1 引言
不同的應(yīng)用領(lǐng)域觸摸屏的設(shè)計方式也各不相同，一般有以下三種：⑴應(yīng)用觸摸屏模塊。觸摸屏模塊提供標準的硬件接口與應(yīng)用系統(tǒng)(一般為PC或X86架構(gòu)的工控機)相連，安裝驅(qū)動程序后即可工作，基本無需開發(fā);⑵擴展觸摸屏控制器。這是嵌入式系統(tǒng)中設(shè)計觸摸屏普遍使用的方法，常用的觸摸屏控制芯片有ADS7843、ADS7846等，這些芯片內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器和觸摸屏的驅(qū)動電路，同時要設(shè)計一定的軟件;⑶與前面方式⑵相仿，有些處理器集成了A/D轉(zhuǎn)換器，通過IO口模擬觸摸屏的驅(qū)動信號也可實現(xiàn)觸摸屏的控制。
ARM7202集成了ARM7TDMI CPU核、存儲器管理單元(MMU)、8KB高速緩沖存儲器(Cache),主頻達70MHz。是一高性能嵌入式處理器。除觸摸屏控制器外，其片內(nèi)還包含了其他豐富的資源，如LCD控制器、SDRAM控制器、中斷控制器、DMA 控制器等[1]。ARM7202與觸摸屏的接口在軟/硬件設(shè)計上有些與前面三種不同的方面。
2 硬件設(shè)計
2.1 電阻觸摸屏原理
電阻觸摸屏是一多層的復合膜，由一層玻璃或有機玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導電層，上面再蓋有一層塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層透明的導電層，在兩層導電層之間有許多細小的透明隔離點把它們隔開絕緣，如圖1。當手指觸摸屏幕時，平常絕緣的兩層導電層在觸摸點位置就有了一個接觸，控制器檢測到這個接觸后，其中一面導電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，另一導電層將接觸點的電壓引至控制器進行A/D轉(zhuǎn)換，得到電壓值后與5V相比即可得觸摸點的Y軸坐標，如圖2。同理得出X軸的坐標。這是所有電阻觸摸屏共同的基本原理。
2.2 ARM7202與觸摸屏的接口
ARM7202片上資源包含觸摸屏控制器，用于控制4線電阻式觸摸屏。在5路A/D轉(zhuǎn)換通道中A0和A1是用于觸摸屏坐標采集的，同時芯片提供ATSXP、ATSXN、ATSYP和ATSYN四根掃描線分別對X方向和Y方向進行掃描。ATSXP和ATSXN在X方向施加正向電壓時，在Y方向檢測到X坐標的對應(yīng)值;同理ATSYP和ATSYN在Y方向施加正向電壓時，在X方向檢測到Y(jié)坐標的對應(yīng)值，分別由A0和A1采集。為了減少系統(tǒng)功耗和觸摸屏所占CPU資源，只在有落筆時觸摸屏控制器才啟動掃描，通過A/D轉(zhuǎn)換得到坐標的對應(yīng)值，因此需在外部設(shè)計落筆檢測電路，如圖3所示。圖中IRLML6302和IRLML2402分別為PMOSFET和NMOSFET，作為開關(guān)管控制X方向和Y方向的掃描輸出。PB7接上拉電阻，檢測落筆中斷，當有落筆時，PB7檢測到低電平，觸發(fā)中斷。PB6為中斷檢測電路的使能信號，當PB6為高電平時，中斷有效，觸摸屏掃描無效;反之中斷無效，觸摸屏掃描有效。
3 觸摸屏控制程序機制
不同的操作系統(tǒng)下對觸摸屏的應(yīng)用各有不同，但都包括了設(shè)備的初始化、設(shè)備讀寫及中斷響應(yīng)等基本模塊。觸摸屏的驅(qū)動程序涉及到兩個中斷：落筆中斷和觸摸屏A/D轉(zhuǎn)換中斷。所包含的程序模塊有：觸摸屏初始化、落筆中斷服務(wù)程序、A/D中斷服務(wù)程序、濾波程序和坐標轉(zhuǎn)換程序。這里重點說明觸摸屏的兩個中斷。
觸摸屏初始化程序完成外部電路的中斷設(shè)置和采樣率的設(shè)置，并將觸摸屏的A/D中斷和A/D轉(zhuǎn)換器電源關(guān)閉，使外部電路中斷有效。
有落筆時，外部中斷被觸發(fā)，進入落筆中斷服務(wù)程序。在落筆中斷服務(wù)程序中清中斷源，關(guān)外部中斷，使外部中斷電路無效，打開觸摸屏中斷和AD轉(zhuǎn)換器電源。此時觸摸屏電路開始掃描觸摸屏。觸摸屏A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，產(chǎn)生A/D中斷，進入A/D中斷服務(wù)程序。在觸摸屏A/D中斷服務(wù)程序中，清A/D中斷，關(guān)觸摸屏A/D中斷，讀A/D轉(zhuǎn)換值。此時還要判斷落筆是否繼續(xù)，若無落筆，開外部電路中斷，使外部中斷電路有效，關(guān)A/D中斷和A/D轉(zhuǎn)換器電源，進入節(jié)能模式，如圖4(a);若還有落筆，要繼續(xù)開觸摸屏A/D中斷，使外部中斷電路無效，觸摸屏的A/D轉(zhuǎn)換繼續(xù)進行，如圖4(b)所示。
圖4 觸摸屏程序流圖
由A/D轉(zhuǎn)換得到的值是觸摸屏上觸摸點的X坐標和Y坐標的值，要通過一定的方法轉(zhuǎn)換為顯示屏上的坐標。限于篇幅這里省略，其原理和實現(xiàn)方法見參考文獻[2]。在A/D轉(zhuǎn)換時，每次由A/D轉(zhuǎn)換寄存器得到4組轉(zhuǎn)換值，可以設(shè)計一個濾波程序以提高檢測精度。
4 程序設(shè)計
觸摸屏的應(yīng)用程序模塊有：觸摸屏初始化、落筆中斷服務(wù)程序、A/D中斷服務(wù)程序、濾波程序和坐標轉(zhuǎn)換程序。初始化程序、濾波程序和坐標轉(zhuǎn)換程序是一般常規(guī)通用程序。觸摸屏驅(qū)動程序其核心是落筆中斷和A/D轉(zhuǎn)換這兩個中斷服務(wù)程序，以下是在uc/OS操作系統(tǒng)下觸摸屏驅(qū)動程序的兩個中斷服務(wù)程序，其詳細說明見注釋。
static void TouchPenDownISR(int level) //落筆中斷服務(wù)程序
{
unsigned int status;
status=*(volatile int *)PioCIS&0xfff;
if (status & 0x80 )
{
*(volatile int *)PioCIC|=0x80; //清落筆中斷
*(volatile int *)PioCIM&=~0x80; //關(guān)落筆中斷
*(volatile int *)PioCDR&=~0x100; //使落筆中斷檢測無效，觸摸屏掃描電路有效
*(volatile int*)ADCCR&=~0x80; //開A/D電源
*(volatile int*)ADCTPCR|=0x80|0x40; //觸摸屏讀有效，A/D中斷有效
}
}
static void TouchINIISR(int level) //觸摸屏A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序
{
int x[4];
int y[4];
*adcisr |= 0x80; //清觸摸屏A/D中斷
TouchSample(x,y); //得到X/Y方向數(shù)值
*(volatile int*)ADCTPCR&=~(0x80|0x40); //觸摸屏讀無效，觸摸屏A/D中斷無效
*(volatile int *)PioCDR|=0x100; //使落筆中斷檢測有效，觸摸屏掃描電路無效
if(*(volatile int *)PioCDR&0x80) //檢測到起筆
{
*(volatile int *)PioCIC|=0x80; //清落筆中斷
*(volatile int *)PioCIM|=0x80; //開落筆中斷
*(volatile int *)ADCCR|=0x80; //關(guān)A/D電源
*(volatile int*)ADCTPCR&=~(0x80|0x40); //觸摸屏讀無效，觸摸屏A/D中斷無效
}
else //如仍有落筆
{
*(volatile int *)PioCDR&=~0x100; //使落筆中斷檢測無效，觸摸屏掃描電路有效
*(volatile int *)ADCTPCR|=0x80|0x40; //觸摸屏讀有效，觸摸屏A/D中斷有效
}
}
5 結(jié)束語
根據(jù)上述對觸摸屏工作機制的分析，筆者在實時嵌入式操作系統(tǒng)uc/OS下編寫的觸摸屏驅(qū)動程序應(yīng)用于基于ARM7202的智能控制器，實踐證明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，滿足了在復雜的實時多任務(wù)環(huán)境中觸摸屏快速響應(yīng)的要求。