基于嵌入式微處理器S3C44BOX的觸摸屏接口設(shè)計(jì)

摘 要： 介紹了觸摸屏工作的基本原理，設(shè)計(jì)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(jī)制，在此基礎(chǔ)上給出了其核心部分程序。

1 引言

觸摸屏越來越廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。

不同的應(yīng)用領(lǐng)域觸摸屏的設(shè)計(jì)方式也各不相同，一般有以下三種： ①應(yīng)用觸摸屏模塊。觸摸屏模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口與應(yīng)用系統(tǒng)（一般為PC 或X86架構(gòu)的工控機(jī)） 相連，安裝驅(qū)動程序后即可工作，基本無需開發(fā)； ②擴(kuò)展觸摸屏控制器。這是嵌入式系統(tǒng)中設(shè)計(jì)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(nèi)部集成了A/ D 轉(zhuǎn)換器和觸摸屏的驅(qū)動電路，同時(shí)要設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換器，通過I/ O 口模擬觸摸屏的驅(qū)動信號也可實(shí)現(xiàn)觸摸屏的控制。

隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，處理器內(nèi)部的資源越來越豐富。如韓國三星半導(dǎo)體公司的32 位ARM處理器S3C44B0X 芯片，其內(nèi)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總線控制器、1 個(gè)I2S 總線控制器， 5 通道PWM 定時(shí)器及1 個(gè)內(nèi)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(nèi)部集成了10 位的A/ D 轉(zhuǎn)換器，可以通過S3C44BOX 的I/ O 口模擬觸摸屏的驅(qū)動信號實(shí)現(xiàn)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(fù)合薄膜屏，如圖1 所示，最下面是玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成的基層，最上面是一層外表面經(jīng)過硬化處理從而光滑防刮的塑料層，中間是兩層金屬導(dǎo)電層，分別在基層之上和塑料層內(nèi)表面，在兩導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)把它們隔開。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，平常絕緣的兩層導(dǎo)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(dǎo)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形成均勻連續(xù)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(dāng)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 平行電壓場中，觸點(diǎn)處的電壓值可以在Y +（或Y2） 電極上反映出來，通過測量Y + 電極對地的電壓大小，便可得知觸點(diǎn)的X 坐標(biāo)值。同理，當(dāng)在Y電極對上加電壓，而X 電極對上不加電壓時(shí)，通過測量X + 電極的電壓，便可得知觸點(diǎn)的Y坐標(biāo)。

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(tǒng)中沒有使用專用的控制器，簡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(zhuǎn)換輸入接口AIN0 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(biāo)的對應(yīng)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(jié)坐標(biāo)的對應(yīng)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(tǒng)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掃描，通過A/D 轉(zhuǎn)換得到坐標(biāo)的對應(yīng)值，因此需在外部設(shè)計(jì)落筆檢測電路，如圖4 所示。中斷連在EXTINT2上，設(shè)置中斷為上升沿觸發(fā)，平時(shí)為低， 按下屏?xí)r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(yīng)設(shè)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(biāo)，需要把觸摸屏設(shè)置成X通道態(tài)，即TS_A= 0 ,TS_B = 1 ,TS_C = 1 和TS_D = 0.此時(shí)，通過測量Y + （AIN1） 獲取X 通道上的坐標(biāo)。

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

5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)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(biāo)轉(zhuǎn)換程序。當(dāng)有觸摸時(shí)， EXTINT2 變?yōu)楦唠娖?，產(chǎn)生中斷。由S3C44B0X 響應(yīng)該中斷請求，進(jìn)入落筆中斷服務(wù)程序，在該程序中，啟動AD 測量子程序，讀取AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果，從而得到觸點(diǎn)的坐標(biāo)。整個(gè)過程，觸摸屏在空閑態(tài)，X 通道態(tài)和Y 通道態(tài)之間轉(zhuǎn)換，如圖5 所示。

linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）

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