基于LPC2478與ADS7843的工業(yè)觸摸屏設計

  觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點，相比鍵盤輸入，觸摸屏技術更簡單、直觀、快捷，且具有豐富多彩的表現能力。設計觸摸屏時，最重要的問題是準確定位觸摸點的坐標位置，本文詳細介紹了利用工業(yè)級芯片LPC2478與ADS7843設計四線電阻觸摸屏的實際方案。

1 硬件設計
1．1 硬件選擇
    LPC2478芯片內部集成了LCD接口，它的工作范圍為-40～+80℃，其寬溫的特點特別適合工業(yè)領域。ADS7843芯片是一款專為觸摸采樣設計的芯片，12位可編程精度。外部參考電壓范圍從1 V～Vcc均可，Vcc最高電壓為5 V，高速低功耗使得ADS7843非常適用于電阻觸摸屏的手持設備。
1．2 硬件電路
    筆者設計了ADS7843的硬件接口電路(如圖1所示)。該電路中采取了利用LPC2478的GPIO管腳模擬SPI時序的方式，將DCLK，CS，DIN，BUS-Y，DOUT接到LPC2478的5個GPIO引腳上。將ADS7843的引腳接到LPC2478的中斷1上的方式。采用的四線電阻觸摸屏，分別接到ADS7843的X+，Y+，X-，Y-引腳上。

1．3 采集方式
    ADS7843有2種參考電壓模式：單端模式和差分模式。在單端模式中，參考輸入電壓選取的是Vcc和GND。由于內部的開關電阻壓降影響轉換結果帶來誤差，所以轉換器內部的低阻開關對轉換精度有一定影響。差分模式參考輸入由未選中的輸入通道Y+，Y-，X+，X-提供參考電源和地。不管內部開關電阻如何變化，其轉換結果總與觸摸屏的電阻成比例，克服了內部開關電阻的影響，但當轉換頻率很高時則增加了功耗，需要考慮低功耗設計。筆者基于采樣精度的原因在程序中采用了差分方式。
    ADS7843的引腳是一個PIN中斷引腳，在觸摸顯示屏時可產生一個低電平，觸發(fā)LPC2478的中斷，采用下降沿觸發(fā)的方式。一次點擊觸摸屏的過程捕獲圖2的電平變化過程。對于采用中斷方式采集電平變化不是很適合，同時無法捕獲觸摸屏上的滑動過程，所以筆者使用了循環(huán)采集方式。

    循環(huán)采集方式：主要是通過LPC2478定時采集ADS7843的方式，在筆者的程序中定時器的時間間隔設置為50 ms。該方式由于加大了CPU的負荷，所以不太適合速度較慢的MCS51單片機，但比較適合LPC2478的處理器。每次采集的數據要與上次數據進行對比，以判斷是否為新的數據。
    研究中主要利用LPC2478與ADS7843進行顯示和外部輸入，無其他大量計算，也不對設備進行實時控制。所以比較中斷方式與循環(huán)方式的優(yōu)缺點，主要為了對一些屏幕上滑動動作可以較好進行響應，最后采用了循環(huán)采集方式。
1．4 ADS7843采集流程
    采用12位差分模式的采集方式，程序中的控制字分別為0xg0(x坐標)和0xD0(y坐標)。根據ADS7843的時序圖，筆者采集程序的工作流程：經過8個時鐘周期發(fā)送完畢控制字后，在DCLK的下降沿連續(xù)讀取12次，從而讀取觸摸屏上的AD采樣數值。由于筆者采用的循環(huán)采集方式，采集進來的數據不一定是經過人對屏的觸摸產生的數據。在筆者使用系統中，LPC2478液晶屏采用的是夏普LQ043T3DX02 LCD屏，采集到數據如果x軸數據為4 095(y軸數據采集到數據多數為O，但有的時間可能不為0)。說明采集到數據時并沒有人觸摸屏幕，該數據可以直接丟棄。
    在實際中不僅僅關心ADS7843對當前觸摸點電壓值A／D轉換值，更關心觸摸點與LCD坐標的關系。可通過下列轉換公式進行轉換：
   
式中：x，y為LCD坐標中的坐標；xAD，yAD為ADS7843采集到AD值；Tchscr_XMax，Tchscr_XMin，Tchscr_YMax，TchScr_YMin為觸摸屏返回x，y坐標的范圍。

2 結語
    本文介紹的利用芯片LPC2478與ADS7843設計四線電阻觸摸屏的實際方案實現了具體功能。實際應用表明，采用LPC2478設計的觸摸屏具有較強的可靠性以及環(huán)境適應性。