基于ARM微處理器的液晶觸摸屏的設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于ARM微處理器的液晶觸摸屏的設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用0引言

人機(jī)交互界面的種類較多，如鍵盤、數(shù)碼管顯示器、液晶顯示器及帶觸摸的液晶屏等。決定人機(jī)交互接口方式的主要因素是成本和實際應(yīng)用的需要。近十年來，以功耗低、重量輕、精度高和良好的人機(jī)界面等技術(shù)特點，在電子設(shè)備特別是手持類電子產(chǎn)品中得到了普遍應(yīng)用。帶觸摸的液晶屏，只要能測量出觸摸點的坐標(biāo)位置，即可根據(jù)屏上對應(yīng)坐標(biāo)點的顯示內(nèi)容或圖符獲知觸摸者的意圖，通過微處理器處理聲音、圖像、文字及觸摸輸入控制等信息，使之成為能進(jìn)行信息存取、輸入和輸出的集成系統(tǒng)?；谖⒖刂破髋c液晶模塊的硬件接口設(shè)計及軟件編程在智能系統(tǒng)設(shè)計中有著重要的應(yīng)用價值。微處理器，運算速度快、資源豐富、性價比高，是當(dāng)前較為流行的嵌入式控制器。本文介紹的一款基于7微處理器LPC2148接口的3.2寸，具有精度高、彩色顯示逼真、應(yīng)用靈活等特點，可作為中電子產(chǎn)品字符、圖像的顯示及人機(jī)對話的窗口。

1總體設(shè)計方案

系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖1所示。系統(tǒng)由312寸TFT液晶屏模塊、觸摸屏和微處理器控制板組成。

觸摸屏由觸摸傳感部件和觸摸屏控制器ADS7843組成，觸摸傳感部件安裝在LCD液晶屏前面，用于檢測用戶觸摸位置，用戶觸摸信息送往ADS7843控制器，并轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，送給ARM7控制板，LPC2148微處理器與液晶及觸摸模塊相連接，根據(jù)接收到的觸摸信息，進(jìn)行信號運算和處理，輸出蜂鳴器等控制信號，控制液晶屏實現(xiàn)用戶畫面和數(shù)據(jù)的顯示。

圖1液晶觸摸屏系統(tǒng)總體設(shè)計方案

2電路及原理

2.1液晶觸摸屏原理及ADS7843觸摸控制電路

原理如圖2所示。

U1為3.2英寸TFT液晶模塊，+3.3V供電;內(nèi)置SSD1289液晶控制器;液晶屏分辨率為240×320像素;屏幕顏色26萬色;屏幕尺寸為57mm×79mm，有效顯示面積為51mm×65mm.SSD1289液晶控制器由16位并行數(shù)據(jù)接口、內(nèi)部控制器和LCD驅(qū)動器組成。液晶數(shù)據(jù)傳輸方式為16位并行方式，LPC2148的16根I/O口線分別接液晶模塊的DB0~DB15.PWM為亮度驅(qū)動控制輸入，經(jīng)9013三極管放大后作為液晶背光。

觸摸屏部分由觸摸傳感部件和觸摸屏控制器ADS7843(U2)組成。

圖2液晶模塊及觸摸電路原理

觸摸傳感部件是一個四線電阻屏幕，屏上引出四根線，分別對應(yīng)X軸和Y軸各兩根。測量X方向的時候，將X+，X-之間加上參考電壓Vref，Y-斷開，Y+作為A/D輸入，獲得X方向的電壓;同理測量Y方向的時候，將Y+，Y-之間加上參考電壓Vref，X-斷開，X+作為A/D輸入，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換獲得Y方向的電壓，之后再完成電壓與坐標(biāo)的換算，整個過程類似一個電位器，觸摸不同的位置分得不同的電壓。

以上所需要的參考電壓、A/D轉(zhuǎn)換等工作由觸摸屏控制器ADS7843直接完成的，微處理器只需將相應(yīng)的控制命令傳輸?shù)紸DS7843即可，以獲得相應(yīng)電壓的數(shù)據(jù)。

ADS7843是TI公司生產(chǎn)的四線電阻觸摸屏轉(zhuǎn)換接口芯片。它是一款具有同步串行接口的12位取樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在125kHz吞吐速率和2.7V電壓下，功耗為750LW.在關(guān)閉模式下，功耗僅為0.5LW.由于具有低功耗和高速等特性，被廣泛應(yīng)用在電池供電的小型手持設(shè)備上。

ADS7843與LPC2148的連結(jié)關(guān)系如圖3所示。ADS7843工作電壓+3.3V，轉(zhuǎn)換器的模擬輸入(X+、Y+、X-、Y-)是一個4通道多路器;DCLK(第4引腳)是外部時鐘輸入引腳;CS(第3引腳)是片選輸入端，低電平有效;DIN(第2引腳)是串行輸入，控制數(shù)據(jù)通過該引腳輸入;DOUT第16引腳)是串行數(shù)據(jù)輸出，用于輸出轉(zhuǎn)換后的觸摸位置數(shù)據(jù)，數(shù)為二進(jìn)制的4095;PENIRQ(第15引腳)是PEN中斷，用于觸摸顯示屏后引發(fā)一個中斷。

2.2微處理器控制電路

原理如圖3所示。

圖3微處理器控制電路原理圖

(1)LPC2148微處理器

ARM處理器占有市場份額高，具有性能高、成本低、能耗省等特點。圖3中LPC2148(U3)是PHILIPS半導(dǎo)體公司推出的一個基于ARM7TDMI-S核、支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32位嵌入式ARM7微處制器。該處理器內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口、14通道10位ADC、1通道10位DAC、45個高速GPIO線以及多達(dá)9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳。處理器集成有40kB的片內(nèi)SRAM、512kB嵌入的高速Flash存儲器，128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在時鐘速率下運行，為通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件modem、語音識別、低端成像等應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能，適合于彩色液晶的圖片處理和數(shù)據(jù)存儲。

(2)復(fù)位和晶振電路

LPC2148第57腳為復(fù)位信號輸入端，采用低電平復(fù)位，由C3、R9、R10、K1構(gòu)成的復(fù)位電路為系統(tǒng)提供上電復(fù)位和強(qiáng)制復(fù)位功能，K1為系統(tǒng)強(qiáng)制復(fù)位按鍵。晶振電路由X1(12MHz)、C7、C8構(gòu)成，支持微控制器芯片內(nèi)部PLL及ISP功能;X2(321768KHz)、C9、C10為RTC(實時時鐘)提供基準(zhǔn)時鐘。

(3)資源分配

LPC2148的P0.8~P0.23作為16位數(shù)據(jù)線(D0~D15)，經(jīng)JP1插座與液晶模塊的DB0~DB15連接;P0.0、P0.26、P0.28~P0.31作為液晶模塊的控制口線使用，經(jīng)JP1分別與液晶模塊的PWM、CS、RESET、RS、RD和WR連接;P0.27、P1.16~P1.20用于觸摸屏控制，通過JP1的連接分別接ADS7843的BUSY、7843-CS(CS)、DCLK、DIN、INT(PENIRQ)和DOUT引腳。

P1.26~P1.31作為JTAG功能使用，JP2為微處理器JTAG程序調(diào)試及端口。

P0.25作為蜂鳴器控制口線，蜂鳴器電路用于液晶觸摸或顯示時發(fā)出蜂鳴聲響，作為人機(jī)對話的輔助功能。蜂鳴器使用PNP三極管8550(Q2)進(jìn)行驅(qū)動，其放大倍數(shù)高(hFE=300)，基級偏置電阻R8為1k，當(dāng)輸入低電平時，Q1為深度飽和導(dǎo)通，可為蜂鳴器提供足夠的電流。

(4)電源電路

LPC2148為單電源供電，CPU操作電壓為3.0~3.6V。

電路采用+3.3V供電，外接+5V直流電源經(jīng)AMS1117(U4)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，輸出+3.3V電壓，給液晶模塊和ADS7843供電。AMS1117的特點是輸出電流大(800mA)，輸出電壓精度在1%以內(nèi)，具有電流限制和熱保護(hù)功能，穩(wěn)定性好。C4、C5、C6均為電源濾波電容。

3軟件編程

3.1對液晶屏的C程序設(shè)計

液晶屏的軟件設(shè)計采用C語言編程。包括液晶屏初始化、寫液晶控制字、寫液晶數(shù)據(jù)子程序、讀液晶液晶數(shù)據(jù)、全屏顯示單色、指定位置顯示漢字和字符、指定位置顯示圖片、清屏等子程序。

寫液晶數(shù)據(jù)子程序為：

3.2對觸摸屏的C程序設(shè)計

觸摸屏的程序設(shè)計主要是確定其位置坐標(biāo)與液晶屏上位置坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，通過一定的算法把觸摸屏觸摸信息轉(zhuǎn)化為液晶屏上的位置坐標(biāo)。液晶屏像素為240×320，從觸摸屏接收到的X值不在0~320范圍變化、Y值也不在0~240范圍變化，在觸摸屏的邊緣區(qū)域，X、Y方向輸出數(shù)據(jù)變化較大，是非線性關(guān)系，坐標(biāo)值在中間大部分范圍內(nèi)基本是成線性變化的。為了較準(zhǔn)確的進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，可采用線性求值和查表相結(jié)合的方式進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

觸摸屏的C程序設(shè)計主要包括觸摸屏初始化子函數(shù)、讀A/D轉(zhuǎn)換值子函數(shù)、坐標(biāo)原始值子函數(shù)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換子函數(shù)。

與ADS7843相關(guān)的引腳C程序預(yù)處理為：

讀A/D轉(zhuǎn)換值子函數(shù)：

4結(jié)束語

在嵌入式智能設(shè)備中，用液晶觸摸屏取代傳統(tǒng)的按鍵、LED等人機(jī)對話部件，具有操作簡便、界面友好及功能較強(qiáng)等優(yōu)點。隨著LCD液晶屏價格的進(jìn)一步下降，液晶觸摸屏有著更寬廣的應(yīng)用市場，基于ARM微處理器與液晶觸摸屏的技術(shù)開發(fā)具有現(xiàn)實意義和社會經(jīng)濟(jì)價值。本系統(tǒng)