速度快、效率高。但并行数据传送有多少数据位就需要有多少根数据线，因此传送成本高。并行数据传送的距离通常小于30米，计算机内部的数据传送都是并行的。串行通信的特点是:数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但速度慢，其传送距离可以从几米到几千公里。串行通信又分为异步和同步两种方式。在

43、单片机中使用的串行通信都是异步方式，因此我们只介绍异步通信。异步传送方式的特点是数据在线路上的传送不连续。传送时，数据是以一个字符为单位进行传送的，它用一个起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束。一个字符又称为一帧信息。一帧信息由起始位、数据位、奇偶校检位和停止位四个部分组成。起始位为0信号占1位;其后就是数据位，它可以是5位、6位、7位或8位，传送时低位在前、高位在后;再后面的1位为奇偶校验位(可要可不要);最后是停止位，它用信号1来表示一帧信息的结束，可以是1位、1位半或2位。异步传送中，字符间隔不固定。在停止位后可以加空闲位，空闲位用高电平表示，用于等待传送。这样，接受和发送可以间

44、断进行，而不受时间的限制。在串行异步传送中，通信双方必须事先约定:（1） 字符格式。双方要事先约定字符的编码形式，奇偶校验形式及起始位和停止位的规定。例如用ASCII通信，有效数据位7位，加一个奇偶校检位、一个起始位和一个停止位共10位。当然停止位也可以大于1位。（2） 波特率(Raud rate)。波特率就是数据的传送速率，即每秒钟传送的二进制位数，单位为位/秒。它与字符的传送速率(字符/秒)之间有以下关系：波特率= 一个字符的二进制编码位数*字符/秒要求发送端与接收端的波特率必须一致。异步串行通信的传送速率一般为5019200波特。4.1.2 单片机的串口MCS51单片机内部有个功能很强的

45、全双工串行口，可同时接受和发送数据。它有两个缓冲寄存器(SBUF)，一个是发送寄存器，一个是接受寄存器，以便单片机能以全双工方式进行通信。串行发送时，从片内总线向发送SBUF写入数据;串行接受时，从接受SUBF向片内总线读出数据。与串行通信有关的控制寄存器有3个:SCON、PCON和IE，下面依次逐个介绍：1. 串行控制寄存器SCONSCON是MCS-51的一个可位寻址的专用寄存器，用于串行数据通信的控制。单元地址98H，位地址9FH-98H。寄存器内容及位地址表示如表4-1。表4-1SCON寄存器内容及位地址位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H位符合SM0SM1SM2REN

46、TB8RB8T1R1各位功能说明如下：(1) SMO，SMI：串口工作方式选择位其状态组合所对应的工作方式为：SM0 SM1 工作方式00 001 110 211 3(2) SM2：多机通信控制位因多机通信是在方式2和方式3下进行的，因此SM2位主要用于方式2和方式3。当串行口以方式2和方式3接受时，如SM2=l，则只有当接受到的第9位数据(RBS)为“1”，才将收到前8位数据送入SBUF，并置位R1并产生中断请求:否则，将接受到的前8位数据丢弃。而当SM2=0时，则不论第9位数据为“0”还是为“l”，都将前8位数据装入SBUF，并产生中断请求。在方式0时，SM2必须为“0”。(3)REN：允许接受位REN位用于对串行数据的接收进行控制，当REN=0时禁止接收;当REN=l时表示允许接收。(4) TB8：发送数据位D8位在方式2和方式3时，TB8内容是要发送的第9位数据，其值由用户通过软件设置。在双机通信时，TB8一般作为奇偶校检位使用;在多机通信中，常以TB8位的状态表示主机发送的是地址帧还是数据帧，且一般约定：TB8=0为数据帧，TB8=l为地址帧。(5)