HMS30C7202與觸摸屏接口電路的設計

　　1.導言

　　隨著(zhù)現代計算機技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統開(kāi)始占據市場(chǎng)主流。因32位ARM嵌入式處理器具有高性能、低功耗的特性，它已廣泛應用于科學(xué)研究、工程設計，軍事技術(shù)，商業(yè)文化藝術(shù)及消費產(chǎn)品。而觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，具有堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等優(yōu)點(diǎn)。主要用于公共信息的查詢(xún)、工業(yè)控制、軍事指揮、旅游、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)和房地產(chǎn)預售等場(chǎng)所。因此，本文著(zhù)重討論基于嵌入式微處理器HMS30C720與觸摸屏控制器的接口設計和底層串口驅動(dòng)與上層microwindows圖形界面結合的編程設計方法，以實(shí)現觸摸屏對嵌入式設備之間的控制。

　　2.系統的整體結構

　　該系統的整體結構如圖1所示：本系統由ARM單元，觸摸屏控制單元構成。ARM單元主要接收觸摸屏控制單元的位置數據信息并根據位置信息調用ARM的控制和應用程序。我們選用Hynix公司的ARM CPU HMS30C7202作為ARM系統單元的主芯片。它是基于以太網(wǎng)應用系統的高性?xún)r(jià)比16/32位RISC微控制器，內含一個(gè)由ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI RISC處理器核[1，4]。觸摸屏控制單元主要完成信號放大與處理、A/D。根據數字信號識別用戶(hù)點(diǎn)擊的觸摸屏上的圖標位置。并調用該圖標應執行相應指令。我們選用深圳某公司的觸摸屏控制器。該觸摸屏控制器具有串行通信接口，分辨力高等特點(diǎn)。

　　圖1 系統的整體結構

　　3．硬件電路的設計

　　3.1 LCD接口電路

　　HMS30C7202內建LCD顯示控制器，并且有專(zhuān)用視頻DMA控制器和視頻總線(xiàn)連接SDRAM控制器。分開(kāi)的總線(xiàn)使LCD的刷新不需要ARM的控制，數據傳送完全由DMA控制器控制，提高了整個(gè)系統的性能。HMS30C7202支持彩色、單色STN液晶顯示器和TFT彩色液晶顯示器，顯示分辨率可達640480，本系統平臺采用16位真彩色，采用565配色方案，5位紅色、6位綠色、5位藍色。而TFT顯示器都采用18根數據線(xiàn)，因此，將紅色和藍色數據線(xiàn)最低位接地。除數據線(xiàn)外LCD接口還有行、場(chǎng)同步信號、LCD時(shí)鐘信號，LCD控制信號，可分別接CPU的LCD控制輸出LLP，LFP，LAC。

　　3.2觸摸屏硬件電路

　　3．2．1四線(xiàn)電阻式觸摸屏　　

　　如圖2所示是 四線(xiàn)電阻式觸摸屏原理示意圖，四線(xiàn)觸摸屏包含兩個(gè)阻性層。其中一層在屏幕的左右邊緣各有一條垂直總線(xiàn)，另一層在屏幕的底部和頂部各有一條水平總線(xiàn)。為了在X軸方向進(jìn)行測量，將左側總線(xiàn)偏置為0V，右側總線(xiàn)偏置為VREF。將頂部或底部總線(xiàn)連接到ADC，當頂層和底層相接觸時(shí)即可作一次測量。為了 在Y軸方向進(jìn)行測量，將頂部總線(xiàn)偏置為VREF，底部總線(xiàn)偏置為0V。將ADC輸入端接左側總線(xiàn)或右側總線(xiàn)，當頂層與底層相接觸時(shí)即可對電壓進(jìn)行測量。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. 　　

　　3．2．2 觸摸屏串口控制器接口定義

　　觸摸屏器接口引腳與RS232串口引腳功能關(guān)系表如表1所示。RS232串口引腳為9腳，只使用了5個(gè)腳，觸摸屏電源供給由PS/2接口4腳提供。

　　表1 觸摸屏器接口引腳與RS232串口引腳功能關(guān)系表

　　4．通信協(xié)議的確定及軟件設計

　　4．1觸摸屏串口控制器的通信協(xié)議的具體分析

　　由于公司的商業(yè)原因，不提供源程序和通信協(xié)議，也沒(méi)有HMS30C7202的驅動(dòng)程序，我們借助串口調試助手和存儲示波器分析，得出了串口觸摸屏控制器的通信協(xié)議，其傳輸速率為9600，一幀數據為10位，起始位為1，8位數據位，停止位為0，無(wú)校驗位。先發(fā)低位再發(fā)高位。每一個(gè)數據包傳送5個(gè)字節數據，第一個(gè)字節為控制位，第二、第三字節為觸摸屏得到的X軸坐標值，第四、第五字節為得到的Y軸坐標。這樣我們就獲得了觸摸屏控制器的通信協(xié)議，為在linux系統下編寫(xiě)相應的觸摸屏程序提供了基礎.

　　4.2 觸摸屏串口通信程序的設計

　　首先在linux系統下編寫(xiě)一個(gè)對應于觸摸屏的串口通信程序，用交叉編譯器編譯后，下載至目標板ARM，運行之后，點(diǎn)擊觸摸屏得到觸摸屏輸出數據。在這個(gè)程序中，我們的目的是建立觸摸屏串口控制器和ARM7 串口1之間的通信，使其讀取的數據顯示在對應的LCD顯示器屏幕上，設置好相應的波特率，數據位，奇偶校驗位和停止位，便可對觸摸屏串口控制器發(fā)送過(guò)來(lái)的數據進(jìn)行讀取操作。主程序流程圖如圖3所示[3]。

　　圖3 主程序流程圖

　　4．3 觸摸屏與LCD顯示器坐標的換算和Microwindows編程實(shí)現

　　本設計采用microwindows0.90版本，編寫(xiě)程序時(shí),不必關(guān)心底層的驅動(dòng)，直接調用上層的API.而不需編寫(xiě)底層的驅動(dòng).這里采用的方法是在microwindows中編寫(xiě)對應于觸摸屏串口接收程序,然后比較microwindows窗口坐標和串口數據中的坐標值,如果在一定范圍內,則產(chǎn)生一個(gè)相應的事件[2]。 用一個(gè)數組來(lái)接收串口送過(guò)來(lái)的數據，再從數組中取出觸摸屏的位置信息。觸摸屏的坐標原點(diǎn)及分辨率都不同，這也需要進(jìn)行轉換。具體轉換的公式為：

　　我們設觸摸屏如下：右下角為原點(diǎn)坐標（x1,y1），橫軸為x軸，豎軸為y軸，右上角坐標（x1,y2），左上角坐標（x2,y2），右上角坐標（x2,y1），分辨率為40964096；ARM7所接LCD的坐標原點(diǎn)在左上角，橫軸為x軸，豎軸為y軸分辨率為640480，則我們的坐標轉換公式為：

　　xLCD=640-[640(x-x1)/(x2-x1)] （4-1）

　　yLCD=480-[480(y-y1)/(y2-y1)] （4-2）

　　因觸摸屏的分辨率為40964096，則x2-x1和y2-y1的值均為4096；坐標轉換公式為：

　　XLCD=640-640z1/4096; （4-3）

　　YLCD=480-480z2/4096; （4-4）

　　其中，公式中的z1,z2坐標為觸摸屏坐標，它的獲取方法：由數組buffer[ ]接收串口送來(lái)的數據，我們要從數組中取出有用的坐標信息。

　　x1=buffer[6]; x2=buffer[7]; x3=buffer[3]; x4=buffer[4];

　　這里我們用四個(gè)8位元素來(lái)獲得兩個(gè)16位坐標信息。那么就需要將兩個(gè)8位的坐標數據，轉換為一個(gè)16位的數據，具體轉換如下：

　　y1=x18; y1 |=x2; /*兩個(gè)8位數據移位成16位數據*/

　　y2=x38; y2 |=x4;

　　那么此時(shí)的y1,y2便是我們觸摸屏的坐標信號了。轉換之后，顯示器和觸摸屏的坐標就對應起來(lái)了，在microwindows下建立一個(gè)窗口，設定它的坐標值及大小，這時(shí)在用microwindows的消息處理函數，如果觸摸范圍（觸摸屏在屏幕上對應坐標）在窗口的坐標范圍內，則產(chǎn)生一個(gè)相應的事件，我這是在窗口上打印一條Touched信息的事件，在窗口范圍外觸摸觸摸屏時(shí)，打印Nottouched信息。編寫(xiě)一個(gè)程序點(diǎn)觸觸摸屏上相應的位置，就會(huì )在屏幕上的對應位置上輸出一個(gè)新的窗口，且位置比較準確。如圖5所示為點(diǎn)觸摸屏時(shí)LCD顯示器顯示的觸點(diǎn)響應位置。

　　圖5 點(diǎn)觸摸屏時(shí)LCD顯示器顯示的位置

　　結論

　　通過(guò)調試和測試，完全達到設計要求。本設計創(chuàng )新之處是：成功將深圳某公司的觸摸屏控制器運用到HMS32C7202嵌入式控制系統中，在對方?jīng)]有提供通信協(xié)議和驅動(dòng)程序情況下，分析了該控制器的通信協(xié)議，編寫(xiě)了ARM的驅動(dòng)程序。分析了LCD與觸摸屏的物理?yè)Q算關(guān)系，然后編寫(xiě)上層程序，通過(guò)microwindows的API進(jìn)行相關(guān)調用，使底層數據與上層圖形界面建立了聯(lián)系。最后編寫(xiě)相應的事件處理和響應程序，通過(guò)點(diǎn)觸觸摸屏的圖形界面完成對ARM的操作。該接口已應用于本人開(kāi)發(fā)的基于Internet網(wǎng)絡(luò )通信的嵌入式系統平臺中。

　　參考文獻

　　[1] Hynix Semiconductor Inc.HMS30C7202www.hynix.com

　　[2]吳明暉等.基于A(yíng)RM的嵌入式系統開(kāi)發(fā)與應用.人民郵電出版社.2004.6

　　[3]李中奇.嵌入式Linux系統中觸摸屏控制的研究與實(shí)現.現代顯示.2005.2.19-22[4]楊光友等.嵌入式微處理器ARM7202觸摸屏接口設計.微計算機信息.2004.4,2004.4.75-76

　　作者簡(jiǎn)介：王洪、男、1963.4、高級工程師、湖南省教育廳科學(xué)研究資助項目（03C211）,主要從事數字電視與嵌入式系統研究與開(kāi)發(fā)