基于LPC2210的觸摸屏觸摸點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：提出了基于ARM7系列LPC2210微控制器和嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS—II來實(shí)現(xiàn)觸摸屏觸摸點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并完成了微控制器與上位機(jī)之間的物理層電路轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了基于LIN總線的數(shù)據(jù)通信，能夠在上位機(jī)得到觸摸點(diǎn)的精確坐標(biāo)以及控制菜單信息，并且準(zhǔn)確可靠、傳輸速率高。
關(guān)鍵詞：LPC2210；μC／OS-Ⅱ；觸摸屏；LIN總線

引言
嵌入式系統(tǒng)實(shí)際上是“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的簡稱，是相對于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言的，根據(jù)應(yīng)用的要求，將操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中，以應(yīng)用為中心，計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的一體化。其適用于對功能、可靠性、成本、體積和功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
觸摸屏又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種附加在顯示器表面的透明介質(zhì)。觸摸屏作為一種新的輸入設(shè)備，是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。通過使用者的手指觸摸，該介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)的操作定位，大大簡化了計(jì)算機(jī)的輸入方式，實(shí)現(xiàn)零距離操作。而在觸摸屏的使用中，對觸摸點(diǎn)的精確定位至關(guān)重要，本文提出了一種觸摸屏的坐標(biāo)算法，該算法具有良好的可移植性和擴(kuò)展性。

1 研究背景
觸摸技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在歐美和日本已經(jīng)有近20年的發(fā)展歷史。而在技術(shù)發(fā)展上，歐美的觸摸屏以電容式、表面聲波式及5線電阻式為發(fā)展方向，產(chǎn)品以大尺寸居多。日本觸摸技術(shù)以4線電阻式為主要發(fā)展方向，產(chǎn)品以中小尺寸為主，而中國臺灣也以4線電阻式居多。
目前，觸摸技術(shù)大量應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中，結(jié)合了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)以及電子技術(shù)，形成嵌入式高端產(chǎn)品。其以體積小、功耗低、處理能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在通信、網(wǎng)絡(luò)、工控、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。嵌入式系統(tǒng)經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，已經(jīng)從普通的低端應(yīng)用進(jìn)入到一個高、低端并行發(fā)展，且不斷提升低端應(yīng)用的時代，觸摸技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)既有很強(qiáng)的應(yīng)用價值和市場前景，又有很重要的實(shí)際意義。

2 設(shè)計(jì)方法
2．1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用Philipa公司的LPC2210作為CPU，由于其片內(nèi)無程序存儲器，所以需要外擴(kuò)Flash，還可以擴(kuò)展靜態(tài)RAM。LPC2210最小系統(tǒng)需要2組電源、復(fù)位電路、晶振電路和程序存儲器等，觸摸屏接口芯片采用ADS7843作為設(shè)備控制器，整個系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對觸摸屏觸摸點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2．1．1 LPC2210芯片簡介
LPC2210是基于支持實(shí)時仿真和嵌入式跟蹤的16／32位ARM7核的微控制器，對代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式，可將代碼規(guī)模降低超過30％，而性能的損失卻很小。
LPC2210采用144引腳封裝，通過配置總線，最多可提供76個GPIO。其擁有極低的功耗、多個32位定時器、8路10位ADC、PWM輸出，以及多達(dá)9個外部中斷。它們特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和POS機(jī)等，又由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，非常適合于通信網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟Modem以及其他各種類型的應(yīng)用。
2．1．2 ADS7843芯片簡介
ADS7843是一種專門對觸摸屏輸入設(shè)備進(jìn)行控制的芯片，其主要完成兩件事：一是完成電極電壓的切換，二是采集接觸點(diǎn)處的電壓值。
ADS7843是一款連續(xù)近似記錄(SAR)的A／D轉(zhuǎn)換器，具有同步串行接口，內(nèi)置12位模／數(shù)轉(zhuǎn)換、低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)，根據(jù)微控制器發(fā)來的不同測量命令使相應(yīng)的模擬開關(guān)導(dǎo)通，向觸摸屏電極對提供電壓，并把觸摸點(diǎn)位置的電壓引入A／D轉(zhuǎn)換器，以其低功耗和高速率等特性被廣泛應(yīng)用。
2．2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
觸摸屏的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由兩個部分組成：觸摸屏的控制和數(shù)據(jù)的傳輸。
觸摸屏的控制是通過微控制器進(jìn)行異步數(shù)據(jù)傳送，向ADS7843發(fā)送控制字來讀取ADS7843的A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果，微控制器完成一次觸摸屏數(shù)據(jù)采集，兩者之間需要進(jìn)行3次通信。微控制器讀取到A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。為了得到坐標(biāo)值，可以通過串
口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行顯示。數(shù)據(jù)經(jīng)過串口進(jìn)行傳輸?shù)姆椒ê芏?，從成本的角度考慮，選擇LIN總線來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，結(jié)構(gòu)簡單、且容易實(shí)現(xiàn)。硬件電路如圖2所示。