基于C8051的嵌入式系統觸摸屏設計

常晨晨 張鋒 高穎

摘 要文章簡要介紹了觸摸屏的結構及工作原理，并以一個C8051為處理器、TI公司ADS7845為觸摸屏控制芯片的嵌入式系統為例，介紹觸摸屏在單片機系統中的典型應用電路，討論了觸摸屏控制芯片ADS7845的應用方法和技巧。

【關鍵詞】C8051 ADS7845 觸摸屏

1 引言

本文介紹基于C8051芯片的嵌入式系統觸摸屏設計，及應用較廣泛的TI公司ADS7845芯片的特點、原理以及實際使用方法。

2 硬件構成與工作原理

觸摸屏輸入系統由觸摸屏、觸摸屏控制器和微控制器三部分組成。圖1示出了1個基于C8051的嵌入式系統的觸摸屏輸入系統，在該系統中觸摸屏采用五線電阻式觸摸屏，觸摸屏控制器采用TI公司的ADS7845，微控制器為C8051芯片。

3 設計與實現

3.1 硬件實現

C8051F121是集成在一塊芯片上的混合信號系統級單片機，芯片上有32位數字I/O端口，與標準8051的端口（P0～3）相同。C8051F121和ADS7845通過標準的SPI接口相連。SPI接口是工業標準的同步串行接口，是一種全雙工，四線通信的系統，它允許C8051F121單片機與各種外圍設備以串行方式進行通信。在SPI接口中，數據的傳輸需要1個時鐘信號和兩條數據線。SPI可工作在主模式或從模式下。在主模式下，最大數據傳輸速率（位/秒）是系統時鐘頻率的1/2：而在從模式下，全雙工操作時的最大數據傳輸速率（位/秒）是系統時鐘頻率的1/10。ADS7845通過中斷請求向C8051F121表示有觸摸發生，ADS7845只能作為SPI的從設備，各信號的時序是完全固定的，因此需要配置C8051F121的SPI接口信號時序使之完全符合ADS7845的時序。

原理框圖如圖2所示。

3.2 主要芯片介紹

觸摸屏控制芯片主要完成兩個工作：一是完成電極電壓的切換：二是采集接觸點處的電壓值（即A/D轉換）。ADS7845是Tl公司專為四線電阻式觸摸屏設計的專用接口芯片，它可以方便地與單片機接口，對轉換信號進行處理和計算。它是一個具有可編程的8位或12位分辨率的逐次逼近型A/D轉換器，帶有一個同步串行SPI接口，可支持高達125kHz的轉換速率。

ADS7845根據微控制器通過數據輸入口DIN 發來的不同測量指令接通不同的開關通道，以便向工作面電極對提供電壓，并把相應測量電極上的觸點坐標位置所對應的電壓模擬量輸入A/D 轉換器，再通過DOUT 傳回微控制器。

ADS7845 與微控制器C8051間的數據通信，主要是通過微控制器的I/O 口與ADS7845 的DCLK、CS、DOUT、DIN、BUSY 五個引腳進行。DCLK 是ADS7845 的工作脈沖，CS 是ADS7845 的片選信號，DOUT 是數據輸出，DIN 是數據輸入，BUSY 是轉換判斷標志位。當系統工作時，微控制器首先通過片選信號選中ADS7845，再通過DIN 向ADS7845 發送命令控制字數據，并通過DCLK 引腳配以相應的時序脈沖。BUSY位被置位后，通過DOUT 數據輸出口讀取12 位轉換結果，完成觸摸屏控制器和微控制器之間的一次通信。

3.3 軟件實現

3.3.1 控制字

對ADS7845的控制是通過DIN（串行數據輸入）引腳的控制字來實現的，控制字位定義見表1。

其中，BIT7為起始位（S），必須始終為1，表示控制字節的開始。BIT4～BIT6為通道選擇位，測量的坐標和通道選擇的對應關系見表2。

BIT3為AD轉換分辨率選擇，1選擇8位模式，0選擇12位模式。考慮到屏幕顯示分辨率為1024*768，選用12位模式。

BIT2為基準電壓模式選擇，1選擇單端模式，0選擇差分模式，使用差分模式能夠避免基準電壓波動帶來的轉換誤差，推薦使用差分模式。

BIT1、BIT0為低功耗模式選擇，對應關系見表3。

3.3.2 PENIRQ的使用

只有當觸摸屏有觸摸時，才需要采樣坐標，可以由ADS7845的PENIRQ功能實現。PD1=0，PD0=0時，使能PENIRQ，當有觸摸發生時，控制器的PENIRQ引腳輸出被拉低，可以用于檢測觸摸發生，降低系統的資源占用。

3.4 調試中遇到的問題：觸摸屏響應慢

設計調試初期，按壓間隔時間需要1～2秒，否則系統檢測不到觸摸屏上的操作。經示波器測量后發現，ADS7845芯片輸出的中斷信號上升時間非常長，近1秒鐘。原理圖參考芯片資料上的接法，將PENIRQ引腳用100K電阻上拉至VCC。通常上拉電阻阻值較大，導致上升下降沿時間長。于是將上拉電阻更換1～10K阻值，上升沿時間變小，加快了響應時間。

4 結束語

本文簡要的介紹了一個基于C8051單片機和ADS7845控制芯片的嵌入式系統的觸摸屏設計實例，由于筆者水平有限，僅從硬件角度進行論述，在措辭、技術細節難免會存在錯誤，懇請諒解并指正。

參考文獻

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[6]ADS7845 Data Sheet Burr-Brown Corporation1998.

作者簡介

常晨晨（1983-），女，江蘇省徐州市人。工學學士。蘇州長風航空電子有限公司軍品研究所工程師。主要從事機載座艙顯示技術方面的研究。

張鋒（1983-），男，江蘇省南通市人。工學學士。蘇州長風航空電子有限公司軍品研究所高級工程師。主要從事機載座艙顯示技術方面的研究。

高穎（1983-），女，內蒙古赤峰人。工學碩士。蘇州長風航空電子有限公司軍品研究所高級工程師。主要從事機載座艙顯示技術方面的研究。

作者單位

蘇州長風航空電子有限公司 江蘇省蘇州市 215151