觸摸式車載影音系統的設計與研究

楊保亮，張旭東

（1.重慶文理學院 電子電氣工程學院，重慶 402160；2.浙江博聲電子有限公司，浙江 寧波 315000）

觸摸式車載影音系統的設計與研究

楊保亮1，張旭東2

（1.重慶文理學院 電子電氣工程學院，重慶 402160；2.浙江博聲電子有限公司，浙江 寧波 315000）

介紹了一種新型的嵌入式車載影音系統的結構組成。從車載影音系統的硬件及軟件設計出發，介紹了觸摸屏模塊、AM/FM模塊和前面板模塊的設計。最后介紹了軟件系統的消息處理機制的實現原理并給出了主程序流程圖。

車載影音；觸摸屏；AM/FM；消息處理機制

隨著社會的進步和科技的發展，特別是21世紀信息時代的到來和我國汽車行業的興起，與之相關的汽車多媒體技術也蓬勃發展起來了，人們對汽車音響需求與日俱增，簡單的、功能單一的低端音響不能滿足人們的需求，研發一種清晰度更好、聽覺視聽效果更好、集各種功能于一體的車載影音系統迫在眉睫，因此本文介紹一種觸摸式的具有Radio、IRDA、MP3、AM/FM、CD、DVD等功能的汽車影音系統的軟硬件的設計方法，目前該產品已投入市場且取得了很好的效益。

1 系統結構圖

本文介紹的汽車影音系統的結構框圖如圖1所示，主要由DVD伺服系統、AM/FM收音機模塊、前面板模塊、紅外遙控模塊、觸摸顯示屏、U盤和SD卡接口模塊、音視頻控制和功放電路模塊等組成，其中前面板主要是播放功能鍵和各種模式的切換功能鍵等，U盤和SD卡接口模塊主要用來播放U盤和SD卡中音視頻，DVD伺服系統主要完成DVD機芯的伺服控制，同時完成各種音視頻解碼、編碼等。

圖1 系統的結構框圖

2 硬件電路的設計

根據汽車影音系統的控制功能，結合外圍模塊的工作器件和接口原理，在軟硬件的設計中，采用高集成度、低耦合度的結構化的設計方法，力爭硬件結構模塊化、軟件通用化、控制可靠、軟硬件協調工作。同時考慮到生產成本問題，選擇性價比高的器件，特別是合適的主控MCU，既要滿足系統軟件和硬件性能要求，又要降低成本。

2.1 微控制器的選擇

主控MCU的主要功能是協調各個功能模塊按著一定的時序有條不紊地工作，其中包括收音機鎖相環的控制、LCD顯示、按鍵的處理、音視頻的控制和切換、DVD伺服系統的通信等。鑒于MCU在處理速度、外部資源和價格等方面的考慮，MCU要具有豐富的I/O資源、串行數據的通信能力、較多的中端源、實時的處理能力、較低的價格，所以選擇了ST公司的ST72F321。ST72F321是在工業控制領域具有廣泛應用的ST7系列產品中的一員，ST7系列產品內嵌工業中標準的8位微控制器核，具備增強型指令系統，提供Flash和ROM版本，在軟件的控制下有四種控制方式。ST72F321單片機片內能提供較多的軟硬件資源，片內具有60 KB高容量閃存程序存儲器，2 KB的RAM。ST72F321的中斷管理有14個中斷向量加TRAP和 RESET，還有 15個外部中斷輸入（占用4個向量）。ST72F321單片機有48個多功能雙向I/O腳、5個定時器、16個輸入通道的10位A/D。此外ST72F321提供了 3種通信接口：SCI、SPI、I2C總線接口，可以方便地實現數據通信。

2.2 觸摸屏的設計

觸摸技術以其直觀、操作簡單等優點，得到廣泛應用。本系統就是采用觸摸技術實現人機交互的。

ADS7846是BB公司生產的一種四線制觸摸屏控制器，廣泛應用在電阻式觸摸屏系統中，ADS7846的核心是一個具有采樣和保持功能的12位逐次逼近式A/D轉換器，其轉換速率可達 125 kHz，且分辨率可編程為8位或12位。該器件不僅具有X、Y坐標測量功能，還具有電池電壓、芯片溫度、觸摸壓力和外模擬量4種測量功能，其工作方式可由控制字決定，片內的6選1模擬多路開關可根據微控制器送來的命令字來選擇6個電壓量之一（X+、Y+、Y-、VBAT、TEMP、AUXIN），并將其送入A/D轉換器轉換，再通過SPI接口將轉換值送入微控制器。此外，ADS7846還集成有觸摸識別電路，當檢測到有觸摸時，該電路會在PENIRQ（筆中斷）引腳輸出一個低電平信號，并以該信號向微控制器提出測量觸點坐標的中斷請求。該芯片采用單電源供電，工作電壓為2.2～5.25 V，且內部自帶+2.5 V的參考電壓。ST72F321和ADS7846觸摸屏控制器的觸摸系統硬件接口電路如圖2所示， 其中 TX+、TX-、TY+、TY-為位置輸入端，分別對應四線制電阻式觸摸屏的四線制接口，BUSY為忙信號指示，ADSCS為片選輸入，DIN和DOUT為串行數據的輸入和輸出，DCL為外部時鐘輸入引腳，PENIRQ為筆中斷引腳，工作時應通過10～100 kΩ的電阻上拉，當有出發事件發生時，可以向控制器發出中斷請 求 ，所 以 在 本 系 統 中 ADSCS、DCLK、DIN、BUSY、DOUT、PENIRQ 分 別 接 ST72F321 單 片 機 的 PE3、PB6、PB7、PE5、PE2、PB4。 另外，IN3、IN4 為兩個附屬 A/D 輸入通道，本系統沒有用到，使用時可將其接地。

2.3 收音機的設計

本系統的收音機部分采用了數字PLL芯片控制高頻頭專用模塊的形式來完成數字調諧功能，其中數字PLL芯片采用日本東芝公司的TC9257，高頻頭采用LA1787。數字PLL芯片的主要功能為PLL頻率合成系統中的參考分頻器、可編程分頻器和相位比較器等。ST72F321單片機發出控制命令后，經過PLL芯片處理，從芯片的相位比較器輸出端輸出參考頻率和可編程計數器分頻信號之間的相位差，通過外圍的低通濾波電路控制LA1787產生相應的本振信號，其中TC9257的接口電路如圖3所示。

2.4 前面板控制電路

圖4 前面板的電路圖

前面板的電路主要是處理用戶的輸入命令以實現用戶的操作，為了節約主控芯片的I/O資源，不是采用矩陣模式的鍵盤，而是采用A/D按鍵，因為ST72F321提供了兩通道的A/D轉換器，結合車載音響的常用功能按鍵，其實現電路如圖4所示。其中主程序定時檢測KEY0、KEY1的電壓，通過A/D轉換器獲取電壓值，然后查表得到按鍵值發送到消息隊列中，讓主程序處理，其中電路串聯的電阻值不相同，是為了實現按鍵按下后電壓值可以均勻分布。

3 系統的軟件設計

在汽車影音系統設計中，不僅要實現系統的各個功能和各種指標，而且要考慮軟件的可維護性和擴展性，所以采用了結構化編程思路，將各個功能模塊劃分為相互獨立的模塊。本系統主要包括主程序和電源管理、消息處理、模式控制、解碼DVD、收音機處理、UI處理、DVD通信、音量控制等子程序。下面主要介紹主程序和觸摸屏子程序的設計。

3.1 主程序的設計

汽車影音系統的主程序流程圖如圖5所示，輸入主要包括按鍵和觸摸屏幕，遙控器數據、DVD狀態，輸出部分為LCD、輸出DVD命令等。為了本系統軟件設計滿足系統各種性能指標和實時性的要求，同時使程序更易維護和擴展，主程序采用了基于消息驅動的編程方法。

基于消息驅動的編程方法，即通過在中斷服務程序中，向主程序的消息隊列添加相應的消息，將中斷服務程序中的數據處理部分分離出來。在主程序中，通過讀取消息隊列的消息，根據相應的處理函數進行處理，然后銷毀執行完成的消息。

3.2 觸摸屏程序的設計

ADS7846可通過片內模擬多路開關的切換，將X+/Y+端接VCC，將X-/Y-端接地，并將X+/Y+和X-/Y-以差分形式接到A/D轉換器的輸入端。這樣，當點擊觸摸屏的不同位置時，輸入到A/D轉換器中的電壓就不相同，再經A/D轉換后，就可得到觸點的輸出值，該輸出值與觸點的位置成近似線性關系。ADS7846與ST72F321之間通過標準的SPI接口相連，并由ST72F321啟動三次SPI傳送來完成轉換。第一次SPI傳送由ST72F3211向ADS7846發送控制字，含起始位、通道選擇、8/12位模式選擇、差分／單端選擇和掉電模式選擇；后兩次SPI傳送則是ST72F321讀取A/D轉換后的結果數據，至此便完成了ADS7846和ST72F321之間的一次通信。其中觸摸屏軟件設計的流程如圖6所示。

本文的設計方案設計的產品經過測試取得良好的效果，現在該產品已經投入生產，取得良好的經濟效益。該系統的硬件電路可靠、穩定，抗干擾能力強，軟件的設計實時性很強，而且軟件具有模塊化、集成化、通用化的特點，易于維護和升級，同時該系統成本低，對設備的要求低，易于生產。

[1]鄭旭琴，程恩.基于 SPCE061A的車載DVD播放器設計與實現[J]，微計算機信息，2005，21（10-2）：150-152.

[2]鄧亞平，賈顥.基于 C8051F021和 ADS7846的觸摸屏系統設計[J].電子元器件應用，2009，11（8）：31-32.

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[5]TOSHIBA.TC9257P/F DATASHEET.1998.

[6]ST.ST7 Program Manual Datasheet.2005.

The design and research of touch car video and audio system

Yang Baoliang1，Zhang Xudong2

（1.Chongqing University of Arts and Sciemces，Chongqing 402160，China；2.Zhejiang Bosen Electronic Corp，Ningbo 315000，China）

A new form of embedded car video and audio systems is introduced.Both hardware and software are discussed and the design of hardware and software and the touch screen module design，AM/FM module design，the design of the module key board are detailed given in this paper，Finally，the paper analyzed the whole system of information processing mechanism of realization of principles and explained the main program block diagram.

car video and audio；touch screen；AM/FM；message handling mechanism

TP202

B

1674-7720（2011）01-0086-04

2010-08-12）

楊保亮，男，1979年生，碩士研究生，主要研究方向：測控技術，嵌入系統開發和應用。

張旭東，男，1983年生，工程師，主要研究方向：音視頻信息處理。