基于PIC32MX的液晶觸摸屏人機界面設計
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PIC32MX是Microchip公司推出的新型32位高性能系列單片機。采用改進的哈佛架構、C編譯器優(yōu)化的指令集、流水線取指令方式，具有實用、指令集小、體積小、功耗低、速度高、功能強、抗干擾能力強等特點。除了本文主要介紹的8位／16位并行控制接口模塊和10／12位的A／D轉(zhuǎn)換器(500 Ksps)外，還提供了CAN、UART、SPI、I2C等豐富的外圍接口，可以方便地與其他設備進行通信。彩色液晶觸摸屏不僅可以顯示字符、數(shù)字、圖形、曲線及漢字，還具有觸摸功能，用途十分廣泛。
工業(yè)上用32位單片機PIC32MX460F512L來控制帶觸摸屏的液晶顯示器是一種理想的方案。本文使用PIC32MX460F512L的并行接口模塊，按照8080時序驅(qū)動所羅門公司的SSD1926芯片，實現(xiàn)了5．7 in TFT彩色液晶觸模屏的觸摸和顯示功能。該方案在噴水織機控制應用中，已經(jīng)整體實現(xiàn)了數(shù)據(jù)輸入／輸出、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理及傳輸?shù)纫幌盗猩衔粰C功能，而且用戶界面友好。
1 PIC32MX與SSD1926的接口電路
SSD1926是一款中小規(guī)模的顯示控制芯片。采用128引腳LQFP封裝，256 KB靜態(tài)存儲空間和2D圖像引擎，可以支持單色和彩色LCD；32位內(nèi)部數(shù)據(jù)通道，可以提供高帶寬的顯示內(nèi)存，以實現(xiàn)快速的屏幕刷新；擁有MMC／SD接口，可以與SD卡等外部存儲器件方便地進行數(shù)據(jù)交換；采用單電源供電和單時鐘輸入，具有很短的CPU訪問延遲時間，可以支持無READY／WAIT信號的微處理器。這些特點能夠極大地簡化外圍電路的設計。同時，SSD1926還具有強大的總線兼容性，可與多種類型的MCU連接，除了支持SRAM接口與ARM系列連接、ISA接口與NEC系列連接外，還支持8／16位8080時序間接尋址方式，能夠方便地與各種具有并口的MCU連接。本文使用：PIC32MX460F512L的8位／16位并行控制接口模塊與SSD1926接口。硬件接口框圖如圖1所示。
CS為片選信號，RS為地址與數(shù)據(jù)選擇信號，RESET為復位信號，都可以由通用I／O口進行控制，分別用RC1、RC2和RC3與其連接。數(shù)據(jù)總線DB[15：0]與并行控制接口模塊中的PMD[15：0]引腳分別對接。WR和RD為讀寫信號，由并行控制接口模塊中的PMWR和PMRD引腳分別控制。SSD1926對接收到的數(shù)據(jù)進行處理之后，再通過與LCD的接口驅(qū)動TFT彩色液晶屏進行顯示。
2 觸摸功能的軟硬件設計
電阻式觸摸屏處于與外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，可以用任何物體來觸摸，可以寫字畫圖，廣泛應用于工業(yè)控制領域中。觸摸屏工作時，上下導體層可以看作電阻網(wǎng)絡。當某一層電極加上電壓時，會在該電阻網(wǎng)絡上形成電壓梯度。若外力使得上下兩層電極在某一點相接觸，則在電極未施加電壓的另一層可以檢測出接觸點的電壓，從而換算出接觸點的坐標值。本文選用4線電阻式觸摸屏，其電阻網(wǎng)絡工作原理如圖2所示。
系統(tǒng)工作時，首先把AN11／RB11、AN4／RB4復用引腳設置為I／O引腳。RB11輸出高電平(+3．3 V)，RB4引腳輸出低電平(0 V)，在頂層的電極X+、X-上即產(chǎn)生了3．3 V的電壓。當有外力使得上下兩層在某一點接觸時，在底層Y+、Y-引腳上就會輸出接觸點處的電壓。此時，AN10／RB10、AN5／RB5設置為A／D輸入通道。采樣此引腳上的電壓信號，即可得到Y+、Y-引腳上的電壓值，根據(jù)下式可以計算出X坐標：
觸點X坐標=X軸分辨率×X相電壓采樣值／1 024
本文為10位精度A／D采樣，3．3 V輸入時對應的采樣值即為1 024。然后，改變4個引腳的輸出定義，將A／D輸入引腳RB10設置為I／O引腳輸出高電平，RB5設置為I／O引腳輸出低電平，將3．3 V電壓切換到底層電極Y+、Y-上，設置AN11和AN4為A／D輸入引腳。對X+、X-引腳進行A／D采樣，測量得到接觸點處的Y相電壓，根據(jù)下式可以計算出Y坐標：
觸點Y坐標=y軸分辨率×y相電壓采樣值／1 024
在工業(yè)應用中，由于A／D采樣信號為模擬量輸入，很容易受到現(xiàn)場環(huán)境的電磁干擾。除了在硬件上設計濾波電路等抗干擾措施外，還需要在軟件中設計抗干擾算法，具體軟件流程如圖3所示。通過采樣兩次輸入進行比較的方法，能夠有效地減少由A／D采樣模擬信號源帶來的干擾。根據(jù)采樣得到的X、Y坐標值，能夠準確地知道觸摸屏上接觸點的位置，再根據(jù)X、Y坐標的歷史值，還能夠分析出接觸點的狀態(tài)是接觸、移動，還是放開等狀態(tài)。
3 顯示觸摸功能的綜合實現(xiàn)
PIC32MX系列的并行控制接口模塊功能非常強大，只需要對其寄存器進行正確的初始化配置，即可自動適應各種并行接口的時序要求。當需要進行讀寫指令切換時，只需要改變讀寫狀態(tài)寄存器的值，芯片就會根據(jù)初始化配置時設置的值自動產(chǎn)生時序電平。在進行寫操作時，芯片也會根據(jù)設置的值，自動使數(shù)據(jù)信號達到所要求的建立電平和保持電平的時間。SSD1926相對應的寄存器配置如下：
并行接口數(shù)據(jù)傳輸時序如圖4所示。
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