基于DSP芯片與觸摸屏的接口控制

以DSP(數(shù)字信號(hào)處理)芯片和FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列)為核心的無(wú)線數(shù)字?jǐn)U頻通信平臺(tái)是無(wú)線擴(kuò)頻通信的一個(gè)開放式平臺(tái)，可用于無(wú)線接入、無(wú)線圖像和音頻傳送、移動(dòng)INTERNET、精確區(qū)域定位LPS、智能遙控探測(cè)等高科技領(lǐng)域。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上增加了液晶顯示和觸摸屏控制，從而實(shí)現(xiàn)文字和圖形信息的編輯和無(wú)線傳送，使該產(chǎn)品用途更加廣泛。

ADS7843是專用于4線電阻式觸摸屏的12位模/數(shù)采樣轉(zhuǎn)換器，具有單一電源供電、完全降功耗模式、轉(zhuǎn)換速度快的特點(diǎn)。ADS7843大量用在電池供電PDA(Personal Digital Assistants和手持便攜式裝置中。

1 液晶觸摸屏控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

液晶采用Microtips Technology Inc．公司的型號(hào)為MTG－32240X的中小規(guī)模液晶顯示器(圖形方式為320x240點(diǎn))。觸摸屏控制器采用香港BURR－BROWN公司的ADS7843。對(duì)FPGA進(jìn)行邏輯編程可實(shí)現(xiàn)液晶顯示控制器的功能。用FPGA定時(shí)中斷DSP(約占DSP工作時(shí)間的5%)獲取外部RAM的顯示數(shù)據(jù)，然后FPGA內(nèi)部邏輯將顯示數(shù)據(jù)送到液晶屏上進(jìn)行顯示。DSP對(duì)觸摸屏的轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算以及完成各種文字和圖形的編輯任務(wù)，然后將需要顯示的數(shù)據(jù)送入顯示緩沖區(qū)(外部數(shù)據(jù)RAM)。也就是說(shuō)，用DSP和FPGA來(lái)控制液晶的顯示和文字、圖形信息的編輯處理，并能接收觸摸屏信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)筆輸入掌上電腦的功能。再結(jié)合無(wú)線數(shù)字?jǐn)U頻通信平臺(tái)就能實(shí)現(xiàn)文字和圖形信息的無(wú)線傳送。該產(chǎn)品能用于記者在通訊不便的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行文字和圖形的實(shí)時(shí)編輯和采訪報(bào)道以及在移動(dòng)過(guò)程中需要進(jìn)行文字和圖形信息無(wú)線傳送的地方。

2 ADS7843的工作原理

ADS7843的工作電壓Vcc為2.7~5V，參考電壓Vref在1V至Vcc之間均可。轉(zhuǎn)換器有4路模擬信號(hào)輸入通道和獨(dú)特的在線低阻開關(guān)，它允許由未選中的輸入通道為外部線路提供電源和地。靠這樣的輸入結(jié)構(gòu)和參考電壓設(shè)定，ADS7843能極大地消除內(nèi)部開關(guān)電阻帶來(lái)的轉(zhuǎn)換誤差，這種誤差是這類轉(zhuǎn)換器的主要誤差來(lái)源。＋REF至－REF(圖2)之間參考電壓的大小決定了模擬輸入電壓的范圍。參考電壓設(shè)置有兩種工作模式：SER(single－ended reference和DFR

(differential reference。SER模式需要低噪聲、低波動(dòng)的穩(wěn)定電源，轉(zhuǎn)換器內(nèi)X＋、X－和Y＋、Y－的低阻開關(guān)對(duì)轉(zhuǎn)換精度有一定影響。DFR模式不管內(nèi)部開關(guān)電阻如何變化，其轉(zhuǎn)換結(jié)果總是與外部電阻成比例，它完全克服了內(nèi)部開關(guān)的影響，但是當(dāng)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換頻率很高時(shí)增加了功耗。圖1中，X＋、X－和Y＋、Y－之間橫排和豎排的電阻代表電阻式觸摸屏。開關(guān)S模仿PDA筆尖按壓觸摸屏?xí)r動(dòng)態(tài)短接X(jué)、Y軸兩層電阻的位置。Y位置進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，X＋作為模擬輸入(見(jiàn)圖2)。

ADS7843的控制字見(jiàn)表1。

3 DSP與ADS7843的接口控制

我們采用美國(guó)TI公司性價(jià)比很高的TMS320F206作為數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，用DSP的同步串行口與ADS7843轉(zhuǎn)換器相連接。DSP與ADS7843的連接如圖3所示。DSP的同步串口有兩個(gè)4字深度的先入先出緩沖器，突發(fā)模式或連續(xù)模式進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，具有寬范圍的操作速度。如果使用內(nèi)部時(shí)鐘，其速度固定為DSP時(shí)鐘頻率的1/2。

經(jīng)測(cè)量，觸摸屏Ｘ方向的轉(zhuǎn)換值為從大到小(Xmax至Xmin)，Y方向的轉(zhuǎn)換值為從小到大(Ymin至Ymax)。觸摸屏X、Y方向的轉(zhuǎn)換值必須與320x240的液晶顯示相對(duì)應(yīng)，因此X、Y向的轉(zhuǎn)換值必須按下式計(jì)算：

y＝y(tǒng)－Yminx320/Ymax－Ymin　
x＝Xmax－ｘx240／Ymax－Xmin　

DSP同步串口每次發(fā)送1個(gè)字(16位)，而ADS7843的控制字為8位，從圖4轉(zhuǎn)換時(shí)序可以看出DIN的后8位是零。因此，Y值轉(zhuǎn)換的控制字為＃9300H，X值轉(zhuǎn)換的控制字為＃0D300H。BUSY信號(hào)作為DSP同步串口的同步信號(hào)，BUSY信號(hào)下跳沿啟動(dòng)串口輸入。ADS7843轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換值為12位，DSP同步串口一次接收1個(gè)字(16位)，右移4位即可得到轉(zhuǎn)換值。DSP程序框圖如圖5所示。

4 ADS7843的筆中斷控制

ADS7843采用筆中斷控制時(shí)能極大地降低功耗，從750μW到低于0.5μW?？刂谱种凶詈髢晌籔D1、PD0全為零時(shí)，ADS7843進(jìn)入筆中斷降功耗模式。當(dāng)新的轉(zhuǎn)換開始時(shí)，轉(zhuǎn)換器立即恢復(fù)正常工作，不需要延時(shí)等待電源上升，每次轉(zhuǎn)換都是有效的。ADS7843進(jìn)入降功耗模式后，按壓觸摸屏?xí)rY－MOSFET提供電流通道，其它三個(gè)MOSFETS(X＋、X－、Y＋)處于高阻態(tài)。電流通過(guò)100k歐姆電阻和中斷二極管從Y－MOSFET到地。這時(shí)/PEN變成低電位，DSP必須檢測(cè)到這個(gè)信號(hào)并發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令。在轉(zhuǎn)換期間，DSP必須維持/PEN一直為低。

5 觸摸屏與液晶顯示的配合

當(dāng)PDA筆按壓觸摸屏?xí)r，ADS7843的轉(zhuǎn)換值必須在液晶上相應(yīng)位置正確顯示。由于轉(zhuǎn)換器每次開機(jī)的轉(zhuǎn)換值略有偏差，因此，為了準(zhǔn)確定位，每次開機(jī)時(shí)重新得到X、Y值范圍。方法是開機(jī)時(shí)依次在液晶屏四角顯示定位點(diǎn)，將得到的觸摸屏的轉(zhuǎn)換值作為基準(zhǔn)。