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        基于S3C2440的總線式遠(yuǎn)程工業(yè)操控平臺的設(shè)計(jì)

        2014-02-02 08:45:57李鵬飛許金凱韓文波宋鴻飛
        液晶與顯示 2014年4期
        關(guān)鍵詞:觸屏液晶屏觸點(diǎn)

        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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