嵌入式微處理器ARM7202觸摸屏接口設(shè)計(jì)

1 引言

嵌入式系統(tǒng)中觸摸屏越來越廣泛地應(yīng)用。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(dòng)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(dòng)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IO口模擬觸摸屏的驅(qū)動(dòng)信號(hào)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)部集成的資源越來越豐富，有些芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了觸摸屏控制器。如韓國(guó)現(xiàn)代半導(dǎo)體公司的32位ARM處理器ARM7202（HMS30C7202）芯片，其內(nèi)部集成了電阻式觸摸屏控制器。ARM7202集成了ARM7TDMI CPU核、存儲(chǔ)器管理單元(MMU)、8KB高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache),主頻達(dá)70MHz。是一高性能嵌入式處理器。除觸摸屏控制器外，其片內(nèi)還包含了其他豐富的資源，如LCD控制器、SDRAM控制器、中斷控制器、DMA 控制器等。ARM7202與觸摸屏的接口在軟/硬件設(shè)計(jì)上有些與前面三種不同的方面。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電阻觸摸屏原理

電阻觸摸屏是一多層的復(fù)合膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋有一層塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層透明的導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣，如圖1。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，控制器檢測(cè)到這個(gè)接觸后，其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場(chǎng)，另一導(dǎo)電層將接觸點(diǎn)的電壓引至控制器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到電壓值后與5V相比即可得觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)，如圖2。同理得出X軸的坐標(biāo)。這是所有電阻觸摸屏共同的基本原理。

圖1 觸摸屏結(jié)構(gòu)

圖2 Y方向坐標(biāo)檢測(cè)等效電路

2.2 ARM7202與觸摸屏的接口

ARM7202片上資源包含觸摸屏控制器，用于控制4線電阻式觸摸屏。在5路A/D轉(zhuǎn)換通道中A0和A1是用于觸摸屏坐標(biāo)采集的，同時(shí)芯片提供ATSXP、ATSXN、ATSYP和ATSYN四根掃描線分別對(duì)X方向和Y方向進(jìn)行掃描。ATSXP和ATSXN在X方向施加正向電壓時(shí)，在Y方向檢測(cè)到X坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)值；同理ATSYP和ATSYN在Y方向施加正向電壓時(shí)，在X方向檢測(cè)到Y(jié)坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)值，分別由A0和A1采集。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(dòng)掃描，通過A/D轉(zhuǎn)換得到坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)值，因此需在外部設(shè)計(jì)落筆檢測(cè)電路，如圖3所示。圖中IRLML6302和IRLML2402分別為PMOSFET和NMOSFET，作為開關(guān)管控制X方向和Y方向的掃描輸出。PB7接上拉電阻，檢測(cè)落筆中斷，當(dāng)有落筆時(shí)，PB7檢測(cè)到低電平，觸發(fā)中斷。PB6為中斷檢測(cè)電路的使能信號(hào)，當(dāng)PB6為高電平時(shí)，中斷有效，觸摸屏掃描無效；反之中斷無效，觸摸屏掃描有效。

圖3 觸摸屏外部電路

3 觸摸屏控制程序機(jī)制

不同的操作系統(tǒng)下對(duì)觸摸屏的應(yīng)用各有不同，但都包括了設(shè)備的初始化、設(shè)備讀寫及中斷響應(yīng)等基本模塊。觸摸屏的驅(qū)動(dòng)程序涉及到兩個(gè)中斷：落筆中斷和觸摸屏A/D轉(zhuǎn)換中斷。所包含的程序模塊有：觸摸屏初始化、落筆中斷服務(wù)程序、A/D中斷服務(wù)程序、濾波程序和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序。這里重點(diǎn)說明觸摸屏的兩個(gè)中斷。

觸摸屏初始化程序完成外部電路的中斷設(shè)置和采樣率的設(shè)置，并將觸摸屏的A/D中斷和A/D轉(zhuǎn)換器電源關(guān)閉，使外部電路中斷有效。

有落筆時(shí)，外部中斷被觸發(fā)，進(jìn)入落筆中斷服務(wù)程序。在落筆中斷服務(wù)程序中清中斷源，關(guān)外部中斷，使外部中斷電路無效，打開觸摸屏中斷和AD轉(zhuǎn)換器電源。此時(shí)觸摸屏電路開始掃描觸摸屏。觸摸屏A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，產(chǎn)生A/D中斷，進(jìn)入A/D中斷服務(wù)程序。在觸摸屏A/D中斷服務(wù)程序中，清A/D中斷，關(guān)觸摸屏A/D中斷，讀A/D轉(zhuǎn)換值。此時(shí)還要判斷落筆是否繼續(xù)，若無落筆，開外部電路中斷，使外部中斷電路有效，關(guān)A/D中斷和A/D轉(zhuǎn)換器電源，進(jìn)入節(jié)能模式，如圖4(a)；若還有落筆，要繼續(xù)開觸摸屏A/D中斷，使外部中斷電路無效，觸摸屏的A/D轉(zhuǎn)換繼續(xù)進(jìn)行，如圖4(b)所示。

圖4 觸摸屏程序流圖

由A/D轉(zhuǎn)換得到的值是觸摸屏上觸摸點(diǎn)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的值，要通過一定的方法轉(zhuǎn)換為顯示屏上的坐標(biāo)。在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，每次由A/D轉(zhuǎn)換寄存器得到4組轉(zhuǎn)換值，可以設(shè)計(jì)一個(gè)濾波程序以提高檢測(cè)精度。

4 程序設(shè)計(jì)

觸摸屏的應(yīng)用程序模塊有：觸摸屏初始化、落筆中斷服務(wù)程序、A/D中斷服務(wù)程序、濾波程序和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序。初始化程序、濾波程序和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序是一般常規(guī)通用程序。觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序其核心是落筆中斷和A/D轉(zhuǎn)換這兩個(gè)中斷服務(wù)程序，以下是在uc/OS操作系統(tǒng)下觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序的兩個(gè)中斷服務(wù)程序，其詳細(xì)說明見注釋。