基于嵌入式微處理器S3C44BOX的觸摸屏接口設計

摘 要： 介紹了觸摸屏工作的基本原理，設計了基于S3C44BOX嵌入式微處理器的觸摸屏硬件接口電路，研究了觸摸屏程序的工作機制，在此基礎上給出了其核心部分程序。

1 引言

觸摸屏越來(lái)越廣泛地應用于嵌入式系統中。

不同的應用領(lǐng)域觸摸屏的設計方式也各不相同，一般有以下三種： ①應用觸摸屏模塊。觸摸屏模塊提供標準的硬件接口與應用系統（一般為PC 或X86架構的工控機） 相連，安裝驅動(dòng)程序后即可工作，基本無(wú)需開(kāi)發(fā)； ②擴展觸摸屏控制器。這是嵌入式系統中設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。這些芯片內部集成了A/ D 轉換器和觸摸屏的驅動(dòng)電路，同時(shí)要設計一定的軟件； ③與前面方式②相仿，有些處理器集成了A/ D 轉換器，通過(guò)I/ O 口模擬觸摸屏的驅動(dòng)信號也可實(shí)現觸摸屏的控制。

隨著(zhù)芯片技術(shù)的發(fā)展，處理器內部的資源越來(lái)越豐富。如韓國三星半導體公司的32 位ARM處理器S3C44B0X 芯片，其內部集成了外部存儲器控制器、LCD 控制器、4 個(gè)DMA 通道、2 通道異步UART 單元、1 個(gè)同步串行口（SIO） , 1 個(gè)多主I2C總線(xiàn)控制器、1 個(gè)I2S 總線(xiàn)控制器， 5 通道PWM 定時(shí)器及1 個(gè)內部定時(shí)器、71 個(gè)通用I/ O口、8 個(gè)外部中斷源、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、8 通道10 位ADC等。由于其內部集成了10 位的A/ D 轉換器，可以通過(guò)S3C44BOX 的I/ O 口模擬觸摸屏的驅動(dòng)信號實(shí)現觸摸屏的控制。

2 觸摸屏工作原理

電阻式觸摸屏是一塊4 層的透明的復合薄膜屏，如圖1 所示，最下面是玻璃或有機玻璃構成的基層，最上面是一層外表面經(jīng)過(guò)硬化處理從而光滑防刮的塑料層，中間是兩層金屬導電層，分別在基層之上和塑料層內表面，在兩導電層之間有許多細小的透明隔離點(diǎn)把它們隔開(kāi)。當手指觸摸屏幕時(shí)，平常絕緣的兩層導電層在觸摸點(diǎn)位置就有了一個(gè)接觸，觸摸屏的兩個(gè)金屬導電層是觸摸屏的兩個(gè)工作面，在每個(gè)工作面的兩端各涂有一條銀膠，成為該工作面的一對電極，若在一個(gè)工作面的電極對上施加電壓，則在該工作面上就會(huì )形成均勻連續的平行電壓分布。如圖2 所示，每個(gè)工作面有兩個(gè)電極對，當在X 方向的電極對上施加一確定的電壓，而Y 方向電極對上不加電壓時(shí)，在X 平行電壓場(chǎng)中，觸點(diǎn)處的電壓值可以在Y +（或Y2） 電極上反映出來(lái)，通過(guò)測量Y + 電極對地的電壓大小，便可得知觸點(diǎn)的X 坐標值。同理，當在Y電極對上加電壓，而X 電極對上不加電壓時(shí)，通過(guò)測量X + 電極的電壓，便可得知觸點(diǎn)的Y坐標。

圖1 觸摸屏的觸摸示意圖

圖2 測量關(guān)系

3 S3C44BOX與觸摸屏的接口電路

在該系統中沒(méi)有使用專(zhuān)用的控制器，簡(jiǎn)而代之的是用了四個(gè)三極管（兩個(gè)NPN 和兩個(gè)PNP） ,外加一些偏流電阻、上拉電阻和濾波電容組成，如圖3 所示，其中：TS_A ,TS_B ,TS_C和TS_D 分別由S3C44B0X 的GPC0 , GPC1 , GPC2 和GPC3 控制。X+ 和Y+ 分別連接到S3C44B0X的A/ D 轉換輸入接口A(yíng)IN0 和AIN1 上。TS_A 和TS_C在X方向施加正向電壓時(shí)，在Y方向檢測到X坐標的對應值，同理，TS_B 和TS_D 在Y方向施加正向電壓時(shí)，在X方向檢測到Y坐標的對應值，分別由AIN0 和AIN1 采集。

圖3 觸摸屏的接口電路

為了減少系統功耗和觸摸屏所占CPU 資源，只在有落筆時(shí)觸摸屏控制器才啟動(dòng)掃描，通過(guò)A/D 轉換得到坐標的對應值，因此需在外部設計落筆檢測電路，如圖4 所示。中斷連在EXTINT2上，設置中斷為上升沿觸發(fā)，平時(shí)為低， 按下屏時(shí)變高產(chǎn)生中斷。

圖4 落筆檢測電路

4 觸摸屏的狀態(tài)

在編寫(xiě)軟件前， 要先對觸摸屏的狀態(tài)有所了解，在觸摸屏的整個(gè)工作過(guò)程中，總共有3 個(gè)狀態(tài)：空閑態(tài)、X 通道態(tài)和Y通道態(tài)。

在沒(méi)有觸摸的時(shí)候，觸摸屏處于空閑態(tài)，此時(shí)，為了便于接收中斷，應設置TS_A = 1 ,TS_B =1 ,TS_C = 0 和TS_D = 1.為了獲得觸點(diǎn)的X軸坐標，需要把觸摸屏設置成X通道態(tài)，即TS_A= 0 ,TS_B = 1 ,TS_C = 1 和TS_D = 0.此時(shí)，通過(guò)測量Y + （AIN1） 獲取X 通道上的坐標。

同理，為了獲得觸點(diǎn)的Y軸坐標，需要把觸摸屏設置成Y通道態(tài)，即TS_A = 1 ,TS_B = 0 ,TS_C= 0 和TS_D = 1.此時(shí)，通過(guò)測量X+ （AIN0） 獲取Y通道上的坐標。

5 系統的軟件設計

整個(gè)系統軟件包括觸摸屏初始化、落筆中斷服務(wù)程序，AD 測量子程序、濾波程序和坐標轉換程序。當有觸摸時(shí)， EXTINT2 變?yōu)楦唠娖?，產(chǎn)生中斷。由S3C44B0X 響應該中斷請求，進(jìn)入落筆中斷服務(wù)程序，在該程序中，啟動(dòng)AD 測量子程序，讀取AD 轉換結果，從而得到觸點(diǎn)的坐標。整個(gè)過(guò)程，觸摸屏在空閑態(tài)，X 通道態(tài)和Y 通道態(tài)之間轉換，如圖5 所示。

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