0 引言
TSC2007 是美國 TI 公司推出的新一代 4 線制觸摸屏控制器，它在與觸摸屏連接后，一旦有筆或手指觸摸在屏上時，便可以迅速得到該點的位置信號，從而達到在觸摸屏表面上尋址的目的。
TSC2007 是典型的逐步逼近寄存器型 A ／ D 變換器，其結(jié)構(gòu)以電容再分布為基礎(chǔ)，同時內(nèi)部包含有取樣／保持功能。 TSC2007 具有片內(nèi)溫度測量、觸摸壓力測量和預處理三項功能。 TSC2007 的主要特點如下：
◇具有 4 線制觸摸屏接口；
◇可單電源工作，電壓范圍為 1.2 ～ 3.6 V ；
◇帶有 I 2C 接口，能以標準模式、高速模式和超高速模式進行數(shù)據(jù)傳輸與通訊；
◇具有可編程 8 位或 12 位分辨率；
◇具有 1 路輔助模擬量輸入；
◇具有靜電保護。
TSC2007 可廣泛用于有觸摸屏的應用中，如個人數(shù)字助理 (PDA) 、筆記本電腦等。
1 TSC2007 觸摸屏控制器
1.1 引腳功能
TSC2007 的引腳和 TSC2003 的引腳完全兼容，可以插入和 TSC2003 相適應的插座中，因此，可以很方便地替換原來使用的 TSC2003 以進行更新升級。 TSC2007 采用 CMOS 工藝制作，具有 TSSOP16 和 WCSP12 兩種引腳封裝形式，其工作溫度范圍為 -40 ～ + 85 ℃ 。
圖 1 所示是 TSC2046 在 TSSOP 16 封裝形式下的引腳排列，各引腳功能如下：
◇工作電壓： +1.2 ～ +3.6V ；
◇ AD 采樣時間：≥ 160 ns ( 在 SCL=1.7 MHz 情況下 ) ；
◇ AD 轉(zhuǎn)換時間：≤ 150ns( 條件同上 ) ；
◇開關(guān)延時時間：≤ 30ns ；
◇參考電壓范圍： +1.2 ～ +3.6 V ；
◇溫度范圍： -40 ～ + 85 ℃ ；
◇靜電保護電壓：≤± 8kV ；
◇功耗：≤ 53.32 μ W( 在 2.7 V ，高速模式情況下 ) 。
1.3 TSC2007 的工作方式
由于在觸摸屏被點擊之后，一般都需要確定所點擊點的 X 、 Y 坐標參數(shù)，以備系統(tǒng)處理并發(fā)送相應的消息。為此，設(shè)計時就需要對 TSC2007 進行讀寫操作。
TSC2007 的寫操作時序如圖 2 所示。當 SCL 為高電平時， SDA 由高電平向低電平跳變，系統(tǒng)開始傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的前五位為固定的 10010 ，后兩位為地址，可表示四個從設(shè)備，第八位為 0( 表示 write) 。
當 TSC2007 收到數(shù)據(jù)后，會確認一位 0 。然后由 MCU 收到確認后，再發(fā)送一個字節(jié)的命令字，然后再等 TSC2007 確認，從而完成寫操作，最后，再由 MCU 發(fā)送一個結(jié)束信號以結(jié)束操作。其中的命令字節(jié)含義如表 1 所列。
中的 PD1-PD0 為節(jié)能 bit 位； M 為模式位，該位為 0 表示 TSC2007 是 12 bit 模式，為 1 時是 8 bit 模式； X 為無關(guān)位。
TSC2007 的讀操作時序圖如 3 所示。讀操作時，首先由 MCU 發(fā)送一個開始信息，然后傳送 8bit 地址信息，該信息與寫操作時傳送的前 7 個 bit 位一樣，只是第 8 個 bit 為 1( 表示 read) 。此后，經(jīng) TSC2007 確認后， MCU 便可接受 8bit 或 12bit 數(shù)據(jù)，也就是 TSC2007 發(fā)送的 x 值或者 y 值。
1.4 TSC2007 的讀寫操作注意事項
SDA 引腳及 SCL 引腳上數(shù)據(jù)的改變必須延時一段適當?shù)臅r間，延時太短，數(shù)據(jù)讀入可能不成功，太長則浪費系統(tǒng)資源。一般可在 20 μ s 左右。讀寫操作時的時序非常重要。 SDA 線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在 SCL 為低電平期間才能改變，而在 SCL 為高電平期間， SDA 狀態(tài)的改變則被用來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鹗己屯Ｖ箺l件。因此，若時序控制不好，則將得不到正確的讀數(shù)。同時，當主處理器在對 TSC2007 進行寫操作時。還應該屏蔽它的中斷腳 PENIRQ ，這樣可以阻止中斷腳的不停下降而觸發(fā)中斷。
2 硬件設(shè)計
2.1 TSC2007 的硬件連接電路
基于 TSC2007 的觸摸屏接口電路連接圖如圖 4 所示。其中， 10 腳 (PENIRQ) 、 11 腳 (SDA) 、 12 腳 (SCL) 分別與 MCU 的 3 個 GPIO 口 ( 通用輸入輸出腳 ) 進行通信。通過程序模擬在 SCL 腳上產(chǎn)生方波，就可在 SDA 腳上進行數(shù)據(jù)的傳輸，并在 PENIRQ 腳上傳輸中斷信號。
2.2 I 2C 總線原理
I 2C 總線是由數(shù)據(jù)線 SDA 和時鐘 SCI 胸成的串行總線，可用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。其 CPU 與被控 IC 之間、 IC 與 IC 之間進行雙向傳送的最高傳送速率可達 100 kbps 。各種被控制電路均可并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機一樣，只有撥通各自的號碼才能工作，所以，每個電路和模塊都有唯一的地址。在信息傳輸過程中， I 2C 總線上并接的每一模塊電路既是主控器 ( 或被控器 ) ，又是發(fā)送器 ( 或接收器 ) ，這取決于它所要完成的功能。 CPU 發(fā)出的控制信號分為地址碼和控制量則用于兩部分，地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別 ( 如對比度、亮度等 ) 及需要調(diào)整的量。這樣。各控制電路雖然掛在同一條 I 2C 總線上，但卻彼此獨立，互不相關(guān)。
I 2C 總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號，它們分別是：開始信號、結(jié)束信號和應答信號。其中，開始信號用于在 SCL 為高電平時，通過 SDA 由高向低的跳變來開始傳送數(shù)據(jù)；而結(jié)束信號 SCL 為低電平時，通過 SDA 由低向高的跳變來結(jié)束數(shù)據(jù)傳送；應答信號則是在接收數(shù)據(jù)的 IC 在接收到 8 bit 數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的 IC 發(fā)出特定的低電平脈沖應答，以表示收到數(shù)據(jù)。
當 CPU 向受控單元發(fā)出一個信號后，系統(tǒng)將等待受控單元發(fā)回應答信號， CPU 接收到應答信號后，將根據(jù)情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，則判斷為受控單元出現(xiàn)故障。
I 2C 規(guī)程采用主／從雙向通訊方式。向總線發(fā)送數(shù)據(jù)的器件定義為發(fā)送器，從總線接收數(shù)據(jù)則為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。但總線必須由主器件 ( 通常為微控制器 ) 控制，主器件可產(chǎn)生串行時鐘 (SCL) 以控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。
3 軟件實現(xiàn)
設(shè)計軟件時，可采用系統(tǒng)輪詢或者中斷方式來實現(xiàn)觸摸屏功能。在嵌入式系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)多數(shù)時間處于空閑狀態(tài)，則可考慮采用輪詢；否則可考慮采用中斷方式來處理觸摸屏信號。本方案采取中斷方式，其中斷入口程序流程圖如圖 5 所示。系統(tǒng)初始化時，首先將 TSC2007 設(shè)成 PowerDown 模式，當觸摸屏上有點擊時，上將產(chǎn)生一個下降脈沖，以引發(fā)中斷。此時系統(tǒng)進入觸摸屏的中斷向量。當中斷處理程序判斷數(shù)據(jù)有效后，即設(shè)置一個 timer ，每隔大約 20 μ s 進行一次 X 、 Y 值的讀寫，并將取得的值存入 buffer 中，然后進行去抖、校正處理，同時判斷當前狀態(tài) (PRESS 、 MOVE 、 RELEASE 等 ) ，最后將有效的 X 、 Y 值取平均值后發(fā)送到系統(tǒng)的消息隊列。
4 結(jié)束語
在實際應用的基礎(chǔ)上，本文介紹了利用觸摸屏控制器 TSC2007 實現(xiàn)觸摸屏功能的設(shè)計方案。通過這款功能強大，操作簡便的觸摸屏控制器，能精確快速地在諸如手機、 Mp3 、 ATM 機等設(shè)備上實現(xiàn)便攜式電子產(chǎn)品及其他多媒體設(shè)備的觸摸屏功能?？梢灶A見，隨著觸摸屏技術(shù)的迅速發(fā)展，觸摸屏對于計算機技術(shù)的普及利用將發(fā)揮重要作用。
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