基于C8051的嵌入式系統(tǒng)觸摸屏設(shè)計(jì)

常晨晨 張鋒 高穎

摘 要文章簡(jiǎn)要介紹了觸摸屏的結(jié)構(gòu)及工作原理，并以一個(gè)C8051為處理器、TI公司ADS7845為觸摸屏控制芯片的嵌入式系統(tǒng)為例，介紹觸摸屏在單片機(jī)系統(tǒng)中的典型應(yīng)用電路，討論了觸摸屏控制芯片ADS7845的應(yīng)用方法和技巧。

【關(guān)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(tǒng)觸摸屏設(shè)計(jì)，及應(yīng)用較廣泛的TI公司ADS7845芯片的特點(diǎn)、原理以及實(shí)際使用方法。

2 硬件構(gòu)成與工作原理

觸摸屏輸入系統(tǒng)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(gè)基于C8051的嵌入式系統(tǒng)的觸摸屏輸入系統(tǒng)，在該系統(tǒng)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件實(shí)現(xiàn)

C8051F121是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，芯片上有32位數(shù)字I/O端口，與標(biāo)準(zhǔn)8051的端口（P0～3）相同。C8051F121和ADS7845通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口相連。SPI接口是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同步串行接口，是一種全雙工，四線通信的系統(tǒng)，它允許C8051F121單片機(jī)與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信。在SPI接口中，數(shù)據(jù)的傳輸需要1個(gè)時(shí)鐘信號(hào)和兩條數(shù)據(jù)線。SPI可工作在主模式或從模式下。在主模式下，最大數(shù)據(jù)傳輸速率（位/秒）是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的1/2：而在從模式下，全雙工操作時(shí)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率（位/秒）是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的1/10。ADS7845通過(guò)中斷請(qǐng)求向C8051F121表示有觸摸發(fā)生，ADS7845只能作為SPI的從設(shè)備，各信號(hào)的時(shí)序是完全固定的，因此需要配置C8051F121的SPI接口信號(hào)時(shí)序使之完全符合ADS7845的時(shí)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(gè)工作：一是完成電極電壓的切換：二是采集接觸點(diǎn)處的電壓值（即A/D轉(zhuǎn)換）。ADS7845是Tl公司專為四線電阻式觸摸屏設(shè)計(jì)的專用接口芯片，它可以方便地與單片機(jī)接口，對(duì)轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算。它是一個(gè)具有可編程的8位或12位分辨率的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，帶有一個(gè)同步串行SPI接口，可支持高達(dá)125kHz的轉(zhuǎn)換速率。

ADS7845根據(jù)微控制器通過(guò)數(shù)據(jù)輸入口DIN 發(fā)來(lái)的不同測(cè)量指令接通不同的開(kāi)關(guān)通道，以便向工作面電極對(duì)提供電壓，并把相應(yīng)測(cè)量電極上的觸點(diǎn)坐標(biāo)位置所對(duì)應(yīng)的電壓模擬量輸入A/D 轉(zhuǎn)換器，再通過(guò)DOUT 傳回微控制器。

ADS7845 與微控制器C8051間的數(shù)據(jù)通信，主要是通過(guò)微控制器的I/O 口與ADS7845 的DCLK、CS、DOUT、DIN、BUSY 五個(gè)引腳進(jìn)行。DCLK 是ADS7845 的工作脈沖，CS 是ADS7845 的片選信號(hào)，DOUT 是數(shù)據(jù)輸出，DIN 是數(shù)據(jù)輸入，BUSY 是轉(zhuǎn)換判斷標(biāo)志位。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，微控制器首先通過(guò)片選信號(hào)選中ADS7845，再通過(guò)DIN 向ADS7845 發(fā)送命令控制字?jǐn)?shù)據(jù)，并通過(guò)DCLK 引腳配以相應(yīng)的時(shí)序脈沖。BUSY位被置位后，通過(guò)DOUT 數(shù)據(jù)輸出口讀取12 位轉(zhuǎn)換結(jié)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(shí)現(xiàn)

3.3.1 控制字

對(duì)ADS7845的控制是通過(guò)DIN（串行數(shù)據(jù)輸入）引腳的控制字來(lái)實(shí)現(xiàn)的，控制字位定義見(jiàn)表1。

其中，BIT7為起始位（S），必須始終為1，表示控制字節(jié)的開(kāi)始。BIT4～BIT6為通道選擇位，測(cè)量的坐標(biāo)和通道選擇的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2。

BIT3為AD轉(zhuǎn)換分辨率選擇，1選擇8位模式，0選擇12位模式?？紤]到屏幕顯示分辨率為1024*768，選用12位模式。

BIT2為基準(zhǔn)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(zhǔn)電壓波動(dòng)帶來(lái)的轉(zhuǎn)換誤差，推薦使用差分模式。

BIT1、BIT0為低功耗模式選擇，對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表3。

3.3.2 PENIRQ的使用

只有當(dāng)觸摸屏有觸摸時(shí)，才需要采樣坐標(biāo)，可以由ADS7845的PENIRQ功能實(shí)現(xiàn)。PD1=0，PD0=0時(shí)，使能PENIRQ，當(dāng)有觸摸發(fā)生時(shí)，控制器的PENIRQ引腳輸出被拉低，可以用于檢測(cè)觸摸發(fā)生，降低系統(tǒng)的資源占用。

3.4 調(diào)試中遇到的問(wèn)題：觸摸屏響應(yīng)慢

設(shè)計(jì)調(diào)試初期，按壓間隔時(shí)間需要1～2秒，否則系統(tǒng)檢測(cè)不到觸摸屏上的操作。經(jīng)示波器測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，ADS7845芯片輸出的中斷信號(hào)上升時(shí)間非常長(zhǎng)，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(dǎo)致上升下降沿時(shí)間長(zhǎng)。于是將上拉電阻更換1～10K阻值，上升沿時(shí)間變小，加快了響應(yīng)時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要的介紹了一個(gè)基于C8051單片機(jī)和ADS7845控制芯片的嵌入式系統(tǒng)的觸摸屏設(shè)計(jì)實(shí)例，由于筆者水平有限，僅從硬件角度進(jìn)行論述，在措辭、技術(shù)細(xì)節(jié)難免會(huì)存在錯(cuò)誤，懇請(qǐng)諒解并指正。

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作者簡(jiǎn)介

常晨晨（1983-），女，江蘇省徐州市人。工學(xué)學(xué)士。蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司軍品研究所工程師。主要從事機(jī)載座艙顯示技術(shù)方面的研究。

張鋒（1983-），男，江蘇省南通市人。工學(xué)學(xué)士。蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司軍品研究所高級(jí)工程師。主要從事機(jī)載座艙顯示技術(shù)方面的研究。

高穎（1983-），女，內(nèi)蒙古赤峰人。工學(xué)碩士。蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司軍品研究所高級(jí)工程師。主要從事機(jī)載座艙顯示技術(shù)方面的研究。

作者單位

蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司 江蘇省蘇州市 215151