1、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
2、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ABSTRACTThis system is a simple microcontroller-based touch screen phone. In recent years, development of mobile phones is very fast. Especially because the andr
3、oid operating system and touch screen is very convenient, touch screen mobile phone is more and more popular. Touch screen mobile phones will be the most mainstream configuration in the future.The whole system is mainly composed by STC12C5A60S2 microcontroller,Sim300 module, serial touch screen, and
4、 some peripheral devices. The realization method of the main function is: firstly use a touch screen supporting PC configuration software and PS software, set touch screen icon and numeric keypad and other display interface in advance. Then download to the internal memory of the touch screen ,let in
5、ternal 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 the controller send the appropriate
6、 AT command to SIM300 module through the serial 2.And Drive the SIM300 module sending mobile phone signal. The system also adds a 1302 clock chip, time can be displayed in real time. Through the above module, this system achieves: receive, make a phone call; Receive, send English text messages. Ther
7、e is an incoming call reminders, and perpetual calendar. Also it can set the alarm clock.Key Words: mobile phone; SIM300 module; serial touch screen; perpetual calendarI目 录1 引言 .11.1 课题研究的背景 .11.2 课题研究的目的及意义 .11.3 课题研究设想 .22 系统方案研究 .32.1 方案论证 .32.1.1 主控芯片选择 .32.1.2 GSM 模块选择 .32.1.3 触摸屏模块选择 .42.1.4 时
8、钟模块选择 .42.2 方案最终选定及系统原理框图 .43 硬件电路设计 .63.1 STC12C5A60S2 主控单片机介绍 .63.1.1 单片机的主要特性 .63.1.2 单片机引脚说明 .73.1.3 串行口功能介绍 .83.1.4 STC12C5A60S2 单片机最小系统 .83.2 SIM300 模块 .93.2.1 SIM300 功能简介 .93.2.2 SIM300 电路原理 .93.2.3 SIM300 串口调试简介 .103.3 触摸屏模块 .133.3.1 串口触摸屏简介 .133.3.2 触摸屏使用方法 .143.4 RTC 实时时钟 .15II3.4.1 时钟功能简介
9、 .154 软件设计 .164.1 Keil 软件介绍 .164.2 编程总结 .164.3 迪文触摸屏组态软件介绍 .184.4 本设计的程序流程图 .204.5 源程序（见附录 2） .205 系统调试过程 .215.1 单片机最小系统和时钟模块的调试 .215.2 时钟模块的调试 .215.3 SIM300 模块的调试 .215.4 串口触摸屏的调试 .215.5 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天津职业技术师范大学 2014 届本科生毕业设计11 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
10、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
11、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
12、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
13、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天津职业技术师范大学 2014 届本科生毕业设计2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.
14、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。天津职业技术师范大学 2014 届本科生毕业设计32 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CMOS 8 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256 bytes 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
15、。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
16、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。2.1.2 GSM 模块选择方案 1：采用 TC35 模块，TC35 是西门子公
17、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。 天津职业技术师范大学 2014 届本科生毕业设计4参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
18、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
19、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
20、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。天津职业技术师范大学 2014 届本科生毕业设计5(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。
21、系统整体框图如图 2-1 所示。S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 2单片机S I M 3 0 0模块触摸显示屏图 2-1 系统原理框图整个系统的原理图，见附录 1。天津职业技术师范大学 2014 届本科生毕业设计63 硬 件 电 路 设 计3.1 STC12C5A60S2 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 5
22、1 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.I/0 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 MAX81
23、0 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 A/D 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：-4085。14.普通 51 单片机的 I/O 口是只有一种默认的模式，而这款单片机却有四种模
