1 引言
嵌入式系統(tǒng)中觸摸屏越來越廣泛地應(yīng)用。不同的應(yīng)用領(lǐng)域觸摸屏的設(shè)計方式也各不相同,一般有以下三種:(1)應(yīng)用觸摸屏模塊。觸摸屏模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口與應(yīng)用系統(tǒng)(一般為PC或X86架構(gòu)的工控機(jī))相連,安裝驅(qū)動程序后即可工作,基本無需開發(fā);(2)擴(kuò)展觸摸屏控制器。這是嵌入式系統(tǒng)中設(shè)計觸摸屏普遍使用的方法,常用的觸摸屏控制芯片有ADS7843、ADS7846等,這些芯片內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器和觸摸屏的驅(qū)動電路,同時要設(shè)計一定的軟件;(3)與前面方式(2)相仿,有些處理器集成了A/D轉(zhuǎn)換器,通過IO口模擬觸摸屏的驅(qū)動信號也可實(shí)現(xiàn)觸摸屏的控制。
隨著芯片技術(shù)的發(fā)展,處理器內(nèi)部集成的資源越來越豐富,有些芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了觸摸屏控制器。如韓國現(xiàn)代半導(dǎo)體公司的32位ARM處理器ARM7202(HMS30C7202)芯片,其內(nèi)部集成了電阻式觸摸屏控制器。ARM7202集成了ARM7TDMI CPU核、存儲器管理單元(MMU)、8KB高速緩沖存儲器(Cache),主頻達(dá)70MHz。是一高性能嵌入式處理器。除觸摸屏控制器外,其片內(nèi)還包含了其他豐富的資源,如LCD控制器、SDRAM控制器、中斷控制器、DMA 控制器等[1]。ARM7202與觸摸屏的接口在軟/硬件設(shè)計上有些與前面三種不同的方面。
2 硬件設(shè)計
2.1 電阻觸摸屏原理
電阻觸摸屏是一多層的復(fù)合膜,由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層,表面涂有一層透明的導(dǎo)電層,上面再蓋有一層塑料層,它的內(nèi)表面也涂有一層透明的導(dǎo)電層,在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣,如圖1。當(dāng)手指觸摸屏幕時,平常絕緣的兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了一個接觸,控制器檢測到這個接觸后,其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場,另一導(dǎo)電層將接觸點(diǎn)的電壓引至控制器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,得到電壓值后與5V相比即可得觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo),如圖2。同理得出X軸的坐標(biāo)。這是所有電阻觸摸屏共同的基本原理。
嵌入式微處理器ARM7202觸摸屏接口設(shè)計V2" border="0" height="243" src="http://files.chinaaet.com/images/20110901/ea264474-f5c1-4440-a21b-6ddd669349ad.jpg" width="342" />
2.2 ARM7202與觸摸屏的接口
ARM7202片上資源包含觸摸屏控制器,用于控制4線電阻式觸摸屏。在5路A/D轉(zhuǎn)換通道中A0和A1是用于觸摸屏坐標(biāo)采集的,同時芯片提供ATSXP、ATSXN、ATSYP和ATSYN四根掃描線分別對X方向和Y方向進(jìn)行掃描。ATSXP和ATSXN在X方向施加正向電壓時,在Y方向檢測到X坐標(biāo)的對應(yīng)值;同理ATSYP和ATSYN在Y方向施加正向電壓時,在X方向檢測到Y(jié)坐標(biāo)的對應(yīng)值,分別由A0和A1采集。為了減少系統(tǒng)功耗和觸摸屏所占CPU資源,只在有落筆時觸摸屏控制器才啟動掃描,通過A/D轉(zhuǎn)換得到坐標(biāo)的對應(yīng)值,因此需在外部設(shè)計落筆檢測電路,如圖3所示。圖中IRLML6302和IRLML2402分別為PMOSFET和NMOSFET,作為開關(guān)管控制X方向和Y方向的掃描輸出。PB7接上拉電阻,檢測落筆中斷,當(dāng)有落筆時,PB7檢測到低電平,觸發(fā)中斷。PB6為中斷檢測電路的使能信號,當(dāng)PB6為高電平時,中斷有效,觸摸屏掃描無效;反之中斷無效,觸摸屏掃描有效。
3 觸摸屏控制程序機(jī)制
不同的操作系統(tǒng)下對觸摸屏的應(yīng)用各有不同,但都包括了設(shè)備的初始化、設(shè)備讀寫及中斷響應(yīng)等基本模塊。觸摸屏的驅(qū)動程序涉及到兩個中斷:落筆中斷和觸摸屏A/D轉(zhuǎn)換中斷。所包含的程序模塊有:觸摸屏初始化、落筆中斷服務(wù)程序、A/D中斷服務(wù)程序、濾波程序和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序。這里重點(diǎn)說明觸摸屏的兩個中斷。
觸摸屏初始化程序完成外部電路的中斷設(shè)置和采樣率的設(shè)置,并將觸摸屏的A/D中斷和A/D轉(zhuǎn)換器電源關(guān)閉,使外部電路中斷有效。
有落筆時,外部中斷被觸發(fā),進(jìn)入落筆中斷服務(wù)程序。在落筆中斷服務(wù)程序中清中斷源,關(guān)外部中斷,使外部中斷電路無效,打開觸摸屏中斷和AD轉(zhuǎn)換器電源。此時觸摸屏電路開始掃描觸摸屏。觸摸屏A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后,產(chǎn)生A/D中斷,進(jìn)入A/D中斷服務(wù)程序。在觸摸屏A/D中斷服務(wù)程序中,清A/D中斷,關(guān)觸摸屏A/D中斷,讀A/D轉(zhuǎn)換值。此時還要判斷落筆是否繼續(xù),若無落筆,開外部電路中斷,使外部中斷電路有效,關(guān)A/D中斷和A/D轉(zhuǎn)換器電源,進(jìn)入節(jié)能模式,如圖4(a);若還有落筆,要繼續(xù)開觸摸屏A/D中斷,使外部中斷電路無效,觸摸屏的A/D轉(zhuǎn)換繼續(xù)進(jìn)行,如圖4(b)所示。
圖4 觸摸屏程序流圖
由A/D轉(zhuǎn)換得到的值是觸摸屏上觸摸點(diǎn)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的值,要通過一定的方法轉(zhuǎn)換為顯示屏上的坐標(biāo)。限于篇幅這里省略,其原理和實(shí)現(xiàn)方法見參考文獻(xiàn)[2]。在A/D轉(zhuǎn)換時,每次由A/D轉(zhuǎn)換寄存器得到4組轉(zhuǎn)換值,可以設(shè)計一個濾波程序以提高檢測精度。
4 程序設(shè)計
觸摸屏的應(yīng)用程序模塊有:觸摸屏初始化、落筆中斷服務(wù)程序、A/D中斷服務(wù)程序、濾波程序和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序。初始化程序、濾波程序和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序是一般常規(guī)通用程序。觸摸屏驅(qū)動程序其核心是落筆中斷和A/D轉(zhuǎn)換這兩個中斷服務(wù)程序,以下是在uc/OS操作系統(tǒng)下觸摸屏驅(qū)動程序的兩個中斷服務(wù)程序,其詳細(xì)說明見注釋。
5 結(jié)束語
根據(jù)上述對觸摸屏工作機(jī)制的分析,筆者在實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)uc/OS下編寫的觸摸屏驅(qū)動程序應(yīng)用于基于ARM7202的智能控制器,實(shí)踐證明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,滿足了在復(fù)雜的實(shí)時多任務(wù)環(huán)境中觸摸屏快速響應(yīng)的要求。
參考文獻(xiàn)
[1]Hynix Semiconductor,HMS30C7202_datasheet_ver1.3_A13,2003.
[2]Carlos E. Vidales, 一種校準(zhǔn)觸摸屏-顯示屏之間點(diǎn)與點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系的算法.