基于ARM處理器的TSC2046觸摸屏控制器的應(yīng)用

摘要：觸摸屏技術(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展已經(jīng)成為一種方便、經(jīng)濟(jì)的人機(jī)界面輸入手段。TSC2046是四線電阻式觸摸屏控制器，其核心是一個(gè)具有采樣和保持功能的12位逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器。以飛利浦公司的ARM芯片為基礎(chǔ)，通過TSC2046觸摸屏控制器和四線電阻式觸摸屏構(gòu)成硬件基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了觸摸屏面板控制程序。該觸摸屏已應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中，觸摸效果良好。
關(guān)鍵詞：TSC2046；觸模屏；LPC2132芯片；控制器

0 引言
    隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)正在越來越廣泛地應(yīng)用到消費(fèi)類電子、通信設(shè)備等便攜式電子類產(chǎn)品中。觸摸屏由于其輕便、占用空間少、靈活等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸取代鍵盤，成為嵌入式系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。觸摸屏分為電阻、電容、表面聲波、紅外線掃描等類型，其中使用最多的是四線或五線電阻觸摸屏。四線電阻觸摸屏是由兩個(gè)透明電阻膜構(gòu)成的，在它的水平和垂直電阻網(wǎng)上施加電壓，就可通過轉(zhuǎn)換面板在觸摸點(diǎn)測(cè)量出電壓而對(duì)應(yīng)出坐標(biāo)值。
    TSC2046是典型的逐次逼近寄存器型A／D變換器，其結(jié)構(gòu)以電容再分布為基礎(chǔ)，包含了取樣／保持功能，支持低電壓的I／O接口。本文介紹了利用飛利浦公司的LPC2100系列ARM芯片LPC2132、TSC2046和液晶屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。

1 觸摸屏的工作原理
    本文選用的觸摸屏為四線電阻觸摸屏，由一個(gè)4層的復(fù)合薄膜，附著在顯示器表面與顯示器配合使用。每一導(dǎo)電層為觸摸屏的一個(gè)工作面，每個(gè)工作面的兩端各涂一條銀膠，稱為該工作面的一對(duì)電極，分別稱為X電極對(duì)和Y電極對(duì)。觸摸屏工作時(shí)，上下導(dǎo)體層相當(dāng)于電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)某一層電極加上電壓時(shí)，會(huì)在該網(wǎng)絡(luò)上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，則在電極未加電壓的另一層可以測(cè)得接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道接觸點(diǎn)處的坐標(biāo)。比如，在頂層的電極(X+，X-)上加上電壓，則在頂層導(dǎo)體層上形成電壓梯度，當(dāng)有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，在底層就可以測(cè)得接觸點(diǎn)處的電壓，再根據(jù)該電壓與電極(X+)之間的距離關(guān)系，知道該處的X坐標(biāo)。然后，將電壓切換到底層電極(Y+，Y-)上，并在頂層測(cè)量接觸點(diǎn)處的電壓，便可得知觸摸者的意圖。測(cè)量觸點(diǎn)坐標(biāo)電原理圖如圖1所示。

2 TSC2046的工作方式和控制字
    TSC2046的輸入方式分差分輸入和單端輸入兩種，可設(shè)置為8位或12位工作模式。本文以12位差分輸入模式進(jìn)行工作。TSC2046的控制字如表1所示。

    表1中S為數(shù)據(jù)傳輸起止標(biāo)志位，該位值恒為“1”。A2～A0用于對(duì)TSC2046輸入通道的選擇，確定觸摸屏體輸出模擬電壓從哪個(gè)引腳輸入。MODE用于確定A／D轉(zhuǎn)換的精度，為0時(shí)選擇12位，為1時(shí)選擇8位。確定輸入模式，為0時(shí)選擇差分模式，為1時(shí)選擇單端模式。差分模式是一種比率度量轉(zhuǎn)換方式，轉(zhuǎn)換的結(jié)果總是觸摸屏上分布的電阻值百分比，差分模式能有效消除內(nèi)部開關(guān)電阻帶來的轉(zhuǎn)換誤差。相應(yīng)的差分輸入模式下的輸入配置如表2所示。

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3 典型應(yīng)用
    LPC2132是飛利浦公司的一款基于支持實(shí)時(shí)仿真的16／32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器芯片，并帶有16KB SRAM和64 kB嵌入的高速FLASH存儲(chǔ)器，內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口(范圍從多個(gè)UART，SPI和SSP到兩條I2C總線)、多個(gè)32位和16位定時(shí)器、1個(gè)改良的10位ADC、所有定時(shí)器上輸出匹配的PWM特性、以及具有多達(dá)13個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳的32條高速GPIO線等硬件資源。
    LPC2132的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。

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    LPC2132芯片操作電壓為3．0～3．6V，本系統(tǒng)采用3．3V供電，便于供電電壓統(tǒng)一。晶振采用常規(guī)直插晶振11．0592MHz。由于LPC2132芯片的高速度、低功耗、低工作電壓導(dǎo)致其噪聲容限低，對(duì)電源的紋波、瞬態(tài)響應(yīng)性能、時(shí)鐘源的穩(wěn)定性、電源監(jiān)控等諸多方面的要求較高。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用微處理器專用的電源監(jiān)控芯片STM811，如圖2所示。該芯片在初次上電和系統(tǒng)電壓小于3 V時(shí)會(huì)輸出復(fù)位信號(hào)，同時(shí)此芯片不需要任何外圍電路，且?guī)в惺謩?dòng)復(fù)位功能。本系統(tǒng)外設(shè)只有一個(gè)就是TSC2046。LPC2132和觸摸屏控制器連接如圖3所示，SCK0引腳為SPI時(shí)鐘，MOSI引腳為SPI主機(jī)輸出從機(jī)輸入，MISO引腳為SPI主機(jī)輸入從機(jī)輸出，這三根線為SPI總線。2046_CS為TSC2046的片選引腳，PENI RQ為筆中斷信號(hào)，CZ6為觸摸屏連接口。

4 程序設(shè)計(jì)
    本文的驅(qū)動(dòng)程序以上面所設(shè)計(jì)的硬件為基礎(chǔ)。TSC2046的驅(qū)動(dòng)程序通過標(biāo)準(zhǔn)SPI(Serial Peripheral Interface)協(xié)議和LPC2132通信。當(dāng)觸摸屏被按下(即有觸摸事件發(fā)生)時(shí)，則TSC2046通過PENIRQ中斷引腳向LPC2132發(fā)中斷請(qǐng)求。LPC2132接到請(qǐng)求后，應(yīng)延時(shí)一下再響應(yīng)其請(qǐng)求，目的是為了消除抖動(dòng)使得采樣更準(zhǔn)確。也可以嘗試3次采樣取最后一次結(jié)果為準(zhǔn)，目的也是為了消除抖動(dòng)。LPC2132驅(qū)動(dòng)觸摸屏工作的程序流程如圖4所示。

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    采用中斷方式處理來自TSC2046的PENIRQ中斷引腳的中斷申請(qǐng)，在主程序中要設(shè)置相應(yīng)的中斷源。在實(shí)際應(yīng)用中，采用查詢PENIRQ中斷引腳電平的方式，比較節(jié)省系統(tǒng)資源。
    根據(jù)TSC2046的Datasheet，TSC2046的控制字及數(shù)據(jù)傳輸格式見表1。選擇控制字如下：0x94，即從觸摸屏的“X+”引腳得到Y(jié)坐標(biāo)的AD值；0xe4，從觸摸屏的“Y+”引腳得到X坐標(biāo)的AD值。
    觸摸屏的相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序如下：


5 結(jié)語
    本文以ARM處理器的LPC2132芯片和TSC2046觸摸屏控制器為硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)了嵌入式系統(tǒng)觸摸屏交互功能模塊，此方法已經(jīng)在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用，觸摸響應(yīng)效果良好。