基于嵌入式微处理器S3C44BOX的触摸屏接口设计

　　1  引言

　　触摸屏越来越广泛地应用于嵌入式系统中。

　　不同的应用领域触摸屏的设计方式也各不相同，一般有以下三种： ①应用触摸屏模块。触摸屏模块提供标准的硬件接口与应用系统（一般为PC 或X86架构的工控机） 相连，安装驱动程序后即可工作，基本无需开发； ②扩展触摸屏控制器。这是嵌入式系统中设计触摸屏普遍使用的方法。常用的触摸屏控制芯片有ADS7843 ,ADS7846 等。这些芯片内部集成了A/ D 转换器和触摸屏的驱动电路，同时要设计一定的软件； ③与前面方式②相仿，有些处理器集成了A/ D 转换器，通过I/ O 口模拟触摸屏的驱动信号也可实现触摸屏的控制。

　　随着芯片技术的发展，处理器内部的资源越来越丰富。如韩国三星半导体公司的32 位ARM处理器S3C44B0X 芯片，其内部集成了外部存储器控制器、LCD 控制器、4 个DMA 通道、2 通道异步UART 单元、1 个同步串行口（SIO） , 1 个多主I2C总线控制器、1 个I2S 总线控制器， 5 通道PWM 定时器及1 个内部定时器、71 个通用I/ O口、8 个外部中断源、实时时钟、8 通道10 位ADC等。由于其内部集成了10 位的A/ D 转换器，可以通过S3C44BOX 的I/ O 口模拟触摸屏的驱动信号实现触摸屏的控制。

　　2  触摸屏工作原理

　　电阻式触摸屏是一块4 层的透明的复合薄膜屏，如图1 所示，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层，最上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层，中间是两层金属导电层，分别在基层之上和塑料层内表面，在两导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开。当手指触摸屏幕时，平常绝缘的两层导电层在触摸点位置就有了一个接触，触摸屏的两个金属导电层是触摸屏的两个工作面，在每个工作面的两端各涂有一条银胶，成为该工作面的一对电极，若在一个工作面的电极对上施加电压，则在该工作面上就会形成均匀连续的平行电压分布。如图2 所示，每个工作面有两个电极对，当在X 方向的电极对上施加一确定的电压，而Y 方向电极对上不加电压时，在X 平行电压场中，触点处的电压值可以在Y +（或Y2） 电极上反映出来，通过测量Y + 电极对地的电压大小，便可得知触点的X 坐标值。同理，当在Y电极对上加电压，而X 电极对上不加电压时，通过测量X + 电极的电压，便可得知触点的Y坐标。

图1  触摸屏的触摸示意图

图2  测量关系[page]

    3  S3C44BOX与触摸屏的接口电路

　　在该系统中没有使用专用的控制器，简而代之的是用了四个三极管（两个NPN 和两个PNP） ,外加一些偏流电阻、上拉电阻和滤波电容组成，如图3 所示，其中：TS_A ,TS_B ,TS_C和TS_D 分别由S3C44B0X 的GPC0 , GPC1 , GPC2 和GPC3 控制。X+ 和Y+ 分别连接到S3C44B0X的A/ D 转换输入接口AIN0 和AIN1 上。TS_A 和TS_C在X方向施加正向电压时，在Y方向检测到X坐标的对应值，同理，TS_B 和TS_D 在Y方向施加正向电压时，在X方向检测到Y坐标的对应值，分别由AIN0 和AIN1 采集。

图3  触摸屏的接口电路

　　为了减少系统功耗和触摸屏所占CPU 资源，只在有落笔时触摸屏控制器才启动扫描，通过A/D 转换得到坐标的对应值，因此需在外部设计落笔检测电路，如图4 所示。中断连在EXTINT2上，设置中断为上升沿触发，平时为低， 按下屏时变高产生中断。

图4  落笔检测电路[page]

　　4  触摸屏的状态

　　在编写软件前， 要先对触摸屏的状态有所了解，在触摸屏的整个工作过程中，总共有3 个状态：空闲态、X 通道态和Y通道态。

　　在没有触摸的时候，触摸屏处于空闲态，此时，为了便于接收中断，应设置TS_A = 1 ,TS_B =1 ,TS_C = 0 和TS_D = 1.为了获得触点的X轴坐标，需要把触摸屏设置成X通道态，即TS_A= 0 ,TS_B = 1 ,TS_C = 1 和TS_D = 0.此时，通过测量Y + （AIN1） 获取X 通道上的坐标。

　　同理，为了获得触点的Y轴坐标，需要把触摸屏设置成Y通道态，即TS_A = 1 ,TS_B = 0 ,TS_C= 0 和TS_D = 1.此时，通过测量X+ （AIN0） 获取Y通道上的坐标。

    5  系统的软件设计

　　整个系统软件包括触摸屏初始化、落笔中断服务程序，AD 测量子程序、滤波程序和坐标转换程序。当有触摸时， EXTINT2 变为高电平，产生中断。由S3C44B0X 响应该中断请求，进入落笔中断服务程序，在该程序中，启动AD 测量子程序，读取AD 转换结果，从而得到触点的坐标。整个过程，触摸屏在空闲态，X 通道态和Y 通道态之间转换，如图5 所示。

图5  触摸屏的状态转换

　　系统软件中，初始化程序、滤波程序和坐标转换程序是一般常规通用程序。AD 测量子程序是获得X 轴和Y轴坐标的关键部分，其程序如下：

　　/ / 获取当前的坐标

　　void TouchADC（uint16 3 x , uint16 3 y）

　　{

　　int i ;

　　rADCPSR = 10 ;

　　/ / 切换为X 通道态准备A/ D 转换

　　Set TouchX（） ;

　　Delay（1000） ;

　　{

　　/ / 启动AIN1 通道A/ D 转换

　　rADCCON = 0x1 | （1 < < 2） ;

　　while （rADCCON & 0x1） ;

　　while （ ! （rADCCON & 0x40） ） ;

　　for （i = 0 ; i < rADCPSR ; i + + ） ;

　　3 x = rADCDAT ;

　　}

　　rADCPSR = 10 ;

　　/ / 切换为Y通道模式准备A/ D 转换

　　Set TouchY（） ;

　　/ / 在X/ Y通道切换时要延时以使触摸屏稳定下来

　　Delay（1000） ;

　　{

　　/ / 启动AIN0 通道A/ D 转换

　　rADCCON = 0x1| （0 < < 2） ;

　　while （rADCCON & 0x1） ;

　　while （ ! （rADCCON & 0x40） ） ;

　　for （i = 0 ; i < rADCPSR ; i + + ） ;

　　3 y = rADCDAT ;

　　}

　　/ / 切换为空闲态，等待中断发生

　　Set TouchIdle（） ;

　　/ / 输出显示X ,Y坐标数值

　　Out Put （0 ,″（X ,Y） = （ %3d , %3d） \\ n″， 3 x , 3 y） ;

　　}

　　6  结语

　　触摸屏已成为现代嵌入式设备人机交互的首选输入设备。本文详细介绍了触摸屏的工作原理，以三星公司ARM7 内核芯片S3C44B0X 为基础，完成了触摸屏的软硬件设计，实践证明系统稳定可靠，满足了在复杂的多任务环境中触摸屏快速响应的要求。

参考文献:

[1]. PC  datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/PC+_2043275.html.
[2]. S3C44B0X  datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/S3C44B0X+_589522.html.
[3]. SIO datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/SIO_2032367.html.