彩色液晶接口電路設(shè)計及觸摸屏的編程與調(diào)試
摘 要： 本文以單片機C8051F020 為核心控制芯片， 對由控制芯片TFT 6448b 控制NL 6448AC33- 18 彩色顯示屏和單片機C8051F020 控制四線電阻式觸摸屏組成的人機界面控制系統(tǒng)， 作了較為深入的分析與研究。介紹了C8051F020 單片機的功能特點， 端口配置方法和對它的編程具體操作方法； 以及液晶芯片TFT6448b 和觸摸屏的管腳功能和工作原理。描述了單片機C8051F020 實現(xiàn)控制彩色液晶進行顯示和控制觸摸屏按要求正確工作的原理，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖以及軟件流程圖， 闡述了硬件設(shè)計框圖和實現(xiàn)過程。著重論述觸摸屏硬件接口電路設(shè)計及軟件編程與調(diào)試， 實現(xiàn)了彩色液晶顯示及觸摸屏控制功能， 實現(xiàn)了頁面顯示及頁面切換功能。為便于程序的擴展、修改和今后的應(yīng)用， 應(yīng)用C 語言編程， 所有程序按功能采用模塊化設(shè)計， 程序設(shè)計的邏輯關(guān)系簡潔明了。
引言
觸摸屏是目前最簡單、方便、自然的而且又適用于中國多媒體信息查詢國情的輸入設(shè)備， 它具有堅固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。觸摸屏技術(shù)被認為是未來人機交互科技的主流方向之一，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)及其產(chǎn)品的應(yīng)用也正在成為一個熱點。
本設(shè)計題目來自于廣西區(qū)自然科學基金項目， 是基金項目中的一個研究子模塊， 本文作者在畢業(yè)設(shè)計期間針對NL 6448AC33218 彩色液晶顯示屏及其觸摸屏， 應(yīng)用C8051F020 單片機控制芯片， 采用單片機C 語言編制程序并進行調(diào)試， 并且程序采用模塊化設(shè)計。
一、系統(tǒng)構(gòu)成
本設(shè)計是基于單片機C8051F020 微處理器控制的彩色液晶及觸摸屏的控制系統(tǒng)， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
二、系統(tǒng)連接方式及工作過程
（一）C8051F020 控制TFT6448b 的工作過程
在用C8051F020 實現(xiàn)對TFT 6448b 的控制過程中， 采用總線方式進行控制。因為TFT 6448b 液晶控制器自帶有鎖存功能， 所以在使用總線方式進行控制時并不需要外加鎖存芯片， 只須使用單片機C8051F020 的P0、P2、P3 口就可以實現(xiàn)。在系統(tǒng)加電之前， 由于C8051F020 的典型工作電壓為313V , TFT 6448b 的工作電壓是5V , 對P0、P2、P3 口相應(yīng)連接管腳進行驅(qū)動能力擴展； 根據(jù)控制需求， 通過P0、P2、P3 端口寄存器， 將相應(yīng)端口的引腳配置成漏極輸出方式。將P3 口配置成為數(shù)據(jù)？地址輸出口， 輸出地址時， 其為地址總線的低八位， P2 口提供高位地址； 傳輸數(shù)據(jù)時， 其為8 位數(shù)據(jù)總線口。系統(tǒng)加電后， 使得TFT 6448b 的片選信號？C S 有效， 通過往TFT 6448b 的相應(yīng)行、列、控制、數(shù)據(jù)寄存器中寫入數(shù)據(jù)， 即可用C8051F020 芯片實現(xiàn)對TFT 6448b的控制， 從而實現(xiàn)彩色液晶的顯示控制。
（二） 觸摸屏硬件接口電路及工作原理
圖2 觸摸屏硬件接口電路 根據(jù)四線電阻式觸摸屏的工作原理， 結(jié)合圖2 中觸摸屏硬件接口電路。 該觸摸屏硬件接口電路的具體工作過程如下： 1、如圖2 所示電路， 連接好線路， 給電源輸入端、參考基準電壓端接入313V 的直流電源； 2、結(jié)合軟件編程對AD0 進行初始化， 系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)時， 軟件開中斷， 截止PN P1、PN P2、N PN 1, 飽和導通N PN 2; 3、等待觸摸屏被觸摸； 4、若觸摸屏上發(fā)生觸摸， 進入中斷服務(wù)程序， 關(guān)掉外部中斷， 進行短暫延時以消除外界抖動。通過判斷中斷輸入口P010 的電平變化， 確定抖動是否結(jié)束。通過軟件截止PN P2、N PN 2, 飽和導通PN P1、N PN 1, 選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道A IN 010, 采集觸摸點的X 方向坐標值，延時等待轉(zhuǎn)換結(jié)束， 移出轉(zhuǎn)換結(jié)果； 電極電壓切換， 通過軟件置位， 截止PN P1、N PN 1, 飽和導通PN P2、N PN 2, 選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道A IN 011, 采集觸摸點的Y 方向坐標值， 延時等待轉(zhuǎn)換結(jié)束， 移出轉(zhuǎn)換結(jié)果； 5、通過將采集到的X 和Y 坐標值與設(shè)定的按鍵邊界值進行比較， 若比較結(jié)果為真， 則切換到相應(yīng)的子頁面， 否則， 重新開中斷， 并返回主程序； 6、觸摸屏硬件接口電路工作過程重新回到步驟3, 繼續(xù)等待下一次觸摸。 三、彩色液晶顯示及觸摸屏軟件設(shè)計 （一） 顯示原理 如要在點陣液晶顯示器上顯示漢字， 首先從漢字點陣生成工具中提取要顯示的漢字的點陣字模。因為每個漢字在字庫中是以點陣字模形式存儲的， 所以在程序當中建立字庫， 以便調(diào)用。程序監(jiān)測， 是"1"就顯示， 是"0"就不顯示。檢測某位是否為"1"的方法兩種： 一種是移位法。每次向左移動一位， 然后判斷進位的值， 若為"1", 說明要顯示， 則向?qū)憯?shù)據(jù)寄存器DA T 送該字要顯示的顏色代碼； 若為"0", 說明不用顯示， 跳過； 另一種是位與法。先與80H 位與， 判斷該字節(jié)的最高位是否為"1", 若是， 說明要顯示； 若不是， 跳過； 再依次與40H、20H、10H、08H、04H、02H、01H 位與， 判斷相應(yīng)位是否為"1".如要顯示字符、數(shù)字和圖形等， 其方法和原理與顯示漢字一樣。 （二） 程序設(shè)計 1、顯示程序程序設(shè)計。 其程序流程圖如圖3 所示： 圖3 顯示子程序流程圖 2、觸摸屏軟件設(shè)計。 結(jié)合圖2 所示觸摸屏硬件接口電路， 為實現(xiàn)對觸摸屏上觸摸點的識別， 實現(xiàn)頁面切換功能。本設(shè)計中觸摸屏模塊軟件設(shè)計思想是： 對P0 端口的P010 引腳、P1 端口的P114~ P117 引腳， 通過相應(yīng)的端口輸出方式寄存器， 配置為推挽輸出方式； 對模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0 的相關(guān)寄存器進行設(shè)置， 將模擬輸入通道配置為單端輸入方式， 通過通道選擇寄存器分時選通采集數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道。進入主程序， 等待外部觸摸中斷發(fā)生。若外界產(chǎn)生觸摸， 進入中斷服務(wù)程序， 關(guān)掉外部中斷， 可以避免多個觸摸點發(fā)生沖突。通過判斷中斷輸入口電平的變化消除非意圖觸摸產(chǎn)生的抖動； 消除抖動后。通過電壓切換， 分別導通X 電極對、Y 電極對， 分別采集X 方向、Y 方向的模擬輸入量并移出轉(zhuǎn)換結(jié)果， 將采集到的值與事先設(shè)定的按鍵邊界值進行比較， 若在按鍵范圍內(nèi)， 則切換到相應(yīng)頁面， 否則開中斷并返回主程序， 繼續(xù)等待外部觸摸中斷發(fā)生。相應(yīng)軟件設(shè)計流程圖如圖4所示。 圖4 軟件設(shè)計流程圖 3、觸點判斷程序設(shè)計。 在本設(shè)計當中彩色液晶顯示屏的坐標分布情況分布如下： 屏的最左上角（0, 0） , 屏的最左下腳（0, 479） ,屏的最右上角（639, 0） , 屏的最右下角（639, 479）。通過往彩色液晶顯示控制芯片TFT 6448b 的列、行、控制、數(shù)據(jù)寄存器中送入相應(yīng)的值， 即可以在液晶屏上任何地方實現(xiàn)顯示。根據(jù)顯示頁面設(shè)計要求， 將需要顯示的按鍵用文字、字符或者圖形標識事先在液晶顯示屏上顯示出來。譬如其中頁面中有兩個按鍵標識， 即"返回"和"下一頁".這兩個標識在液晶顯示屏的位置是這樣的， 如上圖5 所示。
圖5 液晶顯示屏的兩個按鍵標
根據(jù)ADC0 模塊采集到的X 和Y 坐標值， 通過按照從左到右、從上到下的逐點測量的方法， 得出觸摸屏各觸點電壓梯度經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)值是按照線性分布的。因為將得到12 位十六進制數(shù)值右移了3 位， 那么對應(yīng)的十進制數(shù)的最大值為511, 最小值為0, 其精度為1/512.觸摸屏上的坐標的具體分布如圖6 所示。
圖6 觸摸屏上的坐標分布 依照圖6 所示， 可以知道其坐標分布的幾個特殊點坐標值（列， 行） , 譬如： 觸摸屏的最左上角（511, 511） ,屏的最左下腳（0, 511） , 屏的最右上角（511, 0） , 屏的最右下角（0, 0） ; 在此基礎(chǔ)上， 通過將觸摸屏固定在液晶顯示屏上， 即可以測量觸摸屏對應(yīng)顯示屏上固定按鍵標識的按鍵區(qū)域邊界值。具體軟件流程圖如圖7 所示： 下面通過闡述一個按鍵標識來說明， 如圖5 的"返回"按鍵標識。 圖7 軟件流程圖 1、對觸摸屏坐標進行采集標定， 得到的按鍵邊界值，X 坐標為51< kk & kk< 94, Y 坐標的邊界值為452<mm &mm < 507;2、當觸摸發(fā)生， 將采集到的X 坐標和Y 坐標與該按鍵標識的邊界值進行比較， 如果在該按鍵邊界值之間說明按鍵正確， 否則不正確；3、如按鍵正確， 進行頁面切換， 調(diào)用頁面顯示子模塊程序， 顯示相應(yīng)的子頁面；4、如采集的X 和Y 坐標不正確， 但坐標值屬于其它按鍵坐標值的范圍， 則調(diào)用相對應(yīng)的按鍵的顯示子模塊程序； 如不屬于其它按鍵范圍， 則返回等待。如上所述， 所有頁面的按鍵的識別和顯示方法都是一致的， 唯一的區(qū)別就是坐標值的不同。 四、調(diào)試 本設(shè)計中， 在觸摸屏硬件接口電路設(shè)計及軟件編程中， 涉及到軟件程序調(diào)試。調(diào)試過程中， 采用功能模塊化的方法： 譬如在實現(xiàn)整個彩色液晶及觸摸屏控制的過程中， 簡要的軟、硬件調(diào)試步驟如下： 硬件--實現(xiàn)C8051F020 與TFT 6448b2LCD 控制板的連接-> 實現(xiàn)單片機C8051F020 與觸摸屏之間的連接-> 將兩個模塊連接在一起， 構(gòu)成一個整體的控制系統(tǒng)； 軟件--先是實現(xiàn)單色屏的顯示-> 在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)不同顏色和型號的字？字符的顯示-> 緊接著插入占用存儲空間較小的圖片（如C8051F020 芯片外形圖） -> 考慮任意點觸摸的實現(xiàn)-> 考慮定點觸摸的采集并實現(xiàn)按鍵區(qū)域觸摸-> 考慮切換子頁面功能的實現(xiàn)-> 實現(xiàn)比較人性化彩色頁面顯示。
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