0 引言

人機(jī)交互界面的種類較多，如鍵盤,、數(shù)碼管顯示器,、液晶顯示器及帶觸摸的液晶屏等。決定人機(jī)交互接口方式的主要因素是成本和實(shí)際應(yīng)用的需要,。近十年來,，液晶觸摸屏以功耗低、重量輕,、精度高和良好的人機(jī)界面等技術(shù)特點(diǎn),，在電子設(shè)備特別是手持類電子產(chǎn)品中得到了普遍應(yīng)用。帶觸摸的液晶屏,，只要能測量出觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)位置,，即可根據(jù)屏上對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的顯示內(nèi)容或圖符獲知觸摸者的意圖， 通過微處理器處理聲音,、圖像,、文字及觸摸輸入控制等信息，使之成為能進(jìn)行信息存取,、輸入和輸出的集成系統(tǒng),。基于微控制器與液晶模塊的硬件接口設(shè)計(jì)及軟件編程在智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有著重要的應(yīng)用價(jià)值,。ARM 微處理器,，運(yùn)算速度快、資源豐富,、性價(jià)比高,，是當(dāng)前較為流行的嵌入式控制器。本文介紹的一款基于ARM7微處理器LPC2148 接口的3.2 寸液晶觸摸屏,，具有精度高,、彩色顯示逼真,、應(yīng)用靈活等特點(diǎn)，可作為中高檔電子產(chǎn)品字符,、圖像的顯示及人機(jī)對話的窗口,。

1 總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。液晶觸摸屏系統(tǒng)由31 2寸TFT 液晶屏模塊,、觸摸屏和ARM 微處理器控制板組成,。

觸摸屏由觸摸傳感部件和觸摸屏控制器ADS7843 組成，觸摸傳感部件安裝在LCD 液晶屏前面,，用于檢測用戶觸摸位置,，用戶觸摸信息送往ADS7843 控制器，并轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo),，送給ARM7 控制板,，LPC2148 微處理器與液晶及觸摸模塊相連接，根據(jù)接收到的觸摸信息,，進(jìn)行信號運(yùn)算和處理,，輸出蜂鳴器等控制信號，控制液晶屏實(shí)現(xiàn)用戶畫面和數(shù)據(jù)的顯示,。

圖1 液晶觸摸屏系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

2 電路及原理

2.1 液晶觸摸屏原理及ADS7843 觸摸控制電路

原理如圖2 所示,。

U1為3.2 英寸TFT液晶模塊,，+3.3V 供電,；內(nèi)置SSD1289 液晶控制器；液晶屏分辨率為240×320 像素,；屏幕顏色26 萬色,；屏幕尺寸為57mm×79mm， 有效顯示面積為51mm×65mm.SSD1289 液晶控制器由16 位并行數(shù)據(jù)接口,、內(nèi)部控制器和LCD 驅(qū)動(dòng)器組成,。液晶數(shù)據(jù)傳輸方式為16 位并行方式，LPC2148 的16 根I/ O 口線分別接液晶模塊的DB0~DB15.PWM 為亮度驅(qū)動(dòng)控制輸入,，經(jīng)9013 三極管放大后作為液晶背光,。

觸摸屏部分由觸摸傳感部件和觸摸屏控制器ADS7843（ U2） 組成。

圖2 液晶模塊及觸摸電路原理

觸摸傳感部件是一個(gè)四線電阻屏幕,，屏上引出四根線,，分別對應(yīng)X 軸和Y 軸各兩根。測量X 方向的時(shí)候,，將X + ,， X- 之間加上參考電壓Vref ， Y- 斷開,，Y + 作為A / D 輸入,，獲得X 方向的電壓,；同理測量Y 方向的時(shí)候，將Y+ ,， Y- 之間加上參考電壓Vref,，X - 斷開，X + 作為A/ D 輸入,，進(jìn)行A/ D轉(zhuǎn)換獲得Y 方向的電壓,，之后再完成電壓與坐標(biāo)的換算，整個(gè)過程類似一個(gè)電位器,，觸摸不同的位置分得不同的電壓,。

以上所需要的參考電壓、A/ D轉(zhuǎn)換等工作由觸摸屏控制器ADS7843 直接完成的,，微處理器只需將相應(yīng)的控制命令傳輸?shù)紸DS7843 即可,，以獲得相應(yīng)電壓的數(shù)據(jù)。

ADS7843是TI公司生產(chǎn)的四線電阻觸摸屏轉(zhuǎn)換接口芯片,。它是一款具有同步串行接口的12 位取樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器,。在125kHz 吞吐速率和2.7V 電壓下，功耗為750LW.在關(guān)閉模式下,，功耗僅為0.5LW.由于具有低功耗和高速等特性,，被廣泛應(yīng)用在電池供電的小型手持設(shè)備上。

ADS7843 與LPC2148的連結(jié)關(guān)系如圖3 所示,。ADS7843工作電壓+ 3.3V,， 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入（ X+ 、Y+ ,、X- ,、Y- ）是一個(gè)4 通道多路器；DCLK（第4 引腳） 是外部時(shí)鐘輸入引腳,；CS（第3 引腳） 是片選輸入端,，低電平有效； DIN（第2引腳） 是串行輸入,，控制數(shù)據(jù)通過該引腳輸入,；DOUT第16 引腳）是串行數(shù)據(jù)輸出，用于輸出轉(zhuǎn)換后的觸摸位置數(shù)據(jù),，最大數(shù)為二進(jìn)制的4095; PENIRQ（第15 引腳） 是PEN中斷,，用于觸摸顯示屏后引發(fā)一個(gè)中斷。

　2.2 微處理器控制電路

原理如圖3 所示,。

圖3 微處理器控制電路原理圖

（1）LPC2148微處理器

ARM 處理器占有市場份額高,，具有性能高、成本低,、能耗省等特點(diǎn),。圖3 中LPC2148（U3）是PHILIPS 半導(dǎo)體公司推出的一個(gè)基于ARM7TDMI- S 核,、支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32 位嵌入式ARM7 微處制器。該處理器內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口,、14 通道10 位ADC,、1 通道10 位DAC、45 個(gè)高速GPIO 線以及多達(dá)9 個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳,。處理器集成有40kB 的片內(nèi)SRAM,、512kB 嵌入的高速Flash 存儲(chǔ)器，128 位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行,， 為通信網(wǎng)關(guān),、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件modem,、語音識別,、低端成像等應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能，適合于彩色液晶的圖片處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ),。

（2）復(fù)位和晶振電路

LPC2148 第57 腳為復(fù)位信號輸入端,，采用低電平復(fù)位，由C3,、R9,、R10、K1 構(gòu)成的復(fù)位電路為系統(tǒng)提供上電復(fù)位和強(qiáng)制復(fù)位功能,，K1 為系統(tǒng)強(qiáng)制復(fù)位按鍵,。晶振電路由X1（12MH z） 、C7,、C8 構(gòu)成,，支持微控制器芯片內(nèi)部PLL 及ISP功能,；X2（321 768KH z）,、C9、C10 為RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）提供基準(zhǔn)時(shí)鐘,。

（3） 資源分配

LPC2148 的P0.8~ P0.23 作為16 位數(shù)據(jù)線（ D0~ D15） ,，經(jīng)JP1 插座與液晶模塊的DB0 ~ DB15 連接；P0.0,、P0.26,、P0.28~ P0.31 作為液晶模塊的控制口線使用，經(jīng)JP1 分別與液晶模塊的PWM,、CS,、RESET 、RS,、RD 和WR 連接,；P0.27,、P1.16~ P1.20 用于觸摸屏控制，通過JP1 的連接分別接ADS7843 的BUSY,、7843- CS （ CS ） ,、DCLK、DIN,、INT（ PENIRQ）和DOUT 引腳,。

P1.26~ P1.31 作為JTAG 功能使用，JP2 為微處理器JTAG 程序調(diào)試及下載端口,。

P0.25 作為蜂鳴器控制口線,，蜂鳴器電路用于液晶觸摸或顯示時(shí)發(fā)出蜂鳴聲響，作為人機(jī)對話的輔助功能,。蜂鳴器使用PNP 三極管8550（Q2）進(jìn)行驅(qū)動(dòng),，其放大倍數(shù)高（hFE =300），基級偏置電阻R8 為1k,，當(dāng)輸入低電平時(shí),，Q1 為深度飽和導(dǎo)通，可為蜂鳴器提供足夠的電流,。

（ 4） 電源電路

LPC2148 為單電源供電,，CPU 操作電壓為3.0~ 3.6V。

電路采用+ 3.3V 供電,，外接+ 5V 直流電源經(jīng)AMS1117（U4） 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后,，輸出+ 3.3V 電壓，給液晶模塊和ADS7843 供電,。AMS1117 的特點(diǎn)是輸出電流大（ 800mA） ,，輸出電壓精度在1%以內(nèi)，具有電流限制和熱保護(hù)功能,，穩(wěn)定性好,。C4、C5,、C6 均為電源濾波電容,。

3 軟件編程

3.1 對液晶屏的C 程序設(shè)計(jì)

液晶屏的軟件設(shè)計(jì)采用C 語言編程。包括液晶屏初始化,、寫液晶控制字,、寫液晶數(shù)據(jù)子程序、讀液晶液晶數(shù)據(jù),、全屏顯示單色,、指定位置顯示漢字和字符、指定位置顯示圖片,、清屏等子程序,。

寫液晶數(shù)據(jù)子程序?yàn)椋?/p>

3.2 對觸摸屏的C 程序設(shè)計(jì)

觸摸屏的程序設(shè)計(jì)主要是確定其位置坐標(biāo)與液晶屏上位置坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系,，通過一定的算法把觸摸屏觸摸信息轉(zhuǎn)化為液晶屏上的位置坐標(biāo)。液晶屏像素為240×320,， 從觸摸屏接收到的X 值不在0~ 320 范圍變化,、Y 值也不在0~ 240范圍變化， 在觸摸屏的邊緣區(qū)域,，X ,、Y 方向輸出數(shù)據(jù)變化較大，是非線性關(guān)系,，坐標(biāo)值在中間大部分范圍內(nèi)基本是成線性變化的,。為了較準(zhǔn)確的進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，可采用線性求值和查表相結(jié)合的方式進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,。

觸摸屏的C 程序設(shè)計(jì)主要包括觸摸屏初始化子函數(shù),、讀A/ D 轉(zhuǎn)換值子函數(shù)、坐標(biāo)原始值子函數(shù)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換子函數(shù),。

與ADS7843 相關(guān)的引腳C 程序預(yù)處理為：

讀A/ D 轉(zhuǎn)換值子函數(shù)：

4 結(jié)束語

在嵌入式智能設(shè)備中,，用液晶觸摸屏取代傳統(tǒng)的按鍵、LED 等人機(jī)對話部件,，具有操作簡便,、界面友好及功能較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著LCD 液晶屏價(jià)格的進(jìn)一步下降,，液晶觸摸屏有著更寬廣的應(yīng)用市場,，基于ARM 微處理器與液晶觸摸屏的技術(shù)開發(fā)具有現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本系統(tǒng)以ARM7 處理器LPC2148 作為主控制器,，與傳統(tǒng)單片機(jī)相比,，具有較大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和較快的圖片處理速度；液晶屏帶觸摸功能,，大大增強(qiáng)了人機(jī)對話的交互能力,；基于C 語言的編程方法有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。所設(shè)計(jì)的液晶觸摸屏應(yīng)用于ARM 嵌入式創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)和便攜式鐵路平調(diào)裝置故障檢測儀,，觸摸鍵反應(yīng)靈敏,，與ARM7 處理器接口電路運(yùn)行可靠，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性,，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。