ARM HMS30C7202與觸摸屏接口電路的設(shè)計(jì)

1.導(dǎo)言

    隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)開始占據(jù)市場(chǎng)主流。因32位ARM嵌入式處理器具有高性能、低功耗的特性，它已廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)，軍事技術(shù)，商業(yè)文化藝術(shù)及消費(fèi)產(chǎn)品。而觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等優(yōu)點(diǎn)。主要用于公共信息的查詢、工業(yè)控制、軍事指揮、旅游、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)和房地產(chǎn)預(yù)售等場(chǎng)所。因此，本文著重討論基于嵌入式微處理器HMS30C720與觸摸屏控制器的接口設(shè)計(jì)和底層串口驅(qū)動(dòng)與上層microwindows圖形界面結(jié)合的編程設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)觸摸屏對(duì)嵌入式設(shè)備之間的控制。

2.系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

    該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示：本系統(tǒng)由ARM單元，觸摸屏控制單元構(gòu)成。ARM單元主要接收觸摸屏控制單元的位置數(shù)據(jù)信息并根據(jù)位置信息調(diào)用ARM的控制和應(yīng)用程序。我們選用Hynix公司的ARM CPU HMS30C7202作為ARM系統(tǒng)單元的主芯片。它是基于以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的高性價(jià)比16/32位RISC微控制器，內(nèi)含一個(gè)由ARM公司設(shè)計(jì)的16/32位ARM7TDMI RISC處理器核^[1，4]。觸摸屏控制單元主要完成信號(hào)放大與處理、A/D。根據(jù)數(shù)字信號(hào)識(shí)別用戶點(diǎn)擊的觸摸屏上的圖標(biāo)位置。并調(diào)用該圖標(biāo)應(yīng)執(zhí)行相應(yīng)指令。我們選用深圳某公司的觸摸屏控制器。該觸摸屏控制器具有串行通信接口，分辨力高等特點(diǎn)。

圖1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

3．硬件電路的設(shè)計(jì)

3.1 LCD接口電路

    HMS30C7202內(nèi)建LCD顯示控制器，并且有專用視頻DMA控制器和視頻總線連接SDRAM控制器。分開的總線使LCD的刷新不需要ARM的控制，數(shù)據(jù)傳送完全由DMA控制器控制，提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能。HMS30C7202支持彩色、單色STN液晶顯示器和TFT彩色液晶顯示器，顯示分辨率可達(dá)640×480，本系統(tǒng)平臺(tái)采用16位真彩色，采用565配色方案，5位紅色、6位綠色、5位藍(lán)色。而TFT顯示器都采用18根數(shù)據(jù)線，因此，將紅色和藍(lán)色數(shù)據(jù)線最低位接地。除數(shù)據(jù)線外LCD接口還有行、場(chǎng)同步信號(hào)、LCD時(shí)鐘信號(hào)，LCD控制信號(hào)，可分別接CPU的LCD控制輸出LLP，LFP，LAC。

3.2觸摸屏硬件電路

3．2．1四線電阻式觸摸屏

    如圖2所示是 四線電阻式觸摸屏原理示意圖，四線觸摸屏包含兩個(gè)阻性層。其中一層在屏幕的左右邊緣各有一條垂直總線，另一層在屏幕的底部和頂部各有一條水平總線。為了在X軸方向進(jìn)行測(cè)量，將左側(cè)總線偏置為0V，右側(cè)總線偏置為V_REF。將頂部或底部總線連接到ADC，當(dāng)頂層和底層相接觸時(shí)即可作一次測(cè)量。為了 在Y軸方向進(jìn)行測(cè)量，將頂部總線偏置為V_REF，底部總線偏置為0V。將ADC輸入端接左側(cè)總線或右側(cè)總線，當(dāng)頂層與底層相接觸時(shí)即可對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于四線觸摸屏，最理想的連接方法是將偏置為V_REF的總線接ADC的正參考輸入端，并將設(shè)置為0V的總線接ADC的負(fù)參考輸入端.                            

3．2．2 觸摸屏串口控制器接口定義

    觸摸屏器接口引腳與RS232串口引腳功能關(guān)系表如表1所示。RS232串口引腳為9腳，只使用了5個(gè)腳，觸摸屏電源供給由PS/2接口4腳提供。

表1 觸摸屏器接口引腳與RS232串口引腳功能關(guān)系表

4．通信協(xié)議的確定及軟件設(shè)計(jì)

4．1觸摸屏串口控制器的通信協(xié)議的具體分析

    由于公司的商業(yè)原因，不提供源程序和通信協(xié)議，也沒有HMS30C7202的驅(qū)動(dòng)程序，我們借助串口調(diào)試助手和存儲(chǔ)示波器分析，得出了串口觸摸屏控制器的通信協(xié)議，其傳輸速率為9600，一幀數(shù)據(jù)為10位，起始位為1，8位數(shù)據(jù)位，停止位為0，無校驗(yàn)位。先發(fā)低位再發(fā)高位。每一個(gè)數(shù)據(jù)包傳送5個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，第一個(gè)字節(jié)為控制位，第二、第三字節(jié)為觸摸屏得到的X軸坐標(biāo)值，第四、第五字節(jié)為得到的Y軸坐標(biāo)。這樣我們就獲得了觸摸屏控制器的通信協(xié)議，為在linux系統(tǒng)下編寫相應(yīng)的觸摸屏程序提供了基礎(chǔ).

4.2  觸摸屏串口通信程序的設(shè)計(jì)

    首先在linux系統(tǒng)下編寫一個(gè)對(duì)應(yīng)于觸摸屏的串口通信程序，用交叉編譯器編譯后，下載至目標(biāo)板ARM，運(yùn)行之后，點(diǎn)擊觸摸屏得到觸摸屏輸出數(shù)據(jù)。在這個(gè)程序中，我們的目的是建立觸摸屏串口控制器和ARM7 串口1之間的通信，使其讀取的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)應(yīng)的LCD顯示器屏幕上，設(shè)置好相應(yīng)的波特率，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)位和停止位，便可對(duì)觸摸屏串口控制器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取操作。主程序流程圖如圖3所示^[3]。

圖3  主程序流程圖

4．3 觸摸屏與LCD顯示器坐標(biāo)的換算和Microwindows編程實(shí)現(xiàn)

    本設(shè)計(jì)采用microwindows0.90版本，編寫程序時(shí),不必關(guān)心底層的驅(qū)動(dòng)，直接調(diào)用上層的API.而不需編寫底層的驅(qū)動(dòng).這里采用的方法是在microwindows中編寫對(duì)應(yīng)于觸摸屏串口接收程序,然后比較microwindows窗口坐標(biāo)和串口數(shù)據(jù)中的坐標(biāo)值,如果在一定范圍內(nèi),則產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的事件^[2]。 用一個(gè)數(shù)組來接收串口送過來的數(shù)據(jù)，再?gòu)臄?shù)組中取出觸摸屏的位置信息。觸摸屏的坐標(biāo)原點(diǎn)及分辨率都不同，這也需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。具體轉(zhuǎn)換的公式為：

我們?cè)O(shè)觸摸屏如下：右下角為原點(diǎn)坐標(biāo)（x₁,y₁），橫軸為x軸，豎軸為y軸，右上角坐標(biāo)（x₁,y₂），左上角坐標(biāo)（x₂,y₂），右上角坐標(biāo)（x₂,y₁），分辨率為4096×4096；ARM7所接LCD的坐標(biāo)原點(diǎn)在左上角，橫軸為x軸，豎軸為y軸分辨率為640×480，則我們的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式為：

    x_LCD=640-[640×(x-x₁)/(x₂-x₁)]       （4-1）

    y_LCD=480-[480×(y-y₁)/(y₂-y₁)]        （4-2）

    因觸摸屏的分辨率為4096×4096，則x₂-x₁和y₂-y₁的值均為4096；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式為：

X_LCD=640-640×z₁/4096;        （4-3）

Y_LCD=480-480×z₂/4096;        （4-4）

    其中，公式中的z₁,z₂坐標(biāo)為觸摸屏坐標(biāo)，它的獲取方法：由數(shù)組buffer[ ]接收串口送來的數(shù)據(jù)，我們要從數(shù)組中取出有用的坐標(biāo)信息。

    x1=buffer[6];    x2=buffer[7];       x3=buffer[3];     x4=buffer[4];

    這里我們用四個(gè)8位元素來獲得兩個(gè)16位坐標(biāo)信息。那么就需要將兩個(gè)8位的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為一個(gè)16位的數(shù)據(jù)，具體轉(zhuǎn)換如下：

     y1=x1<<8;         y1 |=x2;      /*兩個(gè)8位數(shù)據(jù)移位成16位數(shù)據(jù)*/

     y2=x3<<8;         y2 |=x4;

    那么此時(shí)的y1,y2便是我們觸摸屏的坐標(biāo)信號(hào)了。轉(zhuǎn)換之后，顯示器和觸摸屏的坐標(biāo)就對(duì)應(yīng)起來了，在microwindows下建立一個(gè)窗口，設(shè)定它的坐標(biāo)值及大小，這時(shí)在用microwindows的消息處理函數(shù)，如果觸摸范圍（觸摸屏在屏幕上對(duì)應(yīng)坐標(biāo)）在窗口的坐標(biāo)范圍內(nèi)，則產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的事件，我這是在窗口上打印一條Touched信息的事件，在窗口范圍外觸摸觸摸屏?xí)r，打印Nottouched信息。編寫一個(gè)程序點(diǎn)觸觸摸屏上相應(yīng)的位置，就會(huì)在屏幕上的對(duì)應(yīng)位置上輸出一個(gè)新的窗口，且位置比較準(zhǔn)確。如圖4-9所示為點(diǎn)觸摸屏?xí)rLCD顯示器顯示的觸點(diǎn)響應(yīng)位置。        

圖7  點(diǎn)觸摸屏?xí)rLCD顯示器顯示的位置

結(jié)論

    通過調(diào)試和測(cè)試，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)創(chuàng)新之處是：成功將深圳某公司的觸摸屏控制器運(yùn)用到HMS32C7202嵌入式控制系統(tǒng)中，在對(duì)方?jīng)]有提供通信協(xié)議和驅(qū)動(dòng)程序情況下，分析了該控制器的通信協(xié)議，編寫了ARM的驅(qū)動(dòng)程序。分析了LCD與觸摸屏的物理換算關(guān)系，然后編寫上層程序，通過microwindows的API進(jìn)行相關(guān)調(diào)用，使底層數(shù)據(jù)與上層圖形界面建立了聯(lián)系。最后編寫相應(yīng)的事件處理和響應(yīng)程序，通過點(diǎn)觸觸摸屏的圖形界面完成對(duì)ARM的操作。該接口已應(yīng)用于本人開發(fā)的基于Internet網(wǎng)絡(luò)通信的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)中。

參考文獻(xiàn)
[1] Hynix Semiconductor Inc.HMS30C7202·www.hynix.com
[2]吳明暉等.基于ARM的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用.人民郵電出版社.2004.6
[3]李中奇.嵌入式Linux系統(tǒng)中觸摸屏控制的研究與實(shí)現(xiàn).現(xiàn)代顯示.2005.2.19-22[4]楊光友等.嵌入式微處理器ARM7202觸摸屏接口設(shè)計(jì).微計(jì)算機(jī)信息.2004.4,2004.4.75-76

作者簡(jiǎn)介：王洪、男、1963.4、高級(jí)工程師、湖南省教育廳科學(xué)研究資助項(xiàng)目（03C211）,主要從事數(shù)字電視與嵌入式系統(tǒng)研究與開發(fā)