基于ARM微處理器的液晶觸摸屏的接口設計

摘要：作為人機交互的重要手段，液晶觸摸屏使用越來越多，基于微控制器與觸摸屏的接口技術在工業(yè)控制、智能家電等領域得到應用廣泛，開發(fā)微控制器與液晶觸摸屏的接口技術是智能電子產品設計的重要工作；介紹了一款液晶觸摸屏系統(tǒng)的總體設計方案、電路接口和編程方法；該系統(tǒng)由TFT液晶屏模塊、觸摸屏和ARM微處理器控制板組成；TFT液晶模塊內置SSD1289控制器，尺寸3.2英寸、分辨率240×320像素；觸摸屏由觸摸傳感部件和觸摸屏控制器ADS7843組成；控制板采用ARM7微處理器LPC2148為控制核心；測試和工程實踐結果表明，所設計的軟、硬件達到了各項要求，并且具有操作方便、穩(wěn)定性好、性價比高等技術特點，有較好的推廣應用價值。

0引言

人機交互界面的種類較多，如鍵盤、數(shù)碼管顯示器、液晶顯示器及帶觸摸的液晶屏等。決定人機交互接口方式的主要因素是成本和實際應用的需要。近十年來，液晶觸摸屏以功耗低、重量輕、精度高和良好的人機界面等技術特點，在電子設備特別是手持類電子產品中得到了普遍應用。帶觸摸的液晶屏，只要能測量出觸摸點的坐標位置，即可根據屏上對應坐標點的顯示內容或圖符獲知觸摸者的意圖，通過微處理器處理聲音、圖像、文字及觸摸輸入控制等信息，使之成為能進行信息存取、輸入和輸出的集成系統(tǒng)。基于微控制器與液晶模塊的硬件接口設計及軟件編程在智能系統(tǒng)設計中有著重要的應用價值。ARM微處理器，運算速度快、資源豐富、性價比高，是當前較為流行的嵌入式控制器。本文介紹的一款基于ARM7微處理器LPC2148接口的3.2寸液晶觸摸屏，具有精度高、彩色顯示逼真、應用靈活等特點，可作為中高檔電子產品字符、圖像的顯示及人機對話的窗口。

1總體設計方案

系統(tǒng)的總體設計方案如圖1所示。液晶觸摸屏系統(tǒng)由312寸TFT液晶屏模塊、觸摸屏和ARM微處理器控制板組成。

觸摸屏由觸摸傳感部件和觸摸屏控制器ADS7843組成，觸摸傳感部件安裝在LCD液晶屏前面，用于檢測用戶觸摸位置，用戶觸摸信息送往ADS7843控制器，并轉換成觸點坐標，送給ARM7控制板，LPC2148微處理器與液晶及觸摸模塊相連接，根據接收到的觸摸信息，進行信號運算和處理，輸出蜂鳴器等控制信號，控制液晶屏實現(xiàn)用戶畫面和數(shù)據的顯示。

圖1液晶觸摸屏系統(tǒng)總體設計方案

2電路及原理

2.1液晶觸摸屏原理及ADS7843觸摸控制電路

原理如圖2所示。

U1為3.2英寸TFT液晶模塊，+3.3V供電；內置SSD1289液晶控制器；液晶屏分辨率為240×320像素；屏幕顏色26萬色；屏幕尺寸為57mm×79mm,有效顯示面積為51mm×65mm.SSD1289液晶控制器由16位并行數(shù)據接口、內部控制器和LCD驅動器組成。液晶數(shù)據傳輸方式為16位并行方式，LPC2148的16根I/O口線分別接液晶模塊的DB0~DB15.PWM為亮度驅動控制輸入，經9013三極管放大后作為液晶背光。

觸摸屏部分由觸摸傳感部件和觸摸屏控制器ADS7843（U2）組成。

圖2液晶模塊及觸摸電路原理

觸摸傳感部件是一個四線電阻屏幕，屏上引出四根線，分別對應X軸和Y軸各兩根。測量X方向的時候，將X+,X-之間加上參考電壓Vref,Y-斷開，Y+作為A/D輸入，獲得X方向的電壓；同理測量Y方向的時候，將Y+,Y-之間加上參考電壓Vref,X-斷開，X+作為A/D輸入，進行A/D轉換獲得Y方向的電壓，之后再完成電壓與坐標的換算，整個過程類似一個電位器，觸摸不同的位置分得不同的電壓。

以上所需要的參考電壓、A/D轉換等工作由觸摸屏控制器ADS7843直接完成的，微處理器只需將相應的控制命令傳輸?shù)紸DS7843即可，以獲得相應電壓的數(shù)據。

ADS7843是TI公司生產的四線電阻觸摸屏轉換接口芯片。它是一款具有同步串行接口的12位取樣模數(shù)轉換器。在125kHz吞吐速率和2.7V電壓下，功耗為750LW.在關閉模式下，功耗僅為0.5LW.由于具有低功耗和高速等特性，被廣泛應用在電池供電的小型手持設備上。

ADS7843與LPC2148的連結關系如圖3所示。ADS7843工作電壓+3.3V,轉換器的模擬輸入（X+、Y+、X-、Y-）是一個4通道多路器；DCLK（第4引腳）是外部時鐘輸入引腳；CS（第3引腳）是片選輸入端，低電平有效；DIN（第2引腳）是串行輸入，控制數(shù)據通過該引腳輸入；DOUT第16引腳）是串行數(shù)據輸出，用于輸出轉換后的觸摸位置數(shù)據，最大數(shù)為二進制的4095;PENIRQ（第15引腳）是PEN中斷，用于觸摸顯示屏后引發(fā)一個中斷。

2.2微處理器控制電路

原理如圖3所示。

圖3微處理器控制電路原理圖

（1）LPC2148微處理器

ARM處理器占有市場份額高，具有性能高、成本低、能耗省等特點。圖3中LPC2148（U3）是PHILIPS半導體公司推出的一個基于ARM7TDMI-S核、支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32位嵌入式ARM7微處制器。該處理器內置了寬范圍的串行通信接口、14通道10位ADC、1通道10位DAC、45個高速GPIO線以及多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳。處理器集成有40kB的片內SRAM、512kB嵌入的高速Flash存儲器，128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，為通信網關、協(xié)議轉換器、軟件modem、語音識別、低端成像等應用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強大的處理功能，適合于彩色液晶的圖片處理和數(shù)據存儲。

（2）復位和晶振電路

LPC2148第57腳為復位信號輸入端，采用低電平復位，由C3、R9、R10、K1構成的復位電路為系統(tǒng)提供上電復位和強制復位功能，K1為系統(tǒng)強制復位按鍵。晶振電路由X1（12MHz）、C7、C8構成，支持微控制器芯片內部PLL及ISP功能；X2（321768KHz）、C9、C10為RTC（實時時鐘）提供基準時鐘。