嵌入式系统设计 人机交互接口.ppt

4.5 4.5 人机交互接口人机交互接口 4.5.1 显示器接口设计 4.5.2 键盘接口设计 4.5.3 触摸屏接口设计 4.5.4 嵌入式系统其它接口设计 1 4.5 4.5 人机交互接口人机交互接口 为了使嵌入式系统具有友好的人机接口，为了使嵌入式系统具有友好的人机接口， 需要给嵌入式系统配置显示装置需要给嵌入式系统配置显示装置，如，如LCDLCD显示器以及显示器以及 必要的声响提示等。另外，要进行人机交互，还得由必要的声响提示等。另外，要进行人机交互，还得由 输入装置，使用户可以对嵌入式系统发出命令或输入输入装置，使用户可以对嵌入式系统发出命令或输入 必要的参数。如输入设备如键盘、触摸屏等。必要的参数。如输入设备如键盘、触摸屏等。 4.5.1 LCD4.5.1 LCD显示器显示器 LCDLCD（Liquid Crystal DisplayLiquid Crystal Display）是一种耗是一种耗 电少、体积小的电少、体积小的数字式数字式显示器件，显示器件，通过液晶、彩色过通过液晶、彩色过 滤器过滤广元。在平面面板上滤器过滤广元。在平面面板上显示字符、文字和图像显示字符、文字和图像 等信息。等信息。与阴极射线管与阴极射线管CRTCRT相比占用空间小、功耗低相比占用空间小、功耗低 、辐射底、无闪烁，降低视觉疲劳、辐射底、无闪烁，降低视觉疲劳。 2 1 1、液晶显示器（、液晶显示器（LCDLCD）概述）概述 在在LCDLCD显示器中，显示面板薄膜被分成很显示器中，显示面板薄膜被分成很 多小栅格，每个栅格由一个电极控制，通过改变栅多小栅格，每个栅格由一个电极控制，通过改变栅 格上的电极就能控制栅格内液晶分子的排列，从而格上的电极就能控制栅格内液晶分子的排列，从而 控制光路的导通。彩色显示利用三原色混合的原理控制光路的导通。彩色显示利用三原色混合的原理 显示不同的色彩：此时每一个象素都是由显示不同的色彩：此时每一个象素都是由3 3个液晶单个液晶单 元格构成的。其中每一个单元格前面都分别有红色元格构成的。其中每一个单元格前面都分别有红色R R 、绿色、绿色G G或蓝色或蓝色B B的过滤片，光线经过过滤片的处理的过滤片，光线经过过滤片的处理 变成不同的色彩。变成不同的色彩。 点阵式点阵式LCDLCD由矩阵构成，显示文字字符以由矩阵构成，显示文字字符以 及其他符号，常见的点阵及其他符号，常见的点阵LCDLCD用用5 5行行8 8列的点表示一个列的点表示一个 字符，使用字符，使用1616行行1616列的点表示一个汉字列的点表示一个汉字。LCDLCD驱动器驱动器 将输入数据转换为激发相应的点所需的电信号。将输入数据转换为激发相应的点所需的电信号。 3 主要用于显示文本及图形信息。它 具有重量轻、体积小、耗电量低、无辐射、平 面直角显示以及影像稳定不闪烁等特点，因此 在许多电子应用系统中，常使用液晶屏作为人 机界面，而且已广泛应用与于各类显示器件上 如下图所示。 4 （1 1）LCDLCD的分类的分类 液晶显示的原理是液晶在不同电压的作用下液晶显示的原理是液晶在不同电压的作用下 会有不同的光特性。一类是会有不同的光特性。一类是STNSTN型液晶属于无源的，这型液晶属于无源的，这 类液晶需要有外部提供光源，根据光源的位置又可以类液晶需要有外部提供光源，根据光源的位置又可以 进一步分成反射式和透射式两种。进一步分成反射式和透射式两种。这种这种液晶显示的成液晶显示的成 本较低，但有效视角较小，色彩也不够鲜艳。它具有本较低，但有效视角较小，色彩也不够鲜艳。它具有 省电的最大优势。其屏幕尺寸一般在省电的最大优势。其屏幕尺寸一般在5 5英寸以下英寸以下（目前（目前 较少使用）较少使用）。 另一类是有源另一类是有源发光器件发光器件TFTTFT形式。形式。TFTTFT是薄是薄 膜晶体管膜晶体管Thin Film Thin Film TransitorTransitor的缩写，每个液晶就的缩写，每个液晶就类类 似似是一个可以发光的晶体管。液晶显示屏就是有许多是一个可以发光的晶体管。液晶显示屏就是有许多 液晶排列成阵列而构成的。液晶排列成阵列而构成的。 5 （2 2）单色与彩色显示器）单色与彩色显示器 在单色液晶显示屏中，一个液晶在单色液晶显示屏中，一个液晶 就是一个象素就是一个象素。 在彩色液晶屏中则每个象素由在彩色液晶屏中则每个象素由R R 红、红、G G绿和绿和B B兰色三个液晶共同组成。兰色三个液晶共同组成。同时同时 也可以认为每个象素背后都有一个也可以认为每个象素背后都有一个8 8位的位的 寄存器，寄存器的值决定着三个液晶单元寄存器，寄存器的值决定着三个液晶单元 各自的亮度。有些情况下寄存器的值并不各自的亮度。有些情况下寄存器的值并不 直接驱动直接驱动RGBRGB三个液晶单元的亮度，而是三个液晶单元的亮度，而是 通过一个调色板技术来访问，发出真彩色通过一个调色板技术来访问，发出真彩色 的效果。的效果。 6 在实际现实中如果要为每个象素都配在实际现实中如果要为每个象素都配 备寄存器是不现实的，实际上只配备了备寄存器是不现实的，实际上只配备了 一一组组寄存器，而这些寄存器依次轮流连寄存器，而这些寄存器依次轮流连 接到每一行象素并装入该行的内容，使接到每一行象素并装入该行的内容，使 每一行象素都暂短的受到驱动，这样周每一行象素都暂短的受到驱动，这样周 而复始将所有的象素行都驱动一遍就显而复始将所有的象素行都驱动一遍就显 示一个完整的画面。一般为了使人不感示一个完整的画面。一般为了使人不感 到闪烁，一秒钟要重复显示数十帧。到闪烁，一秒钟要重复显示数十帧。LCBLCB 一般采用并行传输。一般采用并行传输。 7 （3 3）LCDLCD的驱动控制的驱动控制 市场上的市场上的LCDLCD有两种模块形式，有两种模块形式，一种一种是是LCDLCD 显示屏后边有印刷板并在板上带有驱动芯片显示屏后边有印刷板并在板上带有驱动芯片的的 LCDLCD模块。这种模块。这种LCDLCD可以方便的与各种单片机使可以方便的与各种单片机使 用总线方式来驱动用总线方式来驱动，例如，例如80518051但偏激的显示形但偏激的显示形 式就属于这种。式就属于这种。 另一种另一种在在微处理器芯片上的内置微处理器芯片上的内置LCDLCD控制控制 器来驱动显示模块器来驱动显示模块（如（如S3C2410)S3C2410)，它可以支持，它可以支持 彩色彩色/ /灰度灰度/ /单色三种模式，灰度模式下可支持单色三种模式，灰度模式下可支持 4 4级灰度和级灰度和1616级灰度，彩色模式下最多支持级灰度，彩色模式下最多支持256256 色，色，LCDLCD的实际尺寸可支持到的实际尺寸可支持到320240320240。 8 从系统结构上来讲，由于显示器模 块中已经有显示存储器。显存中的每一个单元 对应LCD上的一个点，只要显存中的内容改变， 显示结果便进行刷新。于是便存在两种刷新： 直接根据系统要求对显存进行修改，一种 是只需修改相应的局部就可以，不需要判断覆盖等； 另一种就是有覆盖问题，计算起来比较复杂，而且每 做一点小的屏幕改变就进行刷新，将增加系统负担。 专门开辟显示内存，在需要刷新时候由程 序进行显示更新。这样，不但可以减轻总线负荷，而 且也比较合理，在有需要的时候进行统一的显示更新 ，界面也可以比较美观，不致由于无法预料的刷新动 作导致显示界面闪烁。 （4）LCD模块的显存控制 9 前后台双重显示缓存的显示模块结构 10 在常用的嵌入式在常用的嵌入式LCDLCD屏幕上实现图像和字符屏幕上实现图像和字符 的显示具体步骤如下：的显示具体步骤如下： 首先在程序中配置微处理器首先在程序中配置微处理器GPIOGPIO的寄存器的寄存器 ，将与，将与LCDLCD连接的引脚定义为所需的功能；将帧连接的引脚定义为所需的功能；将帧 描述符定义描述符定义在在SDRAMSDRAM里，在里，在DMACDMAC被初始化后供被初始化后供 DMACDMAC提取；配置提取；配置LCDLCD控制器的各寄存器；最后建控制器的各寄存器；最后建 立立LCDLCD屏幕上的每一象素与帧缓冲区对应位置的屏幕上的每一象素与帧缓冲区对应位置的 映射关系，将字符位图转换成字符矩阵数据，映射关系，将字符位图转换成字符矩阵数据， 并且写入到帧缓冲器（也成为显存）里。并且写入到帧缓冲器（也成为显存）里。 11 （5 5）工作原理）工作原理 显存中的每一个单元对应显存中的每一个单元对应LCDLCD上的一个点，上的一个点， 只要显存中的内容改变，显示结果便进行刷新。显示只要显存中的内容改变，显示结果便进行刷新。显示 屏可以以单色或彩色显示，单色屏可以以单色或彩色显示，单色用用1 1位来表示，彩色可位来表示，彩色可 以以用用8 8位（位（256256色）或色）或1616位、位、2424位表示其颜色。屏幕的位表示其颜色。屏幕的 大小和显示模式这些因素会影响显存的大小。大小和显示模式这些因素会影响显存的大小。 显存通常是从内存空间分配所得，并且它显存通常是从内存空间分配所得，并且它 是由连续的字节空间组成，而屏幕的显示操作总是从是由连续的字节空间组成，而屏幕的显示操作总是从 左到右逐点象素扫描，从上到下逐行扫描，直到右下左到右逐点象素扫描，从上到下逐行扫描，直到右下 角，然后再折返到左上角。而显存里的数据则是按地角，然后再折返到左上角。而显存里的数据则是按地 址递增的顺序被提取，当显存里的最后一个字节被提址递增的顺序被提取，当显存里的最后一个字节被提 取后，再返回显存的首地址。取后，再返回显存的首地址。 12 工作原理工作原理 计算机反映自然界的颜色是通过计算机反映自然界的颜色是通过R R、G G、 B B值来表示的，如果要在屏幕某一点显示某种颜色值来表示的，如果要在屏幕某一点显示某种颜色 ，则必须在显存里给出相应每一个象素的，则必须在显存里给出相应每一个象素的R R、G G、B B 值。其实现方法有直接从显存中得到和间接得到两值。其实现方法有直接从显存中得到和间接得到两 种方式。直接得到是指在显存里存放有象素对应的种方式。直接得到是指在显存里存放有象素对应的 RGBRGB值，通过将值，通过将该该RGBRGB值传输到显示屏上而令屏幕显值传输到显示屏上而令屏幕显 示。间接得到方式是指显存中存放的并不是示。间接得到方式是指显存中存放的并不是RGBRGB值值 ，而是调色板的索引值，调色板里存放的才是，而是调色板的索引值，调色板里存放的才是RGBRGB 值，然后再发送到显示屏上。值，然后再发送到显示屏上。 13 （6 6）调色板技术）调色板技术 在显存与显示器之间还需要在显存与显示器之间还需要有有LCDLCD控制器控制器 负责完成从现存提取数据，进行处理并传输到屏幕上负责完成从现存提取数据，进行处理并传输到屏幕上 。例如。例如PXA255PXA255微处理器内部集成有微处理器内部集成有LCDLCD控制器，它提控制器，它提 供了一个从微处理器到供了一个从微处理器到Passive(STN)Passive(STN)或或Active(TFT)Active(TFT) 显示屏的接口。显示屏的接口。LCDLCD控制器由控制器由LCD DMAC,LCD DMAC,输入输出输入输出FIFOFIFO ，内部调色板和寄存器组组成。内部调色板和寄存器组组成。 当接当接STNSTN显示屏，并且显示模式为单色或彩显示屏，并且显示模式为单色或彩 色（小于色（小于8 8位位/ /象素）时，象素）时， LCDLCD控制器采用调色板技术控制器采用调色板技术 。当接当接TFT TFT 显示屏时，显示屏时， LCDLCD控制器无需加载数据到调控制器无需加载数据到调 色板中，通过色板中，通过DMACDMAC传输到输入传输到输入FIFOFIFO后，数据又立刻被后，数据又立刻被 传输到输出传输到输出FIFOFIFO，然后在屏幕上进行显示然后在屏幕上进行显示。 14 2、S3C2410 LCD控制器 一般功能：S3C2410 LCD控制器具有一般 LCD控制器功能，产生各种信号、传输显示数据到 LCD驱动器。 1）S3C2410特点 （1）基本特点 有专用DMA 用于向LCD驱动器传输数据 有中断（INT_LCD） 15 显示缓存可以很大 系统存储器可以作为显示缓存用 支持多屏滚动显示 用显示缓存支持硬件水平、垂直滚屏 支持多种时序LCD屏 通过对LCD控制器编程，产生适合不同 LCD显示屏的扫描信号、数据宽度、刷新率信号 等。 支持多种数据格式 大端、小端格式，WinCE格式。 16 （2）支持STN材料LCD 单色显示：每像素2位数据、4级灰度；每 像素4位数据、16级灰度。 单色扫描：4位单向、双向扫描，8位单向扫 描。 彩色显示：每像素16位数据、65536种色彩， 每像素24位数据真色彩。 支持多种LCD屏： 640480、320240、160160等 4MB显示缓存：支持256色的像素数， 40961024, 20482048, 10244096等 17 （3）支持TFT材料LCD 单色显示：每像素1位数据、2位数据、4 位数据、8位数据。 彩色显示：每像素16位数据、65536种色 彩，每像素24位数据、16M种真色彩。 支持多种LCD屏： 640480、320240、160160等 4MB显示缓存： 支持64K色的像素数， 20481024等。 18 2）S3C2410 LCD控制器结构与工作原理 （1）控制器结构 19 （1）LCD控制器结构 主要由6部分组成：时序发生器、LCD主控 制器（LPC3600）、DMA、视频信号混合器、数据格 式转换器、控制逻辑等。 20 21 （2）LCD控制器引脚信 号 共41个信号 VD23:0：LCD数据 VDEN：数据使能 VCLK：时钟信号 VLINE：行扫描信号 LEND：行结束信号 22 VFRAME：帧扫描信号 HSYNC：水平同步信号 VSYNC：垂直同步信号 VM：显示驱动交流信号 LCDVF0、LCDVF1、LCDVF2：时序控制信号 LCD_PWREN：面板电源控制信号 LCD_HCLK：时钟面板控制信号 CPV：行同步面板控制信号 STV：帧同步面板控制信号 TP：显示驱动面板控制信号 STH：面板控制信号 23 寄存器描 述 初值偏址 LCDCON1LCD控制寄存器10x000000000x00 LCDCON2LCD控制寄存器20x000000000x04 LCDCON3LCD控制寄存器30x000000000x08 LCDCON4LCD控制寄存器40x000000000x0C LCDCON5LCD控制寄存器50x000000000x10 （3）LCD控制器专用寄存器 S3C2410的有17个专用寄存器，分为四类 ，其基地址均为0x4D000000。 控制寄存器（5个，如下表） 24 地址寄存器 共3个地址寄存器控制寄存器，如下表所 示。 寄存器描 述 初值偏址 LCDSADDR1帧起始地址寄存器10x000000000x14 LCDSADDR2帧起始地址寄存器20x000000000x18 LCDSADDR3虚拟屏地址寄存器0x000000000x1C 25 颜色配置寄存器 共4个颜色配置寄存器，1个抖动模式寄存器， 如下表所示。 寄存器描 述 初值偏址 REDLUT红颜色寄存器0x000000000x20 GREENLUT绿颜色寄存器0x000000000x24 BLUELUT蓝颜色寄存器0x000000000x28 DITHMODE抖动模式寄存器0x000000000x4C TPAL临时调色存器0x000000000x50 26 中断寄存器 共3个中断寄存器，1个LCD控制器寄存器 ，如下表所示。 寄存器描 述 初值偏址 LCDSADDR1中断服务存器0x00x54 LCDSADDR2中断标志寄存器0x00x58 LCDSADDR3中断屏蔽寄存器0x30x5C LPCSELLPC3600控制器 控制寄存器 0x40x60 27 3 3）PXA255 LCDPXA255 LCD控制单元控制单元 PXA255PXA255处理器集成的处理器集成的LCDLCD控制单元，支持单控制单元，支持单 屏或双屏显示，并有专用的屏或双屏显示，并有专用的二个二个DMADMA控制器、一个控制器、一个256256 单元调色板单元调色板RAMRAM和和FIFOFIFO缓冲器等缓冲器等。 当输入当输入LCDLCD控制器的图像数据采用控制器的图像数据采用1 1位（黑位（黑 白）、白）、2 2位（位（4 4色）和色）和8 8位（位（256256色）编码时，需要将这色）编码时，需要将这 些图像数据的编码转换为些图像数据的编码转换为1616位颜色编码输出。调色板位颜色编码输出。调色板 RAMRAM用于指明图像数据与图像编码的映射关系，内部用于指明图像数据与图像编码的映射关系，内部 装有装有256256个调色单元，每个单元保存一个个调色单元，每个单元保存一个1616位颜色值位颜色值 。其中。其中5 5位表示红色，位表示红色，6 6位表示绿色，位表示绿色，5 5位表示蓝色位表示蓝色。 LCDLCD模块接口包含有模块接口包含有1616位数据（位数据（5 5，6 6，5 5） 线，时钟线（线，时钟线（3 3），数据使能线（），数据使能线（1 1），电源和地线），电源和地线等等 。 28 2 2、LEDLED显示器接口显示器接口 LED(Light LED(Light Emitting Emitting Diode) Diode)常常 称为七段发光二极管称为七段发光二极管, , 在专用的微型计算在专用的微型计算 机系统中机系统中, ,特别是在嵌入式控制系统特别是在嵌入式控制系统中中, , 应应 用非常普遍。它价格低廉、体积小、功耗用非常普遍。它价格低廉、体积小、功耗 低，而可靠性又很好，因此，从单板微型低，而可靠性又很好，因此，从单板微型 机、袖珍计算机到许多微型机控制系统及机、袖珍计算机到许多微型机控制系统及 数字化仪器都数字化仪器都用用LEDLED作为输出显示。作为输出显示。 29 LEDLED显示器结构原理显示器结构原理 30 LEDLED显示器的连接设计显示器的连接设计 31 4.5.2 4.5.2 键盘工作原理图键盘工作原理图 常用常用4*44*4小键盘，也可外加小键盘，也可外加PS/2PS/2接口连接标准键盘。接口连接标准键盘。 32 键盘扫描过程键盘扫描过程有三种控制方法，其一是程序有三种控制方法，其一是程序 控制方式。其二是定时扫描方法。其三是键盘中控制方式。其二是定时扫描方法。其三是键盘中 断控制方式。键盘上断控制方式。键盘上每个键每个键都都被分配一个称为扫被分配一个称为扫 描码的唯一标识符。描码的唯一标识符。是用不同扫描控制方式读取是用不同扫描控制方式读取 该扫描码，根据按下的键该扫描码，根据按下的键功能功能来判定应该采取什来判定应该采取什 么行动。么行动。注意事项：注意事项： 消抖算法：消抖算法： 组合键处理组合键处理 (1)(1)键盘扫描方法键盘扫描方法 33 键盘抖动示意图键盘抖动示意图 34 （2 2）键盘驱动程序组成）键盘驱动程序组成 /ucos-II/add/OSAddTask.cucos-II/add/OSAddTask.c中的任务中的任务 初始化函数初始化函数OSAddTask_InitOSAddTask_Init的创建键盘任务的创建键盘任务 Key_Scan_TaskKey_Scan_Task 键盘初始化函数键盘初始化函数KeyBoard_initKeyBoard_init();(); 中断程序中断程序ISR_KeyISR_Key的实现的实现 键盘的查询任务键盘的查询任务 键盘映射表键盘映射表KeyBoard_MapKeyBoard_Map 35 4.5.3 4.5.3 触摸屏设计触摸屏设计 触摸屏是一种简单、方便的输入设备，应用触摸屏是一种简单、方便的输入设备，应用 的越来越广泛。人们用触摸屏代替鼠标或键盘，根据触的越来越广泛。人们用触摸屏代替鼠标或键盘，根据触 笔点击的位置来定位选择信息输入。笔点击的位置来定位选择信息输入。它它广泛的应用在自广泛的应用在自 助取款机、助取款机、PDAPDA设备、媒体播放器、汽车导航器、智能手设备、媒体播放器、汽车导航器、智能手 机医疗电子设备等方面。它机医疗电子设备等方面。它是嵌入式设备最常用的输入是嵌入式设备最常用的输入 接口之一。接口之一。 触摸屏触摸屏和和LCDLCD不是同一个物理设备，触摸屏是不是同一个物理设备，触摸屏是 覆盖覆盖在在LCDLCD的表面，检测用户电击的位置。触摸屏的输入的表面，检测用户电击的位置。触摸屏的输入 是一个模拟信号，通过触摸屏控制器将模拟信号转换为是一个模拟信号，通过触摸屏控制器将模拟信号转换为 数字信号，再送给处理器进行处理。数字信号，再送给处理器进行处理。 触摸屏分类有如下触摸屏分类有如下4 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；表面声波触摸屏； 红外式触摸屏红外式触摸屏 ；电容式触摸屏。；电容式触摸屏。 36 37 1 1、电阻式触摸屏概述、电阻式触摸屏概述 最常见的触摸屏是电阻式触摸屏，其最常见的触摸屏是电阻式触摸屏，其 屏体部分是一块与显示屏表面非常配合的多层复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，光滑、防刮的塑料层，它的内表面也涂化处理，光滑、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（小于千分之一英寸）的透明隔离点把它们隔离 绝缘。触摸屏负责将受压的位置转换成模拟电信绝缘。触摸屏负责将受压的位置转换成模拟电信 号，再经过号，再经过A/DA/D转换成为数字量表示转换成为数字量表示的的x x、y y坐标坐标 ，送入，送入CPUCPU处理，为了可视化还可以在处理，为了可视化还可以在LCDLCD上显示上显示 出来。出来。 38 1 1）工作原理）工作原理 电阻式触摸屏工作时，上下导体层相电阻式触摸屏工作时，上下导体层相 当于二维精密电阻网络。即等效为沿当于二维精密电阻网络。即等效为沿x x方向的电阻方向的电阻 RxRx和沿和沿y y方向的电阻方向的电阻RyRy。当某一层电极加上电压时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，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。然后极上可以测的接触点处的电压。然后用模用模/ /数转换数转换 器来测量电压，以此得出位置。触摸屏通过交替器来测量电压，以此得出位置。触摸屏通过交替 使用水平使用水平X X和垂直和垂直Y Y电压梯度来获得电压梯度来获得x x和和y y的位置。的位置。 具体常用的有四线电阻式触摸屏。电阻技术触摸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。适合工业控制领域及办公室内的使用。 39 触摸屏驱动开发 芯片: BB公司的ADS7846、接口SPI 工作在笔中断模式 驱动模型:本机设备驱动，分层驱动(MDD 、PDD) 供电 测量 电路网络 ADC 串行数据输出 X+ X- Y+ Y- PENIRQ# DOUT BUSY CS# DCLK DIN 40 四线电阻触摸屏原理四线电阻触摸屏原理 41 测量原理测量原理 在触摸在触摸点点X X、Y Y坐标的测坐标的测 量过程中，测量电压与测量点量过程中，测量电压与测量点 的等效电路图所示，图中的等效电路图所示，图中P P为测为测 量点量点 X V Y Y 42 2 2）触摸屏的硬件接口设计）触摸屏的硬件接口设计 触模屏控制器触模屏控制器ADS7843 ADS7843是一个可编程的模拟是一个可编程的模拟 到数字转换器。内部有一个到数字转换器。内部有一个1212位位的的A/DA/D转换器，可以准转换器，可以准 确判断出触点的坐标位置。同时非常适合于四线的触确判断出触点的坐标位置。同时非常适合于四线的触 摸屏，摸屏，以以2.7V2.7V到到5V5V间供电，转换率高达间供电，转换率高达125KHZ,125KHZ,功耗可功耗可 达达750uW750uW。在自动关闭模式下功耗仅在自动关闭模式下功耗仅为为0.5uW0.5uW。模拟到模拟到 数字的转换精度（逐次比较数字的转换精度（逐次比较式式ADCADC）可选可选256256级（级（8 8位）位） 或或40964096级（级（1212位）。命令字的写入以及转换后的数字位）。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。量的读取可通过串行方式操作。 43 触摸屏的接口设计触摸屏的接口设计 触摸屏的控制采用专用芯片，专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置的模拟电压信号经过A/DA/D转换送回处理器转换送回处理器 。S3C44B0S3C44B0选取选取PGPG口与口与ADS7843ADS7843接口，共使用接口，共使用 PG2 - PG7PG2 - PG7的的6 6条口线条口线, ,也可以选择其他的也可以选择其他的I/OI/O 口，但注意不要口，但注意不要与与I/OI/O口上已经设定的功能口上已经设定的功能 相冲突其中相冲突其中，X+X+、Y+Y+、X-X-、Y-Y-引脚直接与引脚直接与 触摸屏的相应管脚相连。触摸屏的相应管脚相连。 44 触摸屏控制芯片触摸屏控制芯片 45 FM7843FM7843与与ARMARM的连接的连接 46 触摸屏的接口设计触摸屏的接口设计 FM FM 78437843送回控制器送回控制器的 的X X与与Y Y值仅是对当值仅是对当 前触摸点的电压值前触摸点的电压值的的A/DA/D转换值。这个值的大小不转换值。这个值的大小不 但与触摸屏的分辨率有关，而且也与触摸但与触摸屏的分辨率有关，而且也与触摸屏与屏与LCDLCD 贴合的情况有关。而且贴合的情况有关。而且，LCDLCD分辨率与触摸屏的分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，辨率一般来说是不一样，坐标也不一样，因此， 如果想得到体现如果想得到体现LCDLCD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： 47 触摸屏与触摸屏与LCDLCD坐标匹配公式坐标匹配公式 x=(x=(x-x- TchScr_XminTchScr_Xmin)*)*LCDWIDTH/(TchScr_Xmax-LCDWIDTH/(TchScr_Xmax- TchScr_XminTchScr_Xmin) ) y=(y=(y-y- TchScr_YminTchScr_Ymin)*)*LCDHEIGHT/(TchScr_Ymax-LCDHEIGHT/(TchScr_Ymax- TchScr_YminTchScr_Ymin) ) 其中，其中，TchScr_XmaxTchScr_Xmax、TchScr_XminTchScr_Xmin、 TchScr_YmaxTchScr_Ymax和和TchScr_YminTchScr_Ymin是触摸屏返回电压值是触摸屏返回电压值 x x、y y轴的范围，轴的范围，LCDWIDTHLCDWIDTH、LCDHEIGHTLCDHEIGHT是液晶屏是液晶屏 的宽度与高度。的宽度与高度。 48 3 3）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PCONGPCONG寄存器如下：寄存器如下： rPCONGrPCONG = Ox015f = Ox015f； 其中，其中，PENIRQPENIRQ最好加上内部上拉，设置为最好加上内部上拉，设置为: : rPUPG rPUPGOx80Ox80。 （1 1）读取触摸点坐标程序读取触摸点坐标程序: : 首先检测首先检测PENIRQPENIRQ端，如果为低电平，则端，如果为低电平，则 认为有接触；否则认为触摸屏没有接触。利用软件认为有接触；否则认为触摸屏没有接触。利用软件 模拟模拟DIN, DIN, DOUTDOUT和和DCLKDCLK上的上的3 3线串行传输时序，将读线串行传输时序，将读 取的取的x x或或Y Y坐标数值的控制字串行送入坐标数值的控制字串行送入ADS7843,ADS7843,然后然后 再串行读出坐标值，送串口显示即可。再串行读出坐标值，送串口显示即可。 （2 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。 49 产生中断? 关中断、清中断标志 发送测量X的控制字 SPI忙? 读取X座标转换数据 发送测量Y的控制字 读取Y座标转换数据 中断使能 SPI忙? SPI忙? NO NO YES YES NO YES YES NO DdsiTouchPanelPowerHandler 当电源状态变化时发出通知 DdsiTouchPanelDisable/DdsiTouchPanelE nable 禁止触摸屏/使能触摸屏 DdsiTouchPanelGetDeviceCaps 返回关于触摸屏性能的信息 DdsiTouchPanelGetPoint 获取触摸点坐标 TouchPanelCalibrateAPoint 把没校准的点转换为校准后的点 TouchPanelSetMode 设置触摸屏设备的模式信息 开始 结束 50 4 4）触摸屏驱动程序剖析）触摸屏驱动程序剖析 /ucos-II/add/OSAddTask.cucos-II/add/OSAddTask.c中的任务初始中的任务初始 化函数化函数OSAddTask_InitOSAddTask_Init的触摸屏的初始化函数的触摸屏的初始化函数 TchScr_initTchScr_init 创建触摸屏任务创建触摸屏任务Touch_Screen_TaskTouch_Screen_Task 注册系统中断（注册系统中断（SetISR_InterruptSetISR_Interrupt） 开启开启S3C44B0S3C44B0外部中断外部中断45674567（TS_OPEN_INTTS_OPEN_INT） 中断程序中断程序Touch_Screen_ISRTouch_Screen_ISR的实现的实现 触摸屏的查询任务触摸屏的查询任务 51 2、S3C2410X的A/D 转换器概述 S3C2410X中集成了一个通道10 位A/D 转换器，A/D 转换器自身具有采样保持功能。并且 S3C2410X的A/D 转换器支持触摸屏接口。 A/D转换器的主要特性： 分辨率：10位；精度：1LSB 线性度误差： 1.5-2.0LSB； 最大转换速率：500KSPS； 输入电压范围：03.3v； 系统具有采样保持功能； 常规转换和低能源消耗功能； 独立/自动的X/Y 坐标转换模式。 52 下图为S3C2410 A/D 转换器和触摸屏接口的 功能块图。 主要 由6部分构成： 信号输入通 道 8转1切换开 关 A/D转换器 控制逻辑 中断信号发 生器 触摸屏接口 53 1）工作原理 （1）A/D 转换时间计算和分辨率 当PCLK 频率为50MHz，预分频值是49，10 位 数字量的转换时间如下： A/D 转换频率=50MHz /（49+1）=1MHz 转换时间=1/（1MHz/5 个周期） =1/200KHz=5us A/D 转换器最大可以工作在2.5MHz 时钟下， 所以转换速率可以达到500KSPS。 （2）触摸屏的结构及工作原理 原理：对于电阻式触摸屏，由3层透明薄膜构 成，有一层是电阻层，还有一层是导电层，它们中间有 一隔离层，当某一点被按压时，在按压点电阻层与导电 层接触，如果在电阻层的一边接电源，另一边接地，便 可测量出按压点的电压，从而可算出其坐标。 实现方法： 54 测量X坐标：从XP输出电压给X+端，从XM 输出地电位给X-端；从YP脚输入按压点电压。 控制信号：nYPON=1； nYMON=0 nXPON=0； nXMON=1 测Y 测X 55 测量Y坐标：从YP输出电压给Y+端，从YM 输出地电位给Y-端；从XP脚输入按压点电压。 控制信号：nYPON=0； nYMON=1 nXPON=1； nXMON=0 测Y 测X 56 3）S3C24120X A/D转换器的工作模式 有5种：普通转换模式、分离的X/Y坐标转换模式、连 续的X/Y坐标转换模式、等待中断模式、静态模式。第2-4种是用 于触摸屏。 （1）普通转换模式 用于一般A/D转换，不是用于触摸屏。转换结束后， 其数据在ADCDAT0中的XPDATA域。 （2）分离的X/Y坐标转换模式 分两步进行X/Y坐标转换，其转换结果分别存于 ADCDAT0中的XPDATA域中和ADCDAT1中的YPDATA域中，并且均会产生 INT_ADC中断请求。 （3）自动（连续）的X/Y坐标转换模式 X坐标转换结束启动Y坐标转换，其转换结果分别存于 ADCDAT0中的XPDATA域中和ADCDAT1中的YPDATA域中，然后产生 INT_ADC中断请求。 57 （4）等待中断转换模式 在该模式下，转换器等待使用者按压触摸 屏，一旦触摸屏被按压，则产生INT_TC触摸屏中断请 求。 中断后，在中断处理程序中再将转换器设 置为分离的X/Y坐标转换模式、或者连续的X/Y坐标转 换模式进行处理。 触摸屏接口信号： XP=上拉XM=高阻 YP=AIN5YM=接地 （5）静态模式 当ADCCON中的STDBM设为1时，转换器进入 静态模式，停止A/D转换。其数据域的数据保持不变。 58 4）ADC和触摸屏专用寄存器 有5个专用寄存器 Register Address R/W Description Reset Value ADCCON 0x58000000 R/W ADC控制寄存器 0x3FC4 ADCTSC 0x58000004 R/W 触摸屏控制寄存器0x058 ADCDLY 0x58000008 R/W ADC起始延迟寄存器0x00FF ADCDAT00x5800000CRADC转换数据0寄存器- ADCDAT1 0x58000010 RADC转换数据1寄存器- 59 ECFLG-转换结束标志（只读） 0：转换操作中；1：转换结束 PRSCEN-转换器预分频器使能 0：停止预分频器；1：使能预分频器 PRSCVL-转换器预分频器数值数值N范围：1- 255 注意：（1）实际除数值为N+1 （2）对N数值的要求：转换速率应该 PCLK/5 （1）ADCCON-ADC控制寄存器 151413 6 ECFLGPRSCENPRSCVL 543210 SEL_MUXSTDBM READ_START ENABLE_START 60 SEL_MUX -模拟输入通道选择 000：AIN0；001：AIN1010： AIN2 011：AIN3111： AIN7 STDBM-备用模式设置 0：正常工作模式；1：备用模式，不做 A/D转换 READ_START-通过读取启动转换 0：停止通过读取启动转换；1：使能通过读取启 动转换 ENABLE_START-通过设置该位启动转换 0：无效；1：启动A/D转换（启动后被 清0） 注意：如果READ_START为1，则该位无效 543210 SEL_MUXSTDBM READ_START ENABLE_START 61 YM_SEN-选择YMON的输出值 0：输出0（YM=高阻）；1： 输出1（YM=GND ） YP_SEN-选择nYPON的输出值 0：输出0（YP=外部电压）；1：输出1（YP 连接AIN5） XM_SEN-选择XMON的输出值 0：输出0（ XM=高阻）；1： 输出1（XM=GND ） XP_SEN-选择nXP的输出值 0：输出0（XP=外部电压）；1：输出1（XP 连接AIN7） （2）ADCTSC-ADC触摸屏控制寄存器 876543210 保留0 YM_SENYP_SENXM_SENXP_SEN PULL_UP AUTO_PST XY_PST 62 PULL-上拉切换使能 0：XP上拉使能；1： XP上拉禁止 AUTO_PST-自动连续转换X轴和Y轴坐标模式选择 0：普通A/D转换；1：连续X/Y轴转换模 式 XY_PST-手动测量X轴和Y轴坐标模式选择 00：无操作模式；01：对X坐标测量； 10：对X坐标测量；11：等待中断模式 876543210 保留0 YM_SENYP_SENXM_SENXP_SEN PULL_UP AUTO_PST XY_PST 63 31 1615 14 13 12 11 10 9 8 8 7 6 5 4 3 2 1 0 保留为为0起始延迟迟数值值-分两种情况 第一情况： 对普通转换模式、分离的X/Y轴坐标转换 模式、连续的X/Y轴坐标转换模式，为转换延时数值 。 第二种情况： 对中断转换模式，为按压触摸屏后到产生 中断请求的延迟时间数值，其时间单位为ms。 （3）ADCDLY-ADC起始延迟寄存器 64 UPDOWN-等待中断模式的按压状态 0：触笔点击；1：触笔提起 AUTO_PST-自动X/Y轴转换模式指示 0：普通转换模式；1：X/Y轴坐标连续 转换 XY_PST-手动X/Y轴转换模式指示 00：无操作；01：为X轴坐标转换 10：为Y轴坐标转换11：为等待中断转 换 XPDATA9：0：为X轴坐标转换数值、或普通ADC转换数 值 具体意义由其它位指示。其值为：0-0x3FF （4）ADCDAT0-ADC转换数据0寄存器 1514131211109 0 UPDOWN AUTO_PST XY_PST 保留（0） XPDATA或普通ADC值值 65 UPDOWN-等待中断模式的按压状态 0：触笔点击；1：触笔提起 AUTO_PST-自动X/Y轴转换模式指示 0：普通转换模式；1：X/Y轴坐标连续 转换 XY_PST-手动X/Y轴转换模式指示 00：无操作；01：为X轴坐标转换 11：为Y轴坐标转换11：为等待中断转 换 YPDATA9：0：为10位Y轴坐标转换结果 其值为：0-0x3FF （5）ADCDAT1-ADC转换数据1寄存器 1514131211109 0 UPDOWN AUTO_PST XY_PST 保留（0）YPDATA 66 例题：编写程序，对3通道的模拟 量连续做10次转换，用查询方式读取转换 结果，其数据存于0x400000开始的区域。 AREA ADC，CODE，READONLY ENTRY START #define rADCCON (*(volatile unsigned *)0x58000000) #define rADCDAT0 (*(volatile unsigned *)0x5800000c) #define pref 49 #define ch 3 67 void adc(void) int adc_data10, i; rADCCON=(114)|(pref6)|(ch3)|1/允许预分 频 for(i=0;i10;i+) while(rADCCON /查询转 换结束否 adc_datai=rADCDAT0 /读取转 换结果 rADCCON|=1; /再次启 动转换 68 4.5.4 4.5.4 通用几种接口标准通用几种接口标准 1 1）红外接口）红外接口 红外接口是新一代手机等智能设备的配置 ，它支持手机等设备与电脑以及其他数字设备进行数 据交流。红外通讯有着成本低廉、连接方便、简单易 用和结构紧凑的特点，因此在小型的移动设备中获得 了广泛的应用。通过红外接口，各类移动设备可以自 由进行数据交换。 红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波 ，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛 看不到的光线。由于红外线的波长较短，对障碍物的 衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离、无遮挡 的无线通讯的场合。 69 配备有红外接口的智能设备进行无 线上网非常简单，不需要连接线和PC CARD，只 要设置好红外连接协议就能直接上网。红外接 口被众多的硬件和软件平台所支持；通过数据 电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线 的数据收发。 红外线通信技术适合于低成本、跨 平台、点对点高速数据连接，尤其是嵌入式系 统。红外线技术的主要应用：设备互联、信息 网关。设备互联后可完成不同设备内文件与信 息的交换，信息网关负责连接信息终端和互联 网。 70 （1）红外技术的主要特点 其使手机和电脑间可以无线传输数据； 可以与同样具备红外接口的设备间进行信息交流 ； 红外接口可以省去下载或其他信息交流所发生的 费用； 由于需要对接才能传输信息，安全性较强； 通讯距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通 讯中断； 红外通讯技术的主要目的是取代线缆连接进行 无线数据传输，功能单一，扩展性差。 71 （2 2）红外（）红外（ IrDA IrDA ）接口标准）接口标准 IrDAIrDA是红外数据协会是红外数据协会(Infrared Data (Infrared Data Association)Association)的简称。的简称。 IrDAIrDA是一种利用红外光进行短是一种利用红外光进行短 距离点对点通信的技术。距离点对点通信的技术。 IrDAIrDA标准：标准： 1.01.0版最高速度版最高速度115.2kb/s115.2kb/s 1.11.1版最高速率版最高速率4Mb/s4Mb/s，与，与1.01.0版本的兼容。版本的兼容。 IrDAIrDA物理层规范物理层规范 通信速率、数据的调制方式、红外收发器的通信速率、数据的调制方式、红外收发器的 峰值波长、视角、发光强度、接收灵敏度、抗背景光峰值波长、视角、发光强度、接收灵敏度、抗背景