基于PIC32MX的液晶觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)
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PIC32MX是Microchip公司推出的新型32位高性能系列單片機(jī)。采用改進(jìn)的哈佛架構(gòu)、C編譯器優(yōu)化的指令集、流水線取指令方式，具有實(shí)用、指令集小、體積小、功耗低、速度高、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。除了本文主要介紹的8位／16位并行控制接口模塊和10／12位的A／D轉(zhuǎn)換器(500 Ksps)外，還提供了CAN、UART、SPI、I2C等豐富的外圍接口，可以方便地與其他設(shè)備進(jìn)行通信。彩色液晶觸摸屏不僅可以顯示字符、數(shù)字、圖形、曲線及漢字，還具有觸摸功能，用途十分廣泛。
工業(yè)上用32位單片機(jī)PIC32MX460F512L來(lái)控制帶觸摸屏的液晶顯示器是一種理想的方案。本文使用PIC32MX460F512L的并行接口模塊，按照8080時(shí)序驅(qū)動(dòng)所羅門公司的SSD1926芯片，實(shí)現(xiàn)了5．7 in TFT彩色液晶觸模屏的觸摸和顯示功能。該方案在噴水織機(jī)控制應(yīng)用中，已經(jīng)整體實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)輸入／輸出、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理及傳輸?shù)纫幌盗猩衔粰C(jī)功能，而且用戶界面友好。
1 PIC32MX與SSD1926的接口電路
SSD1926是一款中小規(guī)模的顯示控制芯片。采用128引腳LQFP封裝，256 KB靜態(tài)存儲(chǔ)空間和2D圖像引擎，可以支持單色和彩色LCD；32位內(nèi)部數(shù)據(jù)通道，可以提供高帶寬的顯示內(nèi)存，以實(shí)現(xiàn)快速的屏幕刷新；擁有MMC／SD接口，可以與SD卡等外部存儲(chǔ)器件方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；采用單電源供電和單時(shí)鐘輸入，具有很短的CPU訪問延遲時(shí)間，可以支持無(wú)READY／WAIT信號(hào)的微處理器。這些特點(diǎn)能夠極大地簡(jiǎn)化外圍電路的設(shè)計(jì)。同時(shí)，SSD1926還具有強(qiáng)大的總線兼容性，可與多種類型的MCU連接，除了支持SRAM接口與ARM系列連接、ISA接口與NEC系列連接外，還支持8／16位8080時(shí)序間接尋址方式，能夠方便地與各種具有并口的MCU連接。本文使用：PIC32MX460F512L的8位／16位并行控制接口模塊與SSD1926接口。硬件接口框圖如圖1所示。
CS為片選信號(hào)，RS為地址與數(shù)據(jù)選擇信號(hào)，RESET為復(fù)位信號(hào)，都可以由通用I／O口進(jìn)行控制，分別用RC1、RC2和RC3與其連接。數(shù)據(jù)總線DB[15：0]與并行控制接口模塊中的PMD[15：0]引腳分別對(duì)接。WR和RD為讀寫信號(hào)，由并行控制接口模塊中的PMWR和PMRD引腳分別控制。SSD1926對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后，再通過與LCD的接口驅(qū)動(dòng)TFT彩色液晶屏進(jìn)行顯示。
2 觸摸功能的軟硬件設(shè)計(jì)
電阻式觸摸屏處于與外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，可以用任何物體來(lái)觸摸，可以寫字畫圖，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域中。觸摸屏工作時(shí)，上下導(dǎo)體層可以看作電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)某一層電極加上電壓時(shí)，會(huì)在該電阻網(wǎng)絡(luò)上形成電壓梯度。若外力使得上下兩層電極在某一點(diǎn)相接觸，則在電極未施加電壓的另一層可以檢測(cè)出接觸點(diǎn)的電壓，從而換算出接觸點(diǎn)的坐標(biāo)值。本文選用4線電阻式觸摸屏，其電阻網(wǎng)絡(luò)工作原理如圖2所示。
系統(tǒng)工作時(shí)，首先把AN11／RB11、AN4／RB4復(fù)用引腳設(shè)置為I／O引腳。RB11輸出高電平(+3．3 V)，RB4引腳輸出低電平(0 V)，在頂層的電極X+、X-上即產(chǎn)生了3．3 V的電壓。當(dāng)有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸時(shí)，在底層Y+、Y-引腳上就會(huì)輸出接觸點(diǎn)處的電壓。此時(shí)，AN10／RB10、AN5／RB5設(shè)置為A／D輸入通道。采樣此引腳上的電壓信號(hào)，即可得到Y(jié)+、Y-引腳上的電壓值，根據(jù)下式可以計(jì)算出X坐標(biāo)：
觸點(diǎn)X坐標(biāo)=X軸分辨率×X相電壓采樣值／1 024
本文為10位精度A／D采樣，3．3 V輸入時(shí)對(duì)應(yīng)的采樣值即為1 024。然后，改變4個(gè)引腳的輸出定義，將A／D輸入引腳RB10設(shè)置為I／O引腳輸出高電平，RB5設(shè)置為I／O引腳輸出低電平，將3．3 V電壓切換到底層電極Y+、Y-上，設(shè)置AN11和AN4為A／D輸入引腳。對(duì)X+、X-引腳進(jìn)行A／D采樣，測(cè)量得到接觸點(diǎn)處的Y相電壓，根據(jù)下式可以計(jì)算出Y坐標(biāo)：
觸點(diǎn)Y坐標(biāo)=y軸分辨率×y相電壓采樣值／1 024
在工業(yè)應(yīng)用中，由于A／D采樣信號(hào)為模擬量輸入，很容易受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的電磁干擾。除了在硬件上設(shè)計(jì)濾波電路等抗干擾措施外，還需要在軟件中設(shè)計(jì)抗干擾算法，具體軟件流程如圖3所示。通過采樣兩次輸入進(jìn)行比較的方法，能夠有效地減少由A／D采樣模擬信號(hào)源帶來(lái)的干擾。根據(jù)采樣得到的X、Y坐標(biāo)值，能夠準(zhǔn)確地知道觸摸屏上接觸點(diǎn)的位置，再根據(jù)X、Y坐標(biāo)的歷史值，還能夠分析出接觸點(diǎn)的狀態(tài)是接觸、移動(dòng)，還是放開等狀態(tài)。
3 顯示觸摸功能的綜合實(shí)現(xiàn)
PIC32MX系列的并行控制接口模塊功能非常強(qiáng)大，只需要對(duì)其寄存器進(jìn)行正確的初始化配置，即可自動(dòng)適應(yīng)各種并行接口的時(shí)序要求。當(dāng)需要進(jìn)行讀寫指令切換時(shí)，只需要改變讀寫狀態(tài)寄存器的值，芯片就會(huì)根據(jù)初始化配置時(shí)設(shè)置的值自動(dòng)產(chǎn)生時(shí)序電平。在進(jìn)行寫操作時(shí)，芯片也會(huì)根據(jù)設(shè)置的值，自動(dòng)使數(shù)據(jù)信號(hào)達(dá)到所要求的建立電平和保持電平的時(shí)間。SSD1926相對(duì)應(yīng)的寄存器配置如下：
并行接口數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序如圖4所示。
評(píng)論