嵌入式微處理器ARM7202觸摸屏接口設計

1 引言

嵌入式系統中觸摸屏越來越廣泛地應用。不同的應用領域觸摸屏的設計方式也各不相同，一般有以下三種：(1)應用觸摸屏模塊。觸摸屏模塊提供標準的硬件接口與應用系統（一般為PC或X86架構的工控機）相連，安裝驅動程序后即可工作，基本無需開發；(2)擴展觸摸屏控制器。這是嵌入式系統中設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，這些芯片內部集成了A/D轉換器和觸摸屏的驅動電路，同時要設計一定的軟件；(3)與前面方式(2)相仿，有些處理器集成了A/D轉換器，通過IO口模擬觸摸屏的驅動信號也可實現觸摸屏的控制。

隨著芯片技術的發展，處理器內部集成的資源越來越豐富，有些芯片內部已經集成了觸摸屏控制器。如韓國現代半導體公司的32位ARM處理器ARM7202（HMS30C7202）芯片，其內部集成了電阻式觸摸屏控制器。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。ARM7202與觸摸屏的接口在軟/硬件設計上有些與前面三種不同的方面。

2 硬件設計

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。

圖1 觸摸屏結構

圖2 Y方向坐標檢測等效電路

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坐標的對應值，分別由A0和A1采集。為了減少系統功耗和觸摸屏所占CPU資源，只在有落筆時觸摸屏控制器才啟動掃描，通過A/D轉換得到坐標的對應值，因此需在外部設計落筆檢測電路，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。

圖3 觸摸屏外部電路

3 觸摸屏控制程序機制

不同的操作系統下對觸摸屏的應用各有不同，但都包括了設備的初始化、設備讀寫及中斷響應等基本模塊。觸摸屏的驅動程序涉及到兩個中斷：落筆中斷和觸摸屏A/D轉換中斷。所包含的程序模塊有：觸摸屏初始化、落筆中斷服務程序、A/D中斷服務程序、濾波程序和坐標轉換程序。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置和采樣率的設置，并將觸摸屏的A/D中斷和A/D轉換器電源關閉，使外部電路中斷有效。

有落筆時，外部中斷被觸發，進入落筆中斷服務程序。在落筆中斷服務程序中清中斷源，關外部中斷，使外部中斷電路無效，打開觸摸屏中斷和AD轉換器電源。此時觸摸屏電路開始掃描觸摸屏。觸摸屏A/D轉換結束后，產生A/D中斷，進入A/D中斷服務程序。在觸摸屏A/D中斷服務程序中，清A/D中斷，關觸摸屏A/D中斷，讀A/D轉換值。此時還要判斷落筆是否繼續，若無落筆，開外部電路中斷，使外部中斷電路有效，關A/D中斷和A/D轉換器電源，進入節能模式，如圖4(a)；若還有落筆，要繼續開觸摸屏A/D中斷，使外部中斷電路無效，觸摸屏的A/D轉換繼續進行，如圖4(b)所示。

圖4 觸摸屏程序流圖

由A/D轉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換為顯示屏上的坐標。在A/D轉換時，每次由A/D轉換寄存器得到4組轉換值，可以設計一個濾波程序以提高檢測精度。

4 程序設計

觸摸屏的應用程序模塊有：觸摸屏初始化、落筆中斷服務程序、A/D中斷服務程序、濾波程序和坐標轉換程序。初始化程序、濾波程序和坐標轉換程序是一般常規通用程序。觸摸屏驅動程序其核心是落筆中斷和A/D轉換這兩個中斷服務程序，以下是在uc/OS操作系統下觸摸屏驅動程序的兩個中斷服務程序，其詳細說明見注釋。