夏心江，吳志國，胡 鋼

(河海大學(xué)計算機(jī)及信息工程學(xué)院，江蘇常州213022)

1 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，觸摸屏的應(yīng)用日趨普及，在我國已逐漸形成了產(chǎn)業(yè)，觸摸屏輸入裝置將會發(fā)展成為未來諸種信息產(chǎn)品的主流技術(shù)之一。但是，在各類領(lǐng)域應(yīng)用觸摸屏的二次開發(fā)過程中，必須先解決好幾個關(guān)鍵技術(shù)，諸如:驅(qū)動程序、觸控寄存器配置、字符圖形顯示編程、人機(jī)交互程序等，方能使系統(tǒng)設(shè)計得以繼續(xù)。就目前可參考的資料而言，可借鑒的設(shè)計技術(shù)系統(tǒng)描述十分有限，下面重點(diǎn)討論這些問題。

2 觸摸屏系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 硬件系統(tǒng)組成

觸摸屏的本質(zhì)是傳感器，它由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置;觸摸屏控制器是從觸摸檢測裝置接收信息，將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)送給CPU，同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。硬件系統(tǒng)由320×240分辨率的 NB320240R_BIW_SBNH觸摸式液晶屏、驅(qū)動芯片NT7086、觸控芯片RA8806組成，如圖1所示。

RA8806是臺灣瑞佑公司開發(fā)的文字與繪圖模式的點(diǎn)矩陣液晶顯示(STN－LCD)控制器，內(nèi)建字庫，具有觸摸屏控制、對比控制、鍵盤掃描等功能強(qiáng)大的核心部件，同時能夠提供畫面旋轉(zhuǎn)、字體放大等超強(qiáng)附加功能。NT7086芯片是LSI公司推出的基于低功耗CMOS高電壓制程技術(shù)的LCD驅(qū)動器。在段驅(qū)動模式，它可以連接1位串行或4位并行算法的控制器;在共同驅(qū)動模式，適用雙輸入模式;在部分應(yīng)用模式，具有電源關(guān)閉功能，能降低能源消耗［4］。

觸控芯片負(fù)責(zé)完成整個液晶屏的顯示控制及觸摸信號的采集與處理，驅(qū)動芯片為顯示控制提供驅(qū)動，320*240觸摸屏用于顯示及感測觸摸信號。整個觸摸式液晶屏的控制命令由MCU單片機(jī)發(fā)出。eP89V51RD2FN單片機(jī)是PHILIPS公司開發(fā)的一款80C51微控制器，包含64kB Flash和1024字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM，封裝為塑料雙列直插式40腳，F(xiàn)lash程序存儲器支持并行和串行方式在系統(tǒng)編程(ISP)［6］。

圖1 觸摸屏硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.2 觸控芯片模式選擇及單片機(jī)接口配置

RA8806支持8080和6800等兩種微處理機(jī)接口傳輸模式。接口模式的選擇決定于RA8806“MI”引腳的電位。當(dāng)選擇8080模式時，MI接低電位;選擇6800模式時，MI接高電位。本設(shè)計采用的是8080模式，表 1所示為在 8080時序下P89V51RD2FN單片機(jī)與觸摸式液晶屏的接口連接設(shè)計。程序在PC機(jī)中經(jīng)過編譯后，通過串口，由HIN232CP芯片驅(qū)動并傳送到P89V51RD2FN單片機(jī)內(nèi)，P89V51RD2FN單片機(jī)通過特定接口向觸摸式液晶屏發(fā)出控制指令。控制觸摸式液晶屏的顯示、信號采集與處理等操作［1］。

表1 單片機(jī)與液晶接口對應(yīng)連接表

3 觸摸屏二次開發(fā)相關(guān)軟件設(shè)計

3.1 程序初始化

在程序設(shè)計之初，必須進(jìn)行初始化操作，包括如下步驟:

(1)設(shè)計軟件重置初始化函數(shù)，當(dāng)執(zhí)行完一段代碼后，進(jìn)行重置操作。

(2)設(shè)計清空顯示初始化函數(shù)，當(dāng)觸摸式液晶屏即將進(jìn)入下一屏?xí)r，清空本屏的顯示內(nèi)容。

(3)設(shè)計寄存器配置初始化函數(shù)，將RA8806各寄存器設(shè)置為默認(rèn)值。

各初始化函數(shù)如下:

void softrst()//軟件重置初始化函數(shù)

void lcd_inital()//寄存器配置初始化函數(shù)

void clear(void)//清屏顯示初始化函數(shù)

3.2 驅(qū)動程序設(shè)計

RA8806可以接收四種數(shù)據(jù)傳輸周期，分別是指令寫入周期、狀態(tài)讀取周期、數(shù)據(jù)寫入周期以及數(shù)據(jù)讀取周期。

要對某緩存器進(jìn)行寫數(shù)據(jù)時，首先執(zhí)行指令寫入周期，包括欲寫入緩存器的編號，再以寫入數(shù)據(jù)周期將數(shù)值寫入該緩存器。這兩個周期執(zhí)行后，數(shù)值數(shù)據(jù)將被寫入到該緩存器。由于每一指令的寫入需要兩個數(shù)據(jù)傳輸周期，且每個數(shù)據(jù)傳輸周期最少也要2個系統(tǒng)頻率周期的時間才能完成，因此每一條指令至少需要花費(fèi)4個系統(tǒng)頻率周期才能寫入。

寫入指令初始化步驟:①設(shè)定ZCS1為低電位(觸摸液晶屏系統(tǒng)已將CS2固定為高電位)，此時為接收指令狀態(tài)。②置ZRD為高電平，即關(guān)閉讀取信號。③利用RS與ZWR的配合時序確定存取周期。④關(guān)閉寫信號及接收指令狀態(tài)，即拉高ZWR電平與ZCS1電平。

驅(qū)動程序設(shè)計方法如下:

void LCD_CmdWrite(uchar cmdaddr)//8080時序

{

cs1=0;

rd=1;

rs=1;

wr=0;

BUS=cmdaddr;

wr=1;

cs1=1;

}

寫入數(shù)據(jù)周期與寫入指令周期的不同點(diǎn)在于RS與ZWR的配合時序不同。

驅(qū)動程序設(shè)計方法如下:

void LCD_DataWrite(uchar wrdata)//數(shù)據(jù)寫控制

{

cs1=0;

rd=1;

rs=0;

wr=0;

BUS=wrdata;

wr=1;

cs1=1;

}

讀取數(shù)據(jù)初始化步驟:①定義變量Data，用于存儲讀取到的數(shù)據(jù)。②利用RS與ZWR的配合時序確定存取周期。③設(shè)定ZRD為讀有效狀態(tài)。④關(guān)閉讀有效狀態(tài)，同時拉高RS電平。⑤將從BUS中讀到的數(shù)據(jù)返回到寄存器內(nèi)。

驅(qū)動程序設(shè)計方法如下:

uchar LCD_DataRead(void)//數(shù)據(jù)讀控制

{

uchar Data;

wr=1;

rs=0;

cs1=0;

rd=0;

Data=BUS;

rd=1;

cs1=1;

rs=1;

return Data;

}

3.3 寄存器配置及字符、圖形顯示編程技術(shù)

字符顯示的寄存器配置可參考圖2流程。

圖2 字符顯示寄存器配置流程圖

圖形顯示主要采用描點(diǎn)法，以顯示任意一點(diǎn)為先決條件，逐步畫出所有需要顯示的點(diǎn)。例如:在界面上顯示一個正方形，首先，設(shè)計描點(diǎn)函數(shù)，用于在坐標(biāo)(e，r)處點(diǎn)亮數(shù)組m中的第u個像素點(diǎn)，即完成顯示任意一點(diǎn)功能。接著，設(shè)計正方形圖形顯示函數(shù)，調(diào)用描點(diǎn)函數(shù)，顯示所需圖形。

用于畫橫行的描點(diǎn)函數(shù)如下:

void display_dian(uchar*m，uchar e，uchar r，uchar u)

//描點(diǎn)函數(shù)1，用于畫橫行

{

LCD_CmdWrite(0x00);

LCD_DataWrite(0x04);//選擇文字工作模式為文字模式

LCD_CmdWrite(0x60);

LCD_DataWrite(e);//定位橫坐標(biāo)

LCD_CmdWrite(0x70);

LCD_DataWrite(r);//定位縱坐標(biāo)

LCD_CmdWrite(0xb0);

LCD_DataWrite(m［u］);//顯示點(diǎn)

}

用于畫豎列的描點(diǎn)函數(shù)聲明如下，其他類同:

void display_dian1(uchar*m，uchar e，uchar r，uchar u)

//描點(diǎn)函數(shù)2，用于畫豎行

正方形圖形顯示函數(shù)編程如下:

////正方形x:正方形左上角x坐標(biāo)，y:正方形左上角y坐標(biāo)//////

void display_fang(uchar x，uchar y)

{

t=0;

count=0;

g=0;//參數(shù)初始化

for(t=0;t＜48;t++)//上行

{count=t/8;

g=t%8;

display_dian(raio1，x+count，y，g);

}

t=0;

count=0;

g=0;//參數(shù)初始化

for(t=0;t＜48;t++)//下行

{

count=t/8;

g=t%8;

display_dian(raio1，x+count，y+40，g);

}

p=y+1;//參數(shù)初始化

for(t=0;t＜40;t++)//右豎

{

display_dian1(raio2，x+6，p++ ，0);

}

p=y+1;

for(t=0;t＜39;t++)//左豎

{

display_dian1(raio2，x，p++ ，0);

}

}

在主函數(shù)中需要畫圖時可調(diào)用本函數(shù)進(jìn)行逐步描點(diǎn)操作。

3.4 數(shù)據(jù)的采樣與處理

RA8806內(nèi)建一組10位ADC和控制電路，以連接四線電阻式觸控屏幕。觸控屏幕由兩層非常薄的電阻式屏幕組成，如圖3。在兩層屏幕中間有一小縫隙，當(dāng)有外力施加在面板上的某一點(diǎn)時，兩層電阻式屏幕將被觸碰(touch)，形成回路而導(dǎo)通。由于兩層電阻式屏幕的端點(diǎn)含有電極(XL、XR、YU、YD)，如圖4，因此，相對于觸碰的位置，系統(tǒng)將偵測到一個XY的坐標(biāo)值。

當(dāng)觸控事件發(fā)生時，在屏幕電阻上所產(chǎn)生的分壓將決定觸控的所在位置。在XY的坐標(biāo)值被傳回系統(tǒng)(RA8806)并儲存在特定的緩存器后，觸控屏幕控制器(touch panel controller)將發(fā)出一中斷告知微處理機(jī)(MPU)，即中斷(INTR)寄存器的觸控掃描偵測狀態(tài)位(BIT0)將會被置為1。

數(shù)據(jù)采樣與處理編程流程如圖5所示。根據(jù)設(shè)計需要配置寄存器:設(shè)定寄存器TPCR1的BIT7為1，BIT6—BIT4為 100，BIT2 —BIT0為 100，將寄存器INTR的BIT7—BIT0全部清零。

圖5 數(shù)據(jù)采樣與處理流程圖

3.5 人機(jī)交互子程序設(shè)計

人機(jī)交互程序設(shè)計步驟如下:①使能觸控功能，重置中斷狀態(tài);②讀取中斷狀態(tài)，判斷觸摸狀態(tài)位，確定觸點(diǎn)被按下;③讀取X、Y坐標(biāo)，判斷按下觸點(diǎn)后所發(fā)出命令;④進(jìn)入觸點(diǎn)操作子函數(shù)，執(zhí)行本命令;⑤返回參數(shù)及清空中斷。

4 結(jié)束語

以上介紹的觸摸屏在系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)過程中，所涉及到的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，如驅(qū)動程序、觸控寄存器配置、字符圖形顯示編程、人機(jī)交互程序等技術(shù)，已經(jīng)運(yùn)用到所承擔(dān)的課題“RLC數(shù)字測量儀”設(shè)計之中，為系統(tǒng)提供了最簡單、方便、自然的一種新型人機(jī)交互方式。所介紹的相關(guān)技術(shù)具有一定的通用性、實(shí)用性和借鑒價值。

［1］Raio Technology Inc.RA8806 two layers Character/Graphic LCD Controller Specification Preliminary Version 1.0［EB/OL］.2008.http://www.raio.com.tw/Data/Datasheet/RA88%20Series/Completed/RA8806_DS_v13_Eng.pdf.

［2］葉小嶺，嚴(yán)海東.嵌入式觸摸屏在汽車實(shí)驗(yàn)記錄儀中的應(yīng)用［J］.計算機(jī)測量與控制，2009，17(3):573－575.

［3］New Tec DisplayCo.Ltd.NB320240R －BIW －SBN 觸摸屏［EB/OL］.http://www.newtec.com.tw.

［4］NEOTEC SEMICONDUCTOR LTD.NT7086.80 CH SEGMENT/COMMON DRIVER FOR DOT MATRIX LCD［EB/OL］.2002.http://www.neotec.com.tw.

［5］Intersil Corporation.HIN230 thru HIN241 Data Sheet［EB/OL］.2000.http://www.intersil.com/data/fn/fn3138.pdf.

［6］周立功.P89V51RD2器件手冊［EB/OL］.液晶與顯示.2005. http://www. zlgmcu. com/philips/80c51/P89V51RD2/P89V51_isp.pdf.