1電阻式觸摸屏的工作原理

　　觸摸屏安裝在顯示屏的前端,，主要由觸摸屏檢測部件和觸摸屏控制器兩部分組成。按照工作原理和傳輸信息的介質(zhì)不同,，觸摸屏可分為電阻式,、電容感應(yīng)式、紅外線式以及表面聲波式,。其中的電阻式觸摸屏是在表面保護(hù)層和基層之間覆著2層透明導(dǎo)電層氧化銦,，而這2個(gè)導(dǎo)電層分別對(duì)應(yīng)x、y軸,，它們之間有細(xì)微透明絕緣顆粒絕緣,。當(dāng)物品按在觸摸屏上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生壓力,，從而使觸摸屏兩導(dǎo)電層接通,，一旦觸摸屏檢測部件監(jiān)測到用戶的觸摸位置，就將獲得的位置信息送入觸摸屏控制器TSC2007,，并對(duì)該寫信號(hào)進(jìn)行處理,，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，同時(shí)以中斷的方式送至S3C2440處理器,，計(jì)算出觸點(diǎn)坐標(biāo),。

　　2硬件結(jié)構(gòu)

　　TSC2007是美國德州儀器(TI)公司推出的新一代4線制觸摸屏控制器，它在與觸摸屏配合使用時(shí),，一旦檢測到筆或手指點(diǎn)觸摸在屏上,，可迅速得到該點(diǎn)的位置信號(hào)，從而達(dá)到在觸摸屏表面上尋址的目的,。

　　TSC2007是典型的逐步逼近式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。TSC2007的引腳與TPSC2003的引腳完全兼容,，具有片內(nèi)溫度測量,、觸摸壓力測量和預(yù)處理三個(gè)功能。TSC2007的I2C接口,，以標(biāo)準(zhǔn)模式,、高速模式和超高速模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通訊。為了與其他ARM芯片兼容,，設(shè)計(jì)中沒有使用S3C2440內(nèi)置的A／D通道,，而是采用了外擴(kuò)控制器TSC2007的方法，通過I2C總線方式與S3C2440通信,。由于在嵌入式系統(tǒng)I2C總線中,，S3C2440是總線上的主機(jī)，TSC2007是從機(jī),，而I2C系統(tǒng)有2個(gè)引腳,，分別是串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘線SCL。因此,，設(shè)計(jì)中S3C2440的GPE14和GPE15分別作為I2C總線的SCL和SDA線，其觸摸屏控制器接口電路如圖1所示,，圖中的SDA和SCL線都是雙向的,。

　　3觸摸屏的驅(qū)動(dòng)

 

　　在Linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是一組相關(guān)函數(shù)的集合,，它包括設(shè)備服務(wù)子程序和中斷處理程序,。其中的設(shè)備服務(wù)子程序包含了所有與設(shè)備相關(guān)的代碼，每個(gè)設(shè)備服務(wù)子程序只處理一種設(shè)備或者緊密相關(guān)的設(shè)備,，從設(shè)備無關(guān)的軟件中接受抽象的命令并執(zhí)行它,。當(dāng)執(zhí)行一條請(qǐng)求時(shí)，具體操作是根據(jù)控制器對(duì)驅(qū)動(dòng)程序提供的接口,，并利用中斷機(jī)制去調(diào)用中斷服務(wù)子程序配合設(shè)備來完成這個(gè)請(qǐng)求,。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序利用結(jié)構(gòu)file_operations與文件系統(tǒng)聯(lián)系起來，設(shè)備的各種操作的入口函數(shù)放在結(jié)構(gòu)file_operations中,，其中包括open(),、release()、read()和write()等接口,，從而簡化了驅(qū)動(dòng)程序的編寫工作,。這樣，應(yīng)用程序根本不必考慮操作的是設(shè)備還是普通文件,，可一律視為文件來處理,，具有非常清晰統(tǒng)一的I／O接口,。其觸摸屏的file_operations結(jié)構(gòu)定義如下：

　　本結(jié)構(gòu)的主要作用是為不同的設(shè)備提供一致的接口。如在應(yīng)用程序中,，對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行讀操作都使用read函數(shù),，寫操作則都使用write函數(shù)。因此,，編寫觸摸屏驅(qū)動(dòng)的實(shí)際工作并不復(fù)雜,。

 

　　3.1驅(qū)動(dòng)工作流程

　　首先初始化觸摸屏控制器，然后初始化脈寬調(diào)制計(jì)時(shí)器(PWMTIMER),，可以選擇計(jì)時(shí)器4為時(shí)鐘,，定義10ms中斷1次，以提供觸摸屏采樣時(shí)間基準(zhǔn),，即10ms觸摸屏采樣1次,。而后映射觸摸屏中斷向量和定時(shí)器中斷向量到響應(yīng)程序，觸摸屏中斷處理程序是判斷觸摸屏是否被按下了,，若觸摸屏被按下,，則給全局變量Flag_Trouch賦值為Touch_Down，否則賦值為Touch_Up,。若計(jì)時(shí)器中斷處理程序判斷Flag_Touch被賦值為Touch_Down,，則給全局變量StartSample置位，以控制觸摸屏采樣,。然后系統(tǒng)通過S3C2440_get_xy()獲得采樣值,，對(duì)得到的觸摸屏的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。接下來是對(duì)觸摸屏的校準(zhǔn),，最后是中斷的釋放和注冊模塊的卸載,。其具體的觸摸屏驅(qū)動(dòng)工作流程圖如圖2所示。

 

 

　　3.2設(shè)備初始化模塊

　　設(shè)備初始化模塊的主要功能是：初始化設(shè)備,、向內(nèi)核注冊設(shè)備等,。具體實(shí)現(xiàn)函數(shù)如下：

 

  

　　3.3采樣值的獲得

　　首先啟動(dòng)TSC2007的A／D轉(zhuǎn)換,。等待一段時(shí)間后,，調(diào)用S3C2440_get_xy()函數(shù)，這個(gè)函數(shù)的功能是獲得觸摸屏的位置，首先從TSC2007的一個(gè)通道獲得x的坐標(biāo)值,，然后在從另一個(gè)通道獲得y的坐標(biāo)值,，判斷返回觸摸點(diǎn)坐標(biāo)值是否在有效范圍內(nèi)，如果在有效范圍內(nèi)則采樣標(biāo)志ts_pressure=1,，如果不在有效范圍之內(nèi),，其采樣標(biāo)志ts_pressure=0。read函數(shù)中通過調(diào)用copy_to_user(buffer,，dbuf,，length)，可將內(nèi)核空間數(shù)據(jù)拷貝到用戶空間,。

 

　　3.4采樣值的處理

　　函數(shù)Touch_CoordinateConversion完成觸摸屏采樣值轉(zhuǎn)換成顯示坐標(biāo),，其中TOUCH_MAX_Y和TOUCH_MIN_Y是觸摸屏X坐標(biāo)采樣值的最大和最小值；X坐標(biāo)同理,。若使用的是320×240的TFT屏,，則Y坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換程序如下：

 

　　3.5觸摸屏的校準(zhǔn)

　　在實(shí)際的應(yīng)用中，通常觸摸屏是作為與顯示屏配合使用的輸入設(shè)備,，需要從觸摸屏采樣得到的坐標(biāo)與屏幕的顯示坐標(biāo)做一個(gè)映射,。文中觸摸屏設(shè)計(jì)采用的是三點(diǎn)校準(zhǔn)的方法，與兩點(diǎn)校準(zhǔn)相比,，三點(diǎn)校準(zhǔn)的模型考慮到變相和旋轉(zhuǎn),，更接近實(shí)際情況。應(yīng)用中首先選取3個(gè)相距較遠(yuǎn)且不在一條線上的3個(gè)作為校準(zhǔn)輸人的獨(dú)立采樣點(diǎn),，它們相應(yīng)的觸摸屏采樣坐標(biāo)是P0(x0,，y0)、P1(x1,，y1)、P2(x2,，y2),，顯示坐標(biāo)是PD0(xD0，yD0),、PD1(xDl,，yD1)、PD2(xD2,，yD2),。直角坐標(biāo)平面的兩個(gè)點(diǎn)P和PD，定義P為觸摸屏空間的坐標(biāo)點(diǎn),，PD為顯示屏空間的坐標(biāo)點(diǎn),，P可以經(jīng)過旋轉(zhuǎn)、比例和平移得到PD坐標(biāo),。PD和P點(diǎn)之間存在一次線性關(guān)系滿足：xD=Ax+By+C,，yD=Dx+Ey+F,。對(duì)于同一個(gè)設(shè)備，其中的A,、B,、C、D,、E,、F為常數(shù)，稱為校準(zhǔn)常數(shù),，故只需在觸摸屏校準(zhǔn)時(shí),，解出這6個(gè)常數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)觸摸屏空間到顯示空間的轉(zhuǎn)換,。

　　3.6中斷釋放和注冊模塊的卸載

　　設(shè)計(jì)中通過調(diào)用s3c2440_ts_cleanup_module0來實(shí)現(xiàn)中斷的釋放和設(shè)備的卸載,，分別將它們釋放在初始化過程中，其申請(qǐng)的IRQ_TIMER4,、IRQ_ADC_DONE,、IRQ_TC的中斷和字符設(shè)備的接口函數(shù)devfs_register_chrdev()具體如下：

 

　　4結(jié)束語

　　文中基于S3C2440的觸摸屏驅(qū)動(dòng)開發(fā)，考慮到與其他的ARM芯片兼容性,，并沒有使用ARM自帶的A／D通道,，而是外擴(kuò)了觸摸屏控制器TSC2007。對(duì)TSC2007的初始化,，主要是初始化TSC2007與S3C2440的I2C接口連接,，在驅(qū)動(dòng)流程中，如果觸摸筆按下就進(jìn)人中斷處理程序,，讀取x,，y坐標(biāo)，在采樣函數(shù)中設(shè)置了一個(gè)copy_to_user(buffer,，dbuf,，length)函數(shù)，將從觸摸屏連續(xù)測的數(shù)據(jù),，送入存儲(chǔ)區(qū),。

 

　　結(jié)合實(shí)際的硬件平臺(tái)，這個(gè)基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)下I2C總線接口觸摸屏設(shè)計(jì),，采用的是處理采樣數(shù)據(jù)的方法,，同時(shí)運(yùn)用了改進(jìn)的校準(zhǔn)方法，從而使該觸摸屏驅(qū)動(dòng)更能滿足實(shí)際的要求,。