李鵬飛，許金凱，韓文波，宋鴻飛

(1.長春理工大學(xué) 光電工程學(xué)院，吉林 長春 130022；2.長春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 長春 130022)

1 引 言

目前，由觸摸屏和TFT液晶屏組成的圖像人機(jī)交互界面(GUI)在工業(yè)監(jiān)控的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但大多工業(yè)監(jiān)控場合都只能在專用地點(diǎn)使用專用的GUI控制臺，因?yàn)镚UI系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，既需要編寫軟件，還需要調(diào)試硬件電路，匹配液晶屏。如果在成型的系統(tǒng)中添加或修改功能，則需要用大量時間去重新設(shè)計(jì)，十分繁瑣。

本文基于Samsung公司的S3C2440處理器設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程工業(yè)現(xiàn)場參數(shù)的監(jiān)控平臺[1-5]。在使用平臺時把需要顯示的界面燒寫FLASH存儲器中，利用標(biāo)準(zhǔn)串口即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程工業(yè)現(xiàn)場參數(shù)的監(jiān)控。經(jīng)過實(shí)測，該平臺能自定義各種界面和功能，并且只需要工業(yè)現(xiàn)場預(yù)留的串口即可使用，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2 總體設(shè)計(jì)

平臺的硬件部分由S3C2440微處理器、480×272分辨率的TFT液晶屏、電阻式觸屏、FLASH存儲器組成?？傮w硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 總體硬件設(shè)計(jì)Fig.1 Design of overall hardware

系統(tǒng)通過連接工業(yè)現(xiàn)場的485總線，就可以進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定控制參數(shù)和運(yùn)行方式，也可以獲取遠(yuǎn)程現(xiàn)場中的各種參數(shù)。系統(tǒng)只需要485總線和各種界面，如果工業(yè)現(xiàn)場改變了，只要更換界面，就可以適應(yīng)另外的系統(tǒng)，具有很好的實(shí)用性和低成本。

由于S3C2440集成了液晶屏連接模塊、觸屏A/D轉(zhuǎn)換模塊、JATG開發(fā)接口、串口通信模塊和NAND FLASH存儲器接口，可以十分方便地實(shí)現(xiàn)上述功能。

系統(tǒng)在使用前需要自主設(shè)計(jì)適合的界面，如圖2所示，然后通過JATG開發(fā)接口下載到系統(tǒng)的NAND FLASH存儲器中。

圖2 自主設(shè)定的界面Fig.2 Interface of independent setting

在程序中把設(shè)計(jì)界面以樹鏈表的方式存儲，如圖3所示，其相互之間的關(guān)系以命令的方式進(jìn)行銜接。

圖3 界面的樹鏈表式關(guān)聯(lián)Fig.3 Tree list of the interface

3 硬件驅(qū)動設(shè)計(jì)

硬件驅(qū)動部分主要包括顯示屏的驅(qū)動和電阻式觸摸屏的驅(qū)動兩部分。

3.1 顯示屏驅(qū)動設(shè)計(jì)

為了把各種界面圖像顯示在液晶顯示屏上，需要設(shè)置處理器的顯示接口時序，LCD一般需要3個時序信號：VSYNC、HSYNC和VCLK。

(1)VSYNC是垂直同步信號，在每一個幀(即一個屏)的掃描之前，該信號就有效一次，由該信號可以確定LCD的場頻，即每秒屏幕刷新的次數(shù)(單位Hz)。

(2)HSYNC是水平同步信號，在每一行的掃描之前，該信號就有效一次，由該信號可以確定LCD的行頻，即每秒屏幕從左到右掃描一行的次數(shù)(單位Hz)。

(3)VCLK是像素時鐘信號。

相互關(guān)系如圖4和圖5所示。

圖4 LCD時序信號關(guān)系1Fig.4 Relationship 1 of LCD timing signal

圖5 LCD時序信號關(guān)系2Fig.5 Relationship 2 of LCD timing signal

LCD的時鐘源是HCLK，通過寄存器LCDCON1中的CLKVAL可以調(diào)整VCLK頻率大小，相互關(guān)系為：

VCLK=HCLK/[(CLKVAL+1)×2]

同時在每一幀時鐘信號中，還會有一些與屏顯示無關(guān)的時鐘出現(xiàn)，包括在HSYNC信號先后會有水平同步信號前肩(HFPD)和水平同步信號后肩(HBPD)出現(xiàn)，在VSYNC信號先后會有垂直同步信號前肩(VFPD)和垂直同步信號后肩(VBPD)出現(xiàn)，在這些信號時序內(nèi)，不會出現(xiàn)有效像素信號，而且HSYNC和VSYNC信號電平要保持一定的時間，分別叫作水平同步信號脈寬HSPW和垂直同步信號脈寬VSPW，這段時間也沒有有效像素信號。這些值是通過寄存器LCDCON2、LCDCON3和LCDCON4來配置，只要把這些值配置成與所要驅(qū)動的LCD中相關(guān)內(nèi)容的數(shù)據(jù)一致即可。

3.2 四線電阻觸屏驅(qū)動設(shè)計(jì)和校正

四線電阻式觸摸屏目前廣范應(yīng)用在各種工業(yè)控制場合，通過測量觸摸屏觸點(diǎn)處橫向縱向的電阻值獲得觸點(diǎn)在觸摸屏位置。

四線電阻觸摸屏在縱向和橫向一共需四根電纜，由上下兩層透明的金屬層構(gòu)成，每個金屬層在工作時都要加5 V電壓。

每當(dāng)有手指或觸筆等硬物按在觸屏上時，觸點(diǎn)位置上下兩層的金屬層接觸，由于金屬層在縱向和橫向電阻都是線性的，就能測得觸點(diǎn)在這兩個方向的電壓值，該值相對于5 V電壓的比例等價于觸點(diǎn)位置相對于觸摸屏邊界的比例，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成觸摸屏上的坐標(biāo)。

觸點(diǎn)位置的檢測是通過A/D采集-轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)的。由于S3C2440提供了A/D采集-轉(zhuǎn)換器，并包括了四線電阻式觸摸屏功能，把觸摸屏的4個引線連接到S3C2440處理器A/D轉(zhuǎn)換模塊指定的4個通路上即可。

在實(shí)際使用中，需要讓觸點(diǎn)和液晶屏上的像素點(diǎn)一一對應(yīng)，對于液晶屏而言，它的坐標(biāo)以像素為單位，橫豎兩方向排列；而觸摸屏的橫豎兩方向并不與液晶屏一致，如果不校正，會出現(xiàn)兩者不一致的情況，即，觸點(diǎn)電阻值轉(zhuǎn)換出來的坐標(biāo)與觸點(diǎn)在屏幕上的位置對應(yīng)不上。

為了實(shí)現(xiàn)觸摸屏上的觸點(diǎn)坐標(biāo)與液晶屏上的觸點(diǎn)處像素點(diǎn)坐標(biāo)一一對應(yīng)，使用三點(diǎn)對應(yīng)法進(jìn)行校正，其原理是：在液晶屏上顯示一個亮點(diǎn)，其像素坐標(biāo)為[X1，Y1]，使用觸筆按在該亮點(diǎn)上，通過A/D采集-轉(zhuǎn)換得到觸點(diǎn)在觸屏上的坐標(biāo)為[X2，Y2]。依據(jù)下列公式形成兩個6元方程式：

X1=A×X2+B×Y2+C

Y1=D×X2+E×Y2+F

只要算出這6個參數(shù)(A，B，C，D，E，F(xiàn))，就可以實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)和液晶屏上的像素點(diǎn)一一對應(yīng)，為了算出這6個參數(shù)，只需要3個取樣點(diǎn)就可以，計(jì)算完成，把參數(shù)通過IIC總線保存到FLASH中。經(jīng)過校正的結(jié)果如圖6所示。

圖6 經(jīng)過校正后的觸屏和液晶屏Fig.6 Touch screen and LCD screen after correcting

4 軟件GUI設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，所有GUI界面都是由使用者自行定義，并且所有的界面按圖2所示的樹鏈表進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的關(guān)聯(lián)，所有的界面都有惟一一個上級界面(初始界面除外)，有0個或1個或多個下級界面，上下級界面的聯(lián)系靠數(shù)據(jù)或命令，即界面可以輸入?yún)?shù)或命令實(shí)現(xiàn)控制功能的設(shè)置，也可以接收數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，也可以接受命令切換到上下級界面?；リP(guān)聯(lián)算法的流程如圖7所示。

利用該算法把設(shè)置好的界面存入FLASH中，并關(guān)聯(lián)了“啟動”“數(shù)據(jù)輸出”“停止”的3個基本命令，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)效果如圖8和圖9所示。

圖8 初始界面Fig.8 Initial interface

圖9 運(yùn)行界面Fig.9 Running interface

圖8表示系統(tǒng)的初始界面，此時系統(tǒng)尚未開始工作，點(diǎn)擊“啟動”處，界面變化成圖9，系統(tǒng)開始接受收據(jù)并顯示在各自的位置上。

5 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程通用的工業(yè)操控平臺解決方案，系統(tǒng)采用S3C2440處理器驅(qū)動TFT液晶屏和觸摸屏，使用者把設(shè)計(jì)的界面與數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行交聯(lián)，再利用JATG開發(fā)接口把界面圖像存入FLASH，可以適用于多種工業(yè)監(jiān)控場合，具有成本低、開發(fā)難度低、實(shí)用性強(qiáng)、可定制、可修改的優(yōu)點(diǎn)，特別是隨著參數(shù)個數(shù)增加，其成本可減少到傳統(tǒng)方法的5%以下。

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