基于C8051F021和ADS7846的觸摸屏系統(tǒng)設(shè)計

0 引言
隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的設(shè)計，尤其是人機(jī)交互界面的設(shè)計越來越趨向于人性化。觸摸屏憑借其獨特的操作特性，應(yīng)用日益廣泛，它配合微控制器使用，能使嵌入式設(shè)備或手持式設(shè)備具有更加良好的人機(jī)交互界面，操作更加方便快捷。本文給出了一個基于C8051F021單片機(jī)和ADS7846觸摸屏控制器的觸摸屏控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。

1 觸摸屏工作原理
觸摸屏有電阻式、電容式、紅外線式、表面聲波式等多種。其中電阻式觸摸屏是目前應(yīng)用較為廣泛的一種，可分為四線、五線、七線等幾類。其中四線制電阻式觸摸屏采用的是四線電阻模擬量技術(shù)，即兩個阻性層工作時，每層均加有5 V恒定電壓，一個豎直方向，一個水平方向，含四根導(dǎo)線；其特點主要是傳輸反應(yīng)快，解析度高，穩(wěn)定性好，一次校正，不易漂移，比較適合于工業(yè)控制領(lǐng)域，但使用時要注意防止外導(dǎo)電層被劃傷。
電阻式觸摸屏實際上是一種傳感器，它采用分壓器原理將矩形區(qū)域中的觸摸點(X，Y)的物理位置轉(zhuǎn)換為代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓，圖1所示是其原理圖。四線制觸摸屏一般包含兩個阻性層：其中一層在屏幕的左右邊緣各有一條垂直總線，而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)行測量，可將左側(cè)總線偏置為0 V，右側(cè)總線偏置為VREF，并將頂部或底部總線連接到ADC，這樣，當(dāng)兩個阻性層相接觸時(即有觸摸時)即可作一次測量；為了在Y軸方向進(jìn)行測量，可將底部總線偏置為0 V，頂部總線偏置為VREF，并將左側(cè)或右側(cè)總線連接到ADC，這樣，當(dāng)兩個阻性層相接觸時，即可對電壓進(jìn)行測量；該屏最理想的連接方法是將偏置為VREF職的總線接在ADC的正參考輸入端，而將偏置為OV的總線接在ADC的負(fù)參考輸入端。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)
2．1 C8051F021的主要功能特點
本系統(tǒng)選用性能優(yōu)良且成本較低的SOC單片機(jī)C8051F021作為控制核心。它是完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片，具有32個數(shù)字I／O引腳。其主要的內(nèi)部資源有8通道12位ADC，2通道12位DAC，4 KB的RAM，64 KB的FLASH，以及硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus／I2C和兩個UART串行接口，同時帶有時鐘振蕩器，看門狗定時器，VDD監(jiān)視器，溫度傳感器等。其所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由IDE軟件使能／禁止和配置。同時，它還采用了與8051兼容的CIP－51微控制器內(nèi)核，因采用流水線結(jié)構(gòu)，其指令執(zhí)行速度有了很大的提高。此外，C8051F021還配置了標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口，在IDE軟件的支持下，可對安裝在最終產(chǎn)品上的MCU進(jìn)行非侵入式、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該器件的封裝為TQFP－64，可在工業(yè)溫度范圍內(nèi)(－45℃~+85℃)使用2．7~3．6 V的電壓工作。