基于觸摸屏的LED彩色臺燈控制系統設計

本系統是利用觸摸屏控制的可調顏色的照明燈具。燈源為大功率超高亮三基色發(fā)光二極管組成。本設計最大的亮點(diǎn)是觸摸屏上所指示的顏色與實(shí)際燈照出的顏色一致。到通過(guò)c 語(yǔ)言程序對單片機的PWM 功能進(jìn)行控制實(shí)現相應的坐標變換使燈具實(shí)現調色調亮的效果，為使用者提供一個(gè)隨心調節室內氣氛的良好工具。

一、控制硬件總體設計

系統的總體框圖如圖1 所示。系統可有輸入，輸出，控制三部分組成，當觸摸屏被按下觸摸屏芯片讀取觸摸屏上X 軸與Y 軸的值，然后通過(guò)SPI 協(xié)議傳送到控制器，控制器負責信號的處理，把處理完畢的信號以PWM 方式輸出驅動(dòng)LED.

圖1 系統總體框圖

二、觸摸屏的使用

本系統選擇電阻式觸摸屏，它將矩形區域中觸摸點(diǎn)(X,Y) 的物理位置轉換為代表X 坐標和Y 坐標的電壓其觸摸屏結構如圖2 所示。圖3 顯示了四線(xiàn)觸摸屏在兩層相接觸時(shí)的簡(jiǎn)化模型。對于四線(xiàn)觸摸屏，最理想的連接方法是將偏置為VREF 的總線(xiàn)接ADC 的正參考輸入端，并將設置為0V 的總線(xiàn)接ADC 的負參考輸入端。

圖2 電阻觸摸屏結構。

圖3 電阻觸摸屏簡(jiǎn)化模型。

三、接口電路設計

1. 控制器與觸摸屏連接

本系統采用美國TI 公司生產(chǎn)的ADS7843,該芯片內置12 位AD 轉換、低導通電阻模擬開(kāi)關(guān)的SPI 總線(xiàn)接口觸摸屏控制。供電電壓為2.7 ~ 5.25V,參考電壓VREF 為1V~+VCC,轉換電壓范圍為0 ~ VREF,控制器可通過(guò)內置的SPI 輸出口MOSI、MISO、SCK 與觸摸屏芯片進(jìn)行連接，如圖4 所示。

圖4 單片機與觸摸屏接口電路圖。

2. LED驅動(dòng)電路

控制器輸出PWM 波形作為驅動(dòng)電路的驅動(dòng)信號，三極管Q1 作為斬波器件。當驅動(dòng)信號為高電平時(shí)三極管處于截止狀態(tài)，LED 不亮;當輸入信號為低電平三極管處于導通狀態(tài)，LED 點(diǎn)亮。紅色LED 的驅動(dòng)電路如圖5 所示，綠色與藍色LED 的驅動(dòng)電路的結構與紅色的相同，單片機的PB7 端為綠色LED 的驅動(dòng)信號，PD4 為藍色LED 的驅動(dòng)信號。

圖5 紅色LED的驅動(dòng)電路圖。

四、系統的程序設計

1.系統總流程圖

系統硬件可以分為輸入、控制、輸出部分，其中控制部分是連接輸入、輸出。單片機程序決定輸入如何影響輸出，輸出如何響應輸入，其具體框圖如圖6 所示。單片機對ADS7843 進(jìn)行讀取后對數據進(jìn)行坐標變換，最后把處理的值輸出驅動(dòng)LED.

圖6 系統軟件流程圖。

2.觸摸屏坐標讀取

所謂的觸摸點(diǎn)坐標是指當觸摸屏被按下時(shí)觸摸芯片讀出的X 軸與Y 軸的數值。觸摸坐標的讀取時(shí)非常關(guān)鍵的，它是觸摸屏使用過(guò)程中最重要的環(huán)節，若觸摸點(diǎn)坐標有誤，將導致單片機錯誤處理。首先使能ADS7843,然后向ADS7843 寫(xiě)入測量X 坐標的控制字，延時(shí)若干毫秒后，讀取ADS7843 的轉換數據。讀取的數據即X 的坐標值;再把測量Y 坐標控制字寫(xiě)入ADS7843,延時(shí)若干毫秒后，讀取ADS7843 的轉換數據，就得到了Y 坐標的值，然后禁止ADS7843.這樣既完成了一次讀取坐標值的過(guò)程。其具體流程如圖7所示。

圖7 ADS7843讀取框圖

3.系統坐標校準處理

由于任意兩個(gè)觸摸屏上的點(diǎn)密度都不可能完全一致，所以要求在使用觸摸屏之前，必須進(jìn)行校準。校準方式有兩點(diǎn)校準，三點(diǎn)校準，四點(diǎn)校準等。其中，校準的點(diǎn)數越多，觸摸屏數據越精確，校準也越繁瑣。本系統使用兩點(diǎn)校準的方法對觸摸屏進(jìn)行校準。

(1) 先分別測試觸摸屏左下角及右上角的坐標(ads7843_xmin,ads7843_ymin);(ads7843_xmax,ads7843_ymax);

(2) 計算水平方向的比率(ads7843_xts)和垂直方向的比率(ads7843_yts);

(3)假設液晶屏中的當前點(diǎn)是液晶屏坐標(X,Y)：

當前點(diǎn)的觸摸屏的X 坐標=X× ads7843_xts+ ads7843_xmin ;

當前點(diǎn)的觸摸屏的Y 坐標=Y× ads7843_yts+ ads7843_ymin ;

系統執行校準程序后把觸摸屏左下角， 右下角的坐標值與水平方向的比率存放如單片機EEPROM 中，每當系統重新啟動(dòng)時(shí)調用對應的數值有于對觸摸位置的判別。

4.控制器SPI通訊

控制器ATmega48內部集成SPI通訊所需的軟硬件功能，主機和從機之間的SPI 連接如圖8所示。系統包括兩個(gè)移位寄存器和一個(gè)主機時(shí)鐘發(fā)生器，通過(guò)將從機的 SS引腳拉低，主機啟動(dòng)一次通訊過(guò)程。主機和從機將需要發(fā)送的數據放入相應的移位寄存器。主機在SCK引腳上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖以交換數據。主機的數據從主機的MOSI移出，從從機的MOSI移入;從機的數據從從機的MISO移出，從主機的MISO移入。主機通過(guò)將從機的SS拉高實(shí)現與從機的同步。

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