單片機擴展觸摸屏人機接口的應(yīng)用實例

摘要：本文介紹了四線電阻式觸摸屏控制器BBADS7843與AVR

單片機Atmegal28的硬件連接和驅(qū)勸程序設(shè)計。

關(guān)鍵詞：觸摸屏；ADS7843

觸摸屏

如圖1，典型觸摸屏的工作部分一般由三部分組成：兩層透明的阻性導(dǎo)體層、兩層導(dǎo)體之間的隔離層、電極。阻性導(dǎo)體層選用阻性材料，如銦錫氧化物(ITO)涂在襯底上構(gòu)成，上層襯底用塑料，下層襯底用玻璃。隔離層為粘性絕緣液體材料，如聚脂薄膜。電極選用導(dǎo)電性能極好的材料(如銀粉墨)構(gòu)成，其導(dǎo)電性能大約為ITO的1000倍。

觸摸屏工作時，上下導(dǎo)體層相當(dāng)于電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)某一層電極加上電壓時，會在該網(wǎng)絡(luò)上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點接觸，則在電極未加電壓的另一層可以測得接觸點處的電壓，從而知道接觸點處的坐標。比如，在頂層的電極(X+，X-)上加上電壓，則在頂層導(dǎo)體層上形成電壓梯度，當(dāng)有外力使得上下兩層在某一點接觸，在底層就可以測得接觸點處的電壓，再根據(jù)該電壓與電極(X+)之間的距離關(guān)系，知道該處的X坐標。然后，將電壓切換到底層電極(Y+，Y-)上，并在頂層測量接觸點處的電壓，從而知道Y坐標。四線制電阻觸摸屏也是目前最常用的觸摸屏產(chǎn)品。本系統(tǒng)中選用AMT9502。

觸摸屏控制器硬件沒計

Alrnega128單片機是Atmel公司的8位RISC單片機，片內(nèi)有128Kflash、4K RAM、4KEEPROM、兩個可編程的USART、1個可工作在主機，從機的SPI串行接口。此外還有豐富的I／O接口，8通道10位分辨率ADC轉(zhuǎn)換器等硬件資源。

單片機最小系統(tǒng)設(shè)計如圖2所示。低電壓版本的Atmega 128支持3.3V、5V兩種供電電壓，本系統(tǒng)采用5V供電，便于供電電壓統(tǒng)一。晶振采用常規(guī)直插晶振7.373800M，選用標準晶振的目的主要是為了提高USART通訊波特率的準確性，使單片機能夠使用于比較高的通訊波特率。復(fù)位電路采用常規(guī)的RC復(fù)位，沒有使用特殊的復(fù)位器件，Atmega 128已經(jīng)內(nèi)置了看門狗，并且可以通過編程使看門狗在程序啟動前啟動，即上電后程序啟動前，看門狗已經(jīng)啟動，這樣系統(tǒng)的可靠性可以得到保證，看門狗最高分頻系數(shù)是2048K，最小分頻系統(tǒng)是16K。系統(tǒng)中PBO(SS)已經(jīng)直接接到+5V，這樣硬件配置了單片機為主機，下面所有外掛的均為從機，本系統(tǒng)外掛只有一個就是ADS7843。單片機和觸摸屏控制器連接如圖3所示，PBI(CLK)為SPI時鐘，PB2(MOSI)為SPI主機輸出從機輸入，PB3(MISO)SPI主機輸入從機輸出。這三根線為SPI總線。

ADS7843是TI公司的觸摸屏控制器芯片專門應(yīng)用于四線電阻式觸摸屏，最高達到125K的轉(zhuǎn)換率8位或者12位可編程精度。外部參考電壓范圍從1V到VCC均可，VCC最高電壓為5V，高速低功耗使得ADS7843非常適合于使用電阻觸摸屏的手持設(shè)備。寬溫度設(shè)計使得它很適用于大量的工業(yè)現(xiàn)場。

ADS7843連接觸摸屏的示意圖如圖4所示。

觸摸屏是一個四線電阻屏幕，可以示意出兩個電阻，鍘量x方向的時候，將X+，X-之間加上參考電壓Vref，Y-斷開，Y+作為A／D輸入，進行A／D轉(zhuǎn)換獲得x方向的電壓，同理測量Y方向的時候，將Y+，Y-之間加上參考電Vref，X-斷開，X+作為A／D輸入，進行A／D轉(zhuǎn)換獲得Y方向的電壓，之后再完成電壓與坐標的換算。整個過程類似一個電位器，觸摸不同的位置分得不同的電壓。

以上所需要的加參考電壓斷開A／D轉(zhuǎn)換等工作都是ADS7843直接完成的，只需要將相應(yīng)的命令傳輸?shù)紸DS7843即可，等待轉(zhuǎn)換周期完成，檢測到BUSY信號不再忙，即可以獲得相應(yīng)電壓的數(shù)據(jù)。

此外PENIRQ一般需要一個上拉電阻，因為ADS7843是一個OC門輸出結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)中直接使用Amaega 128內(nèi)部的上拉電阻。單片機中斷系統(tǒng)中將INTO分配給觸摸屏控制器，并且設(shè)定成低電平觸發(fā)，這樣可以檢測按鍵時間，可以用按鍵長短處理不同的功能。

觸摸屏控制器驅(qū)動程序

驅(qū)動程序的編寫與硬件的設(shè)計是直接相關(guān)，驅(qū)動程序是以上面所設(shè)計的硬件為基礎(chǔ)的。

根據(jù)ADS7843的Datasheet，ADS7843的控制字及數(shù)據(jù)傳輸格式如表1。其中S為數(shù)據(jù)傳輸起始標志位，該位必為“1”。A2－AO進行通道選擇。MODE用來選擇A／D轉(zhuǎn)換的精度，“1”選擇8位，“0”選擇12位。SER／選擇參考電壓的輸入模式。PDl、PD0選擇省電模式：“00”省電模式允許，在兩次A／D轉(zhuǎn)換之間掉電，且中斷允許；“01”同“00”，只是不允許中斷；“10”保留，“11”禁止省電模式。

為了完成一次電極電壓切換和A／D轉(zhuǎn)換，需要先通過串口往ADS7843發(fā)送控制字，轉(zhuǎn)換完成后再通過串口讀出電壓轉(zhuǎn)換值。標準的一次轉(zhuǎn)換需要24個時鐘周期。由于串口支持雙向同時進行傳送，并且在一次讀數(shù)與下一次發(fā)控制字之間可以重疊，所以轉(zhuǎn)換速率可以提高到每次16個時鐘周期。如果條件允許，CPU可以產(chǎn)生15個CLK的話(比如FPGA和ASIC)，轉(zhuǎn)換速率還可以提高到每次15個時鐘周期。

所以我們選擇控制字：

0x94——X+輸入得到Y(jié)AD值0xe4——Y+輸入得到XAD值

SPI初始化程序：

void spi_init(void)

{

SPCR=0x53；//setup SPI

SPSR=0x00；//setupSPI

}

SPI主機傳輸函數(shù)：

voidSPI_MasterTransmit(charcData)

{

SPDR=cData；/*啟動數(shù)據(jù)傳輸*/

while(!(SPSR(1<

結(jié)束*/

}

讀取ADS7843的模擬量值；

unsigned int Get Tbuch_Ad(Llllsigned char

channel)

{

unsignedintad_tem；

SPI_MasterTransmit(channel)；//發(fā)送控制字

if(PING0x08==0)；//判斷busy

delayms(1)；

SPLM_asterTransmit(0)；

delayms(1)；//等待發(fā)送完畢

ad_tem=SPDR；

ad_tem~d_tem<<8；

SPI_MasterTransmit(0)；//啟動spi傳送

delayms(1)；//等待發(fā)送完畢

ad_temI=SPDR；

ad_tem=ad tem>>4；

retum(ad_tem)；//返回的參數(shù)

不同的用戶還需根據(jù)自己設(shè)計的系統(tǒng)，做一個簡單的四點校正程序，這樣可以獲得一個精確度較高的觸摸屏坐標體系。

結(jié) 語

本系統(tǒng)已經(jīng)在國家重點建設(shè)項目揚州二電廠工程2×600MW發(fā)電機組的自動化設(shè)備中得到應(yīng)用，共使用了64套，運行一年以來使用情況良好。