基于PIC16F876的觸摸屏接口設計

摘要：各種觸摸屏的應用簡(jiǎn)化了人機交互過(guò)程。介紹四線(xiàn)電阻式觸摸屏的工作原理及在激光治療儀中的應用。闡述同微控制器PIC16F876的數據傳遞過(guò)程。

關(guān)鍵詞：觸摸屏 ADS7846同微控制器PIC16F876

引言 隨著(zhù)社會(huì )自動(dòng)化程度的提高，人機交互能力急需大的轉變，向著(zhù)更方便使用、更直觀(guān)的方向發(fā)展。激光治療機主要應用激光的物理特性作用于人體，產(chǎn)生機體化學(xué)反應從而達到治療疾病的目的。激光治療機作為一種精密儀器需要精確的控制及防塵、防靜電、防潮等方面的嚴格要求。激光治療機輸入設備采用觸摸屏控制，既是基于以上要求也是從方便使用者操作和界面直觀(guān)的角度考慮的。觸摸屏的應用使得數據的顯示和數據的輸入結合為一體，簡(jiǎn)化了整個(gè)設備。

1 觸摸屏原理

觸摸屏附著(zhù)在顯示器的表面，與顯示器配合使用。通過(guò)觸摸產(chǎn)生模擬電信號，經(jīng)過(guò)轉換為數字信號由微處理器計算得出觸摸點(diǎn)的坐標，從而得到操作者的意圖并執行。觸摸屏按其技術(shù)原理可分為五類(lèi)：矢量壓力傳感器、電阻式、電容式、紅外線(xiàn)式和表面聲波式，其中電阻式觸摸屏在實(shí)際應用中的較多。電阻式觸摸屏由4層的透明薄構成，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，附著(zhù)在上下兩層內表面的兩層為金屬導電層(OTI，氧化銦)，這兩層由細小的透明隔離點(diǎn)進(jìn)行絕緣。當手指觸摸屏幕時(shí)，兩層電層在觸摸點(diǎn)處接觸。 觸摸層的兩個(gè)金屬導電層分別用來(lái)測量X軸和Y軸方向的坐標。用于X坐標測量的導電層從左右兩端引出兩個(gè)電極，記為X+和X-。用于Y坐標測量的導電層從上下兩端引出兩個(gè)電極，記為Y+和Y-。這就是四線(xiàn)電阻觸摸屏的引線(xiàn)構成。當在一對電極上施加電壓時(shí)，在該導電層上就會(huì )形成均勻連接的電壓分布國。若在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)處的電壓值可在在Y+(或Y-)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。測量原理如圖1所示。

五線(xiàn)式觸摸屏與四線(xiàn)式不同。主要區別在于五線(xiàn)觸摸屏將其中一導電層的四端均引出來(lái)作為四個(gè)電極，另一導電層僅僅作為測量的導體輸出X向和Y向的電壓，測量時(shí)要交替在X向和Y向上施加電壓。

2 觸摸層控制器工作原理

觸摸屏控制器有多種，主要的功能均是在微處理器的控制下向觸摸屏的兩個(gè)方向分時(shí)施加電壓，并將相應的電壓信號傳送給自身A/D轉換器，在微處理器SPI口提供的同步時(shí)鐘作用下將數字信號讀入微處理器?？刂破鰽DS7846基本結構如圖2所示。 圖1觸摸點(diǎn)P處測量結果計算如下：

ADS7846內部可以通過(guò)寄存器的設置A/D轉換器的分辨率設為8位或12位，在本系統中A/D轉換器的分辨率取12位。則P點(diǎn)的二進(jìn)制輸出代碼為：

其中：Vref_full為加在A(yíng)DS6746內部A/D轉換器上的參考電壓。

觸摸屏控制器的運行是通過(guò)串行數據輸入口DIN輸入控制命令進(jìn)行控制的?？刂频幕靖袷饺缦拢?bit bit6 bit5 bit4 bit bit bit bit 起始位(高電平) A2 A1 A0 MODE SER/DFR PD1 PD0 bit7指明發(fā)送命令開(kāi)始，高電平有效。A2：A0用于選擇數據輸入通道，101選擇X坐標測量，001選擇Y坐標測量。MODE將內部模數轉換器的分辨率定義為8位(MODE=1)或12位(MODE=0)。SER/DFR為單端/雙端參考電壓選擇位。PD1：PD0根據省電模式的需要進(jìn)行選擇設置。這些命令控制位的設置將在程序代碼部分得以應用。

3 系統硬件設計

激光治療機的輸入系統由三部分組成：觸摸屏、觸摸屏控制器和微控制器。微控制器采用Microchip公司的新型芯片PIC16F867。內部總線(xiàn)采用哈佛雙總線(xiàn)結構。在內部頻率相同的情況下，加快了數據的傳輸速度，避免了瓶頸現象。此芯片采用精簡(jiǎn)指令集(RISC)易于使用，加快了開(kāi)發(fā)速度。內部含有 8KB程序存儲器(分頁(yè)操作)，256字節EEPROM，368字節RAM，8路模數轉換器，1個(gè)通用串行口(SCI)，1個(gè)I2C接口，1個(gè)串行外圍接口(SPI)，3個(gè)定時(shí)器及看門(mén)狗電路(WathcDog)等許多重要資源。外圍許多接口功能上的復用使得整個(gè)微控制器簡(jiǎn)潔，功能強大。 根據ADS7846與微控制器進(jìn)行數據交換的接口特征，選用PIC16F876的SPI口。SPI口包括三個(gè)信號：SDO(串行數據輸出)，SDI(串行數據輸入)，SCK(串行同步時(shí)鐘)。硬件連接關(guān)系見(jiàn)圖3。

本文側重于激光治療儀輸入系統的設計，其它硬件的設計僅給出接口的含義。由于PIC16F876的內部集成度較高，所以外圍接口相當簡(jiǎn)單，但是要完成復雜的控制功能必須進(jìn)行內部寄存器的設置。 圖3 4 軟件設計 按照以上設計思想設計了應用軟件。圖4為主程序與觸摸屏輸入檢測部分的程序流程圖。其中，坐標數據處理通常采用查表的方法，將用戶(hù)命令的坐標形成數據表，利用獲得的坐標信息進(jìn)行變換快速查表，從而提高軟件的運行速度。 下面是PIC16F876同ADS7846接口的部分程序代碼。

CMDATA EQU 30H XDATA_H EQU 31H XDATA_L EQU 32H YDATA_H EQU 33H YDATA_L EQU 34H ;初始化寄存器

MOVLW 02H MOVWF TRICB ;定義B口方向

MOVLW 90H MOVWF TRISC ;定義C口方向

BCF SSPCON，5 MOVLW 10H MOVWF SSPCON ;初始化

SSPCON BSF SSPCON，5 ;啟動(dòng)SPI ;獲取X，Y坐標

GetXY BCF PORTB,0 ;選口

AD7846 MOVLW 0D4H ;獲取X坐標命令

MOVWF SSPBUF ;發(fā)送命令

BUSY BTFSC PORTB，1 ;判忙?

GOTO BUSY MOVF SSPBUF，W ;12位數據

MOVWF XDATA_H ;XDATA_H存放高字節

MOVF SSPBUF，W MOVWF XDATA_L ;XDATA_L存放低字節 %26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183;%26;#183; ;Y坐標數據同樣處理

RETLW 0 結語(yǔ)

本系統的設計使得輸入極其方便，而且外圍設備得到簡(jiǎn)化，在實(shí)際應用中提高了人機交互的能力，收到良好的社會(huì )效益。系統設計的思想不僅能夠應用在醫療行業(yè)，而且能夠應用在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化以及手持設備等各行業(yè)。