触摸屏设计课件

College of Electrical Engineering 河南工业大学电气工程学院河南工业大学电气工程学院 Henan University of Technology 2024/7/141河南工业大学电气工程学院 Henan University College of Electrical Engineering 调试嵌入式系统程序调试嵌入式系统程序 5嵌入式系统概述嵌入式系统概述 1基于基于ARM9的硬件开发平台的硬件开发平台 2创建嵌入式系统开发环境创建嵌入式系统开发环境 4Bootloader 6嵌入式嵌入式Linux驱动程序开发驱动程序开发 8嵌入式嵌入式Linux在在ARM平台的移植平台的移植 7课课程程内内容容 Linux操作系统操作系统 3图形用户接口图形用户接口 92024/7/142调试嵌入式系统程序 5嵌入式系统概述 1基于ARM9的硬College of Electrical Engineering 第二章第二章 2024/7/143 第二章 基于ARM9处理器的硬件开发平台2023/8/1College of Electrical Engineering 2.1 ARM处理器简介处理器简介 2.2 ARM9微处理器简介微处理器简介 2.3 UP-NetARM2410-S平台介绍（补充）平台介绍（补充）重点重点重点重点 实验四：触摸屏控制实验实验四：触摸屏控制实验 2.3.3 触摸屏设计触摸屏设计 提高提高提高提高 选做选做选做选做 2024/7/144 2.1 ARM处理器简介 2.2 ARM9微处理器简College of Electrical Engineering 2.3.3 触摸屏设计触摸屏设计触摸屏是覆盖在输出设备上的输入设备，它记录触摸位置。把它覆盖在显触摸屏是覆盖在输出设备上的输入设备，它记录触摸位置。把它覆盖在显示器上，使用者可对显示的信息做出反应。触摸屏分类有如下示器上，使用者可对显示的信息做出反应。触摸屏分类有如下4种形式：种形式：电阻式触摸屏电阻式触摸屏；表面声波触摸屏；红外式触摸屏；电容式触摸屏。；表面声波触摸屏；红外式触摸屏；电容式触摸屏。最常见的触摸屏是最常见的触摸屏是电阻式触摸屏电阻式触摸屏，其屏体部分是一块与显示屏表面非常配，其屏体部分是一块与显示屏表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层上面在盖有一层外表面硬化处理，光华防刮的塑料层，它的内表的导电层上面在盖有一层外表面硬化处理，光华防刮的塑料层，它的内表面也涂一层透明导电层。在两个导电层之间有许多细小（小于千分之一英面也涂一层透明导电层。在两个导电层之间有许多细小（小于千分之一英寸）的透明隔离点把它们隔离绝缘。寸）的透明隔离点把它们隔离绝缘。2024/7/1452.3.3 触摸屏设计触摸屏是覆盖在输出设备上的输入设备College of Electrical Engineering 电阻式触摸屏电阻式触摸屏2024/7/146电阻式触摸屏2023/8/146College of Electrical Engineering 电阻式触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络。当某一层电极加电阻式触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络。当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在另一层未加电压的电极上可以测的接触点处的电压。一点接触，则在另一层未加电压的电极上可以测的接触点处的电压。然后用模然后用模/数转换器来测量电压，以此得出位置。触摸屏通过交替使用数转换器来测量电压，以此得出位置。触摸屏通过交替使用水平和垂直电压梯度来获得水平和垂直电压梯度来获得x和和y的位置。具体常用的有四线电阻式触的位置。具体常用的有四线电阻式触摸屏。电阻技术触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，故不怕灰摸屏。电阻技术触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，故不怕灰尘、水汽和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域及尘、水汽和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域及办公室内的使用。办公室内的使用。2024/7/147电阻式触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络。当某一层电极加College of Electrical Engineering 四线电阻触摸屏原理四线电阻触摸屏原理2024/7/148四线电阻触摸屏原理2023/8/148College of Electrical Engineering 测量原理测量原理在触摸点在触摸点X、Y坐标的测坐标的测量过程中，测量电压与量过程中，测量电压与测量点的等效电路图所测量点的等效电路图所示，图中示，图中P为测量点。为测量点。XVYY2024/7/149测量原理在触摸点X、Y坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等College of Electrical Engineering 触摸屏芯片触摸屏芯片2024/7/1410触摸屏芯片2023/8/1410College of Electrical Engineering 触摸屏的接口设计触摸屏的接口设计（选讲）（选讲）1.触摸屏的驱动芯片触摸屏的驱动芯片ADS7843典型接口典型接口触模屏控制器触模屏控制器ADS7843是一个可编程的模拟到数字转换器，适合于四是一个可编程的模拟到数字转换器，适合于四线触摸屏，以线触摸屏，以2.7V到到5V间供电，转换率高达间供电，转换率高达125KHZ,功耗可达功耗可达750uW。在自动关闭模式下功耗仅为在自动关闭模式下功耗仅为0.5uW。模拟到数字的转换精度（逐次比。模拟到数字的转换精度（逐次比较式较式ADC）可选）可选256级（级（8位）或位）或4096级（级（12位）。命令字的写入以及位）。命令字的写入以及转换后的数字量的读取可通过串行方式操作。转换后的数字量的读取可通过串行方式操作。触摸屏的控制采用专用芯片，专门处理是否有笔或手指按下触摸屏，触摸屏的控制采用专用芯片，专门处理是否有笔或手指按下触摸屏，并在按下时分别给两组电极通电，然后将其对应位置的模拟电压信号并在按下时分别给两组电极通电，然后将其对应位置的模拟电压信号经过经过A/D转换送回处理器。转换送回处理器。S3C44B0选取选取PG口与口与ADS7843接口，共使接口，共使用用PG2-PG7的的6条口线条口线,也可以选择其他的也可以选择其他的I/O口，但注意不要与口，但注意不要与I/O口口上已经设定的功能相冲突其中，上已经设定的功能相冲突其中，X+、Y+、X-、Y-引脚直接与触摸屏引脚直接与触摸屏的相应管脚相连。的相应管脚相连。2024/7/1411触摸屏的接口设计（选讲）1.触摸屏的驱动芯片ADS784College of Electrical Engineering 触摸屏的接口设计触摸屏的接口设计 （选讲）（选讲）2 编程实现编程实现 利用连接好的电路设置利用连接好的电路设置PCONG寄存器如下：寄存器如下：rPCONG=Ox015f；其中，其中，PENIRQ最好加上内部上拉，设置为最好加上内部上拉，设置为:rPUPGOx80。（1）读取触摸点坐标程序）读取触摸点坐标程序:编编程程采采用用固固定定参参考考电电压压模模式式，因因此此SER/DFR=1。首首先先检检测测PENIRQ是是否否为为低低电电平平，如如果果为为低低电电平平，则则认认为为有有接接触触；否否则则认认为为触触摸摸屏屏没没有有接接触触。利利用用软软件件模模拟拟DIN,DOUT和和DCLK上上的的3线线串串行行传传输输时时序序，将将读读取取的的x或或Y坐坐标标数数值值的的控控制制字字串串行行送送入入ADS7843,然然后后再再串串行行读读出出坐坐标标值值。最后将最后将X和和Y轴坐标值送串口显示即可。轴坐标值送串口显示即可。（2）送控制字并读取结果子程序。）送控制字并读取结果子程序。2024/7/1412 触摸屏的接口设计（选讲）2 编程实现2023/8/14College of Electrical Engineering FM7843与ARM的连接2024/7/1413FM7843与ARM的连接2023/8/1413College of Electrical Engineering AD7843的工作时序的工作时序（选讲）（选讲）同步串口（同步串口（SIO）向）向ADS7843发送控制字发送控制字转换完成后从转换完成后从ADS7843串口读出电压转换值串口读出电压转换值 A/DA/D转换时序（每次转换需要转换时序（每次转换需要2424个时钟周期）个时钟周期）2024/7/1414AD7843的工作时序（选讲）同步串口（SIO）向ADS78College of Electrical Engineering 触摸屏（键盘）驱动程序结构触摸屏（键盘）驱动程序结构2024/7/1415触摸屏（键盘）驱动程序结构2023/8/1415College of Electrical Engineering 触摸屏驱动程序剖析触摸屏驱动程序剖析（选讲）（选讲）./ucos-II/add/OSAddTask.c中的任务初始化函数中的任务初始化函数OSAddTask_Init的触摸屏的初始化函数的触摸屏的初始化函数TchScr_init创建触摸屏任务创建触摸屏任务Touch_Screen_Task注册系统中断（注册系统中断（SetISR_Interrupt）开启开启S3C44B0外部中断外部中断4567（TS_OPEN_INT）中断程序中断程序Touch_Screen_ISR的实现的实现触摸屏的查询任务触摸屏的查询任务2024/7/1416触摸屏驱动程序剖析（选讲）./ucos-II/add/OSCollege of Electrical Engineering 实验四：触摸屏控制实验实验四：触摸屏控制实验 提纲：提纲：5 基础知识基础知识1 实验目的实验目的2 实验内容实验内容3 预备知识预备知识4 实验设备实验设备6 实验思考实验思考2024/7/1417 实验四：触摸屏控制实验 提纲：5 基础知识1 实验目的2College of Electrical Engineering 一一 实验目的实验目的实验目的实验目的1了解触摸屏基本概念与原理。了解触摸屏基本概念与原理。2理解触摸屏与理解触摸屏与LCD的密切配合。的密切配合。3编程实现对触摸屏的控制。编程实现对触摸屏的控制。2024/7/1418一 实验目的实验目的1了解触摸屏基本概念与原理。20College of Electrical Engineering 二二 实验内容实验内容实验内容实验内容q编程实现触摸屏坐标到编程实现触摸屏坐标到LCD坐标的校准坐标的校准q编程实现触摸屏坐标采集以及编程实现触摸屏坐标采集以及LCD坐标的计算坐标的计算2024/7/1419二 实验内容实验内容编程实现触摸屏坐标到LCD坐标的校College of Electrical Engineering 三三 预备知识预备知识预备知识预备知识q了解了解ADS集成开发环境的基本功能集成开发环境的基本功能q学习触摸屏的原理学习触摸屏的原理q了解触摸屏与显示屏的坐标转换了解触摸屏与显示屏的坐标转换q 熟悉熟悉2410,44b0和外部器件的和外部器件的SPI通信方式。通信方式。2024/7/1420三 预备知识预备知识了解ADS集成开发环境的基本功能2College of Electrical Engineering 四四 实验设备实验设备实验设备实验设备qUPTECH-2410S教学实验箱教学实验箱qADS仿真器和仿真器和ADS IDE集成开发环境集成开发环境 q串口连接线串口连接线2024/7/1421四 实验设备实验设备UPTECH-2410S教学实验箱College of Electrical Engineering 五五 基础知识基础知识1 1触摸屏原理触摸屏原理 触摸屏按其工作原理的不同分为表面声波屏、电容屏、触摸屏按其工作原理的不同分为表面声波屏、电容屏、电阻屏和红外屏几种。常见的又数电阻触摸屏。电阻屏和红外屏几种。常见的又数电阻触摸屏。如下图所示，电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器如下图所示，电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小(小小于千分之一英寸于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。的透明隔离点把它们隔开绝缘。2024/7/1422五 基础知识1触摸屏原理2023/8/1422College of Electrical Engineering 五五 基础知识基础知识电阻式触摸屏电阻式触摸屏2024/7/1423五 基础知识电阻式触摸屏2023/8/1423College of Electrical Engineering 如上图所示，当手指或笔触摸屏幕时如上图所示，当手指或笔触摸屏幕时(图图c)，平常相互绝缘，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层（顶层）接通导电层（顶层）接通X轴方向的轴方向的5V均匀电压场均匀电压场(图图a)，使得，使得检测层（底层）的电压由零变为非零，控制器侦测到这个检测层（底层）的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与转换，并将得到的电压值与5V相比即可相比即可得触摸点的得触摸点的X轴坐标为（原点在靠近接地点的那端）：轴坐标为（原点在靠近接地点的那端）：Xi=LxVi /V（即分压原理）（即分压原理）同理得出同理得出Y轴的坐标，这就是所有电阻触摸屏共同的最基轴的坐标，这就是所有电阻触摸屏共同的最基本原理。本原理。2024/7/1424如上图所示，当手指或笔触摸屏幕时(图c)，平常相互绝缘的两层College of Electrical Engineering 2024/7/14252023/8/1425College of Electrical Engineering 2触摸屏与触摸屏与2410或者或者44B0的接口方式的接口方式1）对自带触摸屏控制器的芯片如）对自带触摸屏控制器的芯片如S3C2410，可以直接将，可以直接将相关的引脚设置为触摸屏功能引脚，和触摸屏直接相连。相关的引脚设置为触摸屏功能引脚，和触摸屏直接相连。有有2410自带的触摸屏控制器实现对触摸点坐标的采集。自带的触摸屏控制器实现对触摸点坐标的采集。2）外接）外接A/D接口芯片的方式，如实验箱接口芯片的方式，如实验箱2410和和3000都是都是采取的这种方式，外接一个采取的这种方式，外接一个A/D转换的芯片，将触摸屏相转换的芯片，将触摸屏相关引脚和关引脚和A/D转换芯片引脚链接，由转换芯片引脚链接，由2410或或3000通过通过SPI等通信方式对等通信方式对A/D转换芯片发送控制命令，读取转换芯片发送控制命令，读取A/D转换转换的数据即触摸屏的按下的坐标。的数据即触摸屏的按下的坐标。2024/7/14262触摸屏与2410或者44B0的接口方式2023/8/14College of Electrical Engineering 3触摸屏的控制触摸屏的控制本系统触摸屏的控制是使用的本系统触摸屏的控制是使用的FM7843芯片。芯片。FM7843是是4线电阻触摸屏转换接口芯片。它是一款具有同步串行接口线电阻触摸屏转换接口芯片。它是一款具有同步串行接口的的12位取样模数转换器。在位取样模数转换器。在125kHz吞吐速率和吞吐速率和2.7V电压电压下的功耗为下的功耗为750W，而在关闭模式下的功耗仅为，而在关闭模式下的功耗仅为0.5W。因此，因此，FM7843以其低功耗和高速率等特性，被广泛应用以其低功耗和高速率等特性，被广泛应用在采用电池供电的小型手持设备上。在采用电池供电的小型手持设备上。FM7843采用采用SSOP-16引脚封装形式，温度范围是引脚封装形式，温度范围是-4085。2024/7/14273触摸屏的控制2023/8/1427College of Electrical Engineering 为了完成一次电极电压切换和为了完成一次电极电压切换和A/D转换，需要先通过转换，需要先通过SPI接口往接口往FM 7843发送控制字，转换完成后再通过串口读出发送控制字，转换完成后再通过串口读出电压转换值。标准的一次转换需要电压转换值。标准的一次转换需要24个时钟周期。由于个时钟周期。由于SPI接口支持双向同时进行传送，并且在一次读数与下一接口支持双向同时进行传送，并且在一次读数与下一次发控制字之间可以重叠，所以转换速率可以提高到每次次发控制字之间可以重叠，所以转换速率可以提高到每次16个时钟周期。如果条件允许，个时钟周期。如果条件允许，CPU可以产生可以产生15个个CLK的话（比如的话（比如FPGAs和和ASICs）,转换速率还可以提高到每转换速率还可以提高到每次次15个时钟周期。个时钟周期。2024/7/1428为了完成一次电极电压切换和A/D转换，需要先通过SPI接口往College of Electrical Engineering 2024/7/14292023/8/1429College of Electrical Engineering 2024/7/14302023/8/1430College of Electrical Engineering 2024/7/14312023/8/1431College of Electrical Engineering 4FM 7843在开发板中的连接方法在开发板中的连接方法2024/7/14324FM 7843在开发板中的连接方法2023/8/1432College of Electrical Engineering FM 7843通过同步串口与通过同步串口与ARM通讯，可通过通讯，可通过SPISend函数函数（spi.c）向）向FM 7843发送数据；通过发送数据；通过SendReadData函函数（数（spi.h）从）从FM 7843读出数据。将读出数据。将G端口的第端口的第12位置位置0和和1，可以打开、关闭，可以打开、关闭FM7843。通过外部中断。通过外部中断5可以判断可以判断是否有触摸动作是否有触摸动作,查询方式通过宏查询方式通过宏TCHSCR_IsPenNotDown()（main.c）判断是否有触摸）判断是否有触摸动作。动作。2024/7/1433FM 7843通过同步串口与ARM通讯，可通过SPISendCollege of Electrical Engineering 5触摸屏与显示器的配合触摸屏与显示器的配合FM 7843送回控制器的送回控制器的X与与Y值仅是对当前触摸点的电压值的值仅是对当前触摸点的电压值的A/D转换值，它不具有实用价值。这个值的大小不但与触摸屏转换值，它不具有实用价值。这个值的大小不但与触摸屏的分辨率有关，而且也与触摸屏与的分辨率有关，而且也与触摸屏与LCD贴合的情况有关。而且，贴合的情况有关。而且，LCD分辨率与触摸屏的分辨率一般来说是不一样，坐标也不一分辨率与触摸屏的分辨率一般来说是不一样，坐标也不一样，因此，如果想得到体现样，因此，如果想得到体现LCD坐标的触摸屏位置，还需要在坐标的触摸屏位置，还需要在程序中进行转换。转换公式如下程序中进行转换。转换公式如下:x=(x-TchScr_Xmin)*LCDWIDTH/(TchScr_Xmax-TchScr_Xmin)y=(y-TchScr_Ymin)*LCDHEIGHT/(TchScr_Ymax-TchScr_Ymin)其中，其中，TchScr_Xmax、TchScr_Xmin、TchScr_Ymax和和TchScr_Ymin是触摸屏返回电压值是触摸屏返回电压值x、y轴的范围，轴的范围，LCDWIDTH、LCDHEIGHT是液晶屏的宽度与高度。是液晶屏的宽度与高度。2024/7/14345触摸屏与显示器的配合2023/8/1434College of Electrical Engineering 编程步骤：编程步骤：1、目标板初始化（可选，因为实验箱自带的初始化程序已设置）、目标板初始化（可选，因为实验箱自带的初始化程序已设置）1）设置目标板时钟）设置目标板时钟 2）初始化串口）初始化串口02、触摸屏初始化（请参考手册中、触摸屏初始化（请参考手册中GPIO和和SPI或或SIO相关寄存器相关寄存器的配置）的配置）1）设置与触摸屏功能相关的）设置与触摸屏功能相关的GPIO口功能为触摸屏功能口功能为触摸屏功能 2）配置与）配置与SPI（2410）或）或SIO（44b0）功能相关的）功能相关的GPIO口口功能为功能为SPI 或或SIO功能。（与功能。（与FM7843 AD转换芯片通转换芯片通信）信）3）初始化）初始化SPI或或SIO功能（配置控制寄存器）功能（配置控制寄存器）3、触摸屏测试程序、触摸屏测试程序 见程序流程图：见程序流程图：2024/7/1435编程步骤：2023/8/1435College of Electrical Engineering 坐标采样流程图坐标采样流程图2024/7/1436坐标采样流程图2023/8/1436College of Electrical Engineering 获取获取X坐标流程图坐标流程图2024/7/1437获取X坐标流程图2023/8/1437College of Electrical Engineering 六六 实验思考实验思考实验思考实验思考1）电阻型触摸屏检测坐标值的原理2）如果LCD坐标原点在右下角，分辨率为240X180，触摸屏坐标原点在右上角，请给出触摸屏输出坐标的转换公式，对触摸屏的分辨率有什么影响。2024/7/1438六 实验思考实验思考1）电阻型触摸屏检测坐标值的原理2College of Electrical Engineering 博创博创5.2小节小节.内核驱动设计实验触摸屏驱动内核驱动设计实验触摸屏驱动P224简单演示触摸屏简单演示触摸屏P15No2：点击查看详细步骤介绍文件No11：点击查看详细步骤介绍文件 2024/7/1439博创5.2小节.内核驱动设计实验触摸屏驱动P224No2College of Electrical Engineering 2024/7/14402023/8/1440