ARM HMS30C7202與觸摸屏接口電路的設計

1.導言

隨著現(xiàn)代計算機技術和互聯(lián)網技術的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)開始占據(jù)市場主流。因32位ARM嵌入式處理器具有高性能、低功耗的特性，它已廣泛應用于科學研究、工程設計，軍事技術，商業(yè)文化藝術及消費產品。而觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，具有堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間、易于交流等優(yōu)點。主要用于公共信息的查詢、工業(yè)控制、軍事指揮、旅游、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學和房地產預售等場所。因此，本文著重討論基于嵌入式微處理器HMS30C720與觸摸屏控制器的接口設計和底層串口驅動與上層microwindows圖形界面結合的編程設計方法，以實現(xiàn)觸摸屏對嵌入式設備之間的控制。

2.系統(tǒng)的整體結構

該系統(tǒng)的整體結構如圖1所示：本系統(tǒng)由ARM單元，觸摸屏控制單元構成。ARM單元主要接收觸摸屏控制單元的位置數(shù)據(jù)信息并根據(jù)位置信息調用ARM的控制和應用程序。我們選用Hynix公司的ARM CPU HMS30C7202作為ARM系統(tǒng)單元的主芯片。它是基于以太網應用系統(tǒng)的高性價比16/32位RISC微控制器，內含一個由ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI RISC處理器核^[1，4]。觸摸屏控制單元主要完成信號放大與處理、A/D。根據(jù)數(shù)字信號識別用戶點擊的觸摸屏上的圖標位置。并調用該圖標應執(zhí)行相應指令。我們選用深圳某公司的觸摸屏控制器。該觸摸屏控制器具有串行通信接口，分辨力高等特點。

圖1 系統(tǒng)的整體結構

3．硬件電路的設計

3.1 LCD接口電路

HMS30C7202內建LCD顯示控制器，并且有專用視頻DMA控制器和視頻總線連接SDRAM控制器。分開的總線使LCD的刷新不需要ARM的控制，數(shù)據(jù)傳送完全由DMA控制器控制，提高了整個系統(tǒng)的性能。HMS30C7202支持彩色、單色STN液晶顯示器和TFT彩色液晶顯示器，顯示分辨率可達640480，本系統(tǒng)平臺采用16位真彩色，采用565配色方案，5位紅色、6位綠色、5位藍色。而TFT顯示器都采用18根數(shù)據(jù)線，因此，將紅色和藍色數(shù)據(jù)線最低位接地。除數(shù)據(jù)線外LCD接口還有行、場同步信號、LCD時鐘信號，LCD控制信號，可分別接CPU的LCD控制輸出LLP，LFP，LAC。

3.2觸摸屏硬件電路

3．2．1四線電阻式觸摸屏

如圖2所示是 四線電阻式觸摸屏原理示意圖，四線觸摸屏包含兩個阻性層。其中一層在屏幕的左右邊緣各有一條垂直總線，另一層在屏幕的底部和頂部各有一條水平總線。為了在X軸方向進行測量，將左側總線偏置為0V，右側總線偏置為V_REF。將頂部或底部總線連接到ADC，當頂層和底層相接觸時即可作一次測量。為了 在Y軸方向進行測量，將頂部總線偏置為V_REF，底部總線偏置為0V。將ADC輸入端接左側總線或右側總線，當頂層與底層相接觸時即可對電壓進行測量。對于四線觸摸屏，最理想的連接方法是將偏置為V_REF的總線接ADC的正參考輸入端，并將設置為0V的總線接ADC的負參考輸入端.

3．2．2 觸摸屏串口控制器接口定義

觸摸屏器接口引腳與RS232串口引腳功能關系表如表1所示。RS232串口引腳為9腳，只使用了5個腳，觸摸屏電源供給由PS/2接口4腳提供。

表1 觸摸屏器接口引腳與RS232串口引腳功能關系表

4．通信協(xié)議的確定及軟件設計

4．1觸摸屏串口控制器的通信協(xié)議的具體分析

由于公司的商業(yè)原因，不提供源程序和通信協(xié)議，也沒有HMS30C7202的驅動程序，我們借助串口調試助手和存儲示波器分析，得出了串口觸摸屏控制器的通信協(xié)議，其傳輸速率為9600，一幀數(shù)據(jù)為10位，起始位為1，8位數(shù)據(jù)位，停止位為0，無校驗位。先發(fā)低位再發(fā)高位。每一個數(shù)據(jù)包傳送5個字節(jié)數(shù)據(jù)，第一個字節(jié)為控制位，第二、第三字節(jié)為觸摸屏得到的X軸坐標值，第四、第五字節(jié)為得到的Y軸坐標。這樣我們就獲得了觸摸屏控制器的通信協(xié)議，為在linux系統(tǒng)下編寫相應的觸摸屏程序提供了基礎.

4.2 觸摸屏串口通信程序的設計

首先在linux系統(tǒng)下編寫一個對應于觸摸屏的串口通信程序，用交叉編譯器編譯后，下載至目標板ARM，運行之后，點擊觸摸屏得到觸摸屏輸出數(shù)據(jù)。在這個程序中，我們的目的是建立觸摸屏串口控制器和ARM7 串口1之間的通信，使其讀取的數(shù)據(jù)顯示在對應的LCD顯示器屏幕上，設置好相應的波特率，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗位和停止位，便可對觸摸屏串口控制器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行讀取操作。主程序流程圖如圖3所示^[3]。

圖3 主程序流程圖

4．3 觸摸屏與LCD顯示器坐標的換算和Microwindows編程實現(xiàn)

本設計采用microwindows0.90版本，編寫程序時,不必關心底層的驅動，直接調用上層的API.而不需編寫底層的驅動.這里采用的方法是在microwindows中編寫對應于觸摸屏串口接收程序,然后比較microwindows窗口坐標和串口數(shù)據(jù)中的坐標值,如果在一定范圍內,則產生一個相應的事件^[2]。 用一個數(shù)組來接收串口送過來的數(shù)據(jù)，再從數(shù)組中取出觸摸屏的位置信息。觸摸屏的坐標原點及分辨率都不同，這也需要進行轉換。具體轉換的公式為：

我們設觸摸屏如下：右下角為原點坐標（x₁,y₁），橫軸為x軸，豎軸為y軸，右上角坐標（x₁,y₂），左上角坐標（x₂,y₂），右上角坐標（x₂,y₁），分辨率為40964096；ARM7所接LCD的坐標原點在左上角，橫軸為x軸，豎軸為y軸分辨率為640480，則我們的坐標轉換公式為：

x_LCD=640-[640(x-x₁)/(x₂-x₁)] （4-1）

y_LCD=480-[480(y-y₁)/(y₂-y₁)] （4-2）

因觸摸屏的分辨率為40964096，則x₂-x₁和y₂-y₁的值均為4096；坐標轉換公式為：

X_LCD=640-640z₁/4096; （4-3）

Y_LCD=480-480z₂/4096; （4-4）

其中，公式中的z₁,z₂坐標為觸摸屏坐標，它的獲取方法：由數(shù)組buffer[ ]接收串口送來的數(shù)據(jù)，我們要從數(shù)組中取出有用的坐標信息。

x1=buffer[6]; x2=buffer[7]; x3=buffer[3]; x4=buffer[4];

這里我們用四個8位元素來獲得兩個16位坐標信息。那么就需要將兩個8位的坐標數(shù)據(jù)，轉換為一個16位的數(shù)據(jù)，具體轉換如下：

y1=x18; y1 |=x2; /*兩個8位數(shù)據(jù)移位成16位數(shù)據(jù)*/

y2=x38; y2 |=x4;

那么此時的y1,y2便是我們觸摸屏的坐標信號了。轉換之后，顯示器和觸摸屏的坐標就對應起來了，在microwindows下建立一個窗口，設定它的坐標值及大小，這時在用microwindows的消息處理函數(shù)，如果觸摸范圍（觸摸屏在屏幕上對應坐標）在窗口的坐標范圍內，則產生一個相應的事件，我這是在窗口上打印一條Touched信息的事件，在窗口范圍外觸摸觸摸屏時，打印Nottouched信息。編寫一個程序點觸觸摸屏上相應的位置，就會在屏幕上的對應位置上輸出一個新的窗口，且位置比較準確。如圖4-9所示為點觸摸屏時LCD顯示器顯示的觸點響應位置。

圖7 點觸摸屏時LCD顯示器顯示的位置

結論

通過調試和測試，完全達到設計要求。本設計創(chuàng)新之處是：成功將深圳某公司的觸摸屏控制器運用到HMS32C7202嵌入式控制系統(tǒng)中，在對方沒有提供通信協(xié)議和驅動程序情況下，分析了該控制器的通信協(xié)議，編寫了ARM的驅動程序。分析了LCD與觸摸屏的物理換算關系，然后編寫上層程序，通過microwindows的API進行相關調用，使底層數(shù)據(jù)與上層圖形界面建立了聯(lián)系。最后編寫相應的事件處理和響應程序，通過點觸觸摸屏的圖形界面完成對ARM的操作。該接口已應用于本人開發(fā)的基于Internet網絡通信的嵌入式系統(tǒng)平臺中。

參考文獻
[1] Hynix Semiconductor Inc.HMS30C7202www.hynix.com
[2]吳明暉等.基于ARM的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應用.人民郵電出版社.2004.6
[3]李中奇.嵌入式Linux系統(tǒng)中觸摸屏控制的研究與實現(xiàn).現(xiàn)代顯示.2005.2.19-22[4]楊光友等.嵌入式微處理器ARM7202觸摸屏接口設計.微計算機信息.2004.4,2004.4.75-76

作者簡介：王洪、男、1963.4、高級工程師、湖南省教育廳科學研究資助項目（03C211）,主要從事數(shù)字電視與嵌入式系統(tǒng)研究與開發(fā)