1 引言
嵌入式系統(tǒng)中觸摸屏越來越廣泛地應(yīng)用,。不同的應(yīng)用領(lǐng)域觸摸屏的設(shè)計方式也各不相同,，一般有以下三種：(1)應(yīng)用觸摸屏模塊,。觸摸屏模塊提供標準的硬件接口與應(yīng)用系統(tǒng)（一般為PC或X86架構(gòu)的工控機）相連,，安裝驅(qū)動程序后即可工作,，基本無需開發(fā),；(2)擴展觸摸屏控制器。這是嵌入式系統(tǒng)中設(shè)計觸摸屏普遍使用的方法,，常用的觸摸屏控制芯片有ADS7843,、ADS7846等,，這些芯片內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器和觸摸屏的驅(qū)動電路,，同時要設(shè)計一定的軟件,；(3)與前面方式(2)相仿,，有些處理器集成了A/D轉(zhuǎn)換器,，通過IO口模擬觸摸屏的驅(qū)動信號也可實現(xiàn)觸摸屏的控制。
隨著芯片技術(shù)的發(fā)展,，處理器內(nèi)部集成的資源越來越豐富，有些芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了觸摸屏控制器,。如韓國現(xiàn)代半導(dǎo)體公司的32位ARM處理器ARM7202（HMS30C7202）芯片，其內(nèi)部集成了電阻式觸摸屏控制器,。ARM7202集成了ARM7TDMI CPU核,、存儲器管理單元(MMU)、8KB高速緩沖存儲器(Cache),主頻達70MHz,。是一高性能嵌入式處理器,。除觸摸屏控制器外，其片內(nèi)還包含了其他豐富的資源,，如LCD控制器,、SDRAM控制器、中斷控制器,、DMA 控制器等[1],。ARM7202與觸摸屏的接口在軟/硬件設(shè)計上有些與前面三種不同的方面。
2 硬件設(shè)計
2.1 電阻觸摸屏原理
電阻觸摸屏是一多層的復(fù)合膜,，由一層玻璃或有機玻璃作為基層,，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋有一層塑料層,，它的內(nèi)表面也涂有一層透明的導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細小的透明隔離點把它們隔開絕緣,，如圖1,。當手指觸摸屏幕時，平常絕緣的兩層導(dǎo)電層在觸摸點位置就有了一個接觸,，控制器檢測到這個接觸后,，其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，另一導(dǎo)電層將接觸點的電壓引至控制器進行A/D轉(zhuǎn)換,，得到電壓值后與5V相比即可得觸摸點的Y軸坐標,，如圖2。同理得出X軸的坐標。這是所有電阻觸摸屏共同的基本原理,。
2.2 ARM7202與觸摸屏的接口
ARM7202片上資源包含觸摸屏控制器,，用于控制4線電阻式觸摸屏。在5路A/D轉(zhuǎn)換通道中A0和A1是用于觸摸屏坐標采集的,，同時芯片提供ATSXP,、ATSXN、ATSYP和ATSYN四根掃描線分別對X方向和Y方向進行掃描,。ATSXP和ATSXN在X方向施加正向電壓時,，在Y方向檢測到X坐標的對應(yīng)值；同理ATSYP和ATSYN在Y方向施加正向電壓時,，在X方向檢測到Y(jié)坐標的對應(yīng)值,，分別由A0和A1采集。為了減少系統(tǒng)功耗和觸摸屏所占CPU資源,，只在有落筆時觸摸屏控制器才啟動掃描,，通過A/D轉(zhuǎn)換得到坐標的對應(yīng)值，因此需在外部設(shè)計落筆檢測電路,，如圖3所示,。圖中IRLML6302和IRLML2402分別為PMOSFET和NMOSFET，作為開關(guān)管控制X方向和Y方向的掃描輸出,。PB7接上拉電阻,，檢測落筆中斷，當有落筆時,，PB7檢測到低電平，觸發(fā)中斷,。PB6為中斷檢測電路的使能信號,，當PB6為高電平時，中斷有效,，觸摸屏掃描無效,；反之中斷無效，觸摸屏掃描有效,。
3 觸摸屏控制程序機制
不同的操作系統(tǒng)下對觸摸屏的應(yīng)用各有不同,，但都包括了設(shè)備的初始化、設(shè)備讀寫及中斷響應(yīng)等基本模塊,。觸摸屏的驅(qū)動程序涉及到兩個中斷：落筆中斷和觸摸屏A/D轉(zhuǎn)換中斷,。所包含的程序模塊有：觸摸屏初始化、落筆中斷服務(wù)程序,、A/D中斷服務(wù)程序,、濾波程序和坐標轉(zhuǎn)換程序。這里重點說明觸摸屏的兩個中斷,。
觸摸屏初始化程序完成外部電路的中斷設(shè)置和采樣率的設(shè)置，并將觸摸屏的A/D中斷和A/D轉(zhuǎn)換器電源關(guān)閉,，使外部電路中斷有效。
有落筆時,，外部中斷被觸發(fā),，進入落筆中斷服務(wù)程序。在落筆中斷服務(wù)程序中清中斷源,，關(guān)外部中斷,，使外部中斷電路無效，打開觸摸屏中斷和AD轉(zhuǎn)換器電源,。此時觸摸屏電路開始掃描觸摸屏,。觸摸屏A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，產(chǎn)生A/D中斷,，進入A/D中斷服務(wù)程序,。在觸摸屏A/D中斷服務(wù)程序中，清A/D中斷,，關(guān)觸摸屏A/D中斷,，讀A/D轉(zhuǎn)換值,。此時還要判斷落筆是否繼續(xù)，若無落筆,，開外部電路中斷,，使外部中斷電路有效，關(guān)A/D中斷和A/D轉(zhuǎn)換器電源,，進入節(jié)能模式,，如圖4(a)；若還有落筆,，要繼續(xù)開觸摸屏A/D中斷,，使外部中斷電路無效，觸摸屏的A/D轉(zhuǎn)換繼續(xù)進行,，如圖4(b)所示,。
圖4 觸摸屏程序流圖
由A/D轉(zhuǎn)換得到的值是觸摸屏上觸摸點的X坐標和Y坐標的值，要通過一定的方法轉(zhuǎn)換為顯示屏上的坐標。限于篇幅這里省略,，其原理和實現(xiàn)方法見參考文獻[2],。在A/D轉(zhuǎn)換時，每次由A/D轉(zhuǎn)換寄存器得到4組轉(zhuǎn)換值,，可以設(shè)計一個濾波程序以提高檢測精度,。
4 程序設(shè)計
觸摸屏的應(yīng)用程序模塊有：觸摸屏初始化、落筆中斷服務(wù)程序,、A/D中斷服務(wù)程序,、濾波程序和坐標轉(zhuǎn)換程序。初始化程序,、濾波程序和坐標轉(zhuǎn)換程序是一般常規(guī)通用程序,。觸摸屏驅(qū)動程序其核心是落筆中斷和A/D轉(zhuǎn)換這兩個中斷服務(wù)程序，以下是在uc/OS操作系統(tǒng)下觸摸屏驅(qū)動程序的兩個中斷服務(wù)程序,，其詳細說明見注釋,。
5 結(jié)束語
根據(jù)上述對觸摸屏工作機制的分析，筆者在實時嵌入式操作系統(tǒng)uc/OS下編寫的觸摸屏驅(qū)動程序應(yīng)用于基于ARM7202的智能控制器,，實踐證明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,，滿足了在復(fù)雜的實時多任務(wù)環(huán)境中觸摸屏快速響應(yīng)的要求。