引 言
工業上用32位單片機PIC32MX460F512L來控制帶觸摸屏的液晶顯示器是一種理想的方案。本文使用PIC32MX460F512L的并行接口模塊，按照8080時序驅動所羅門公司的SSD1926芯片，實現了5．7 in TFT彩色液晶觸模屏的觸摸和顯示功能。該方案在噴水織機控制應用中，已經整體實現了數據輸入／輸出、數據存儲、數據處理及傳輸等一系列上位機功能，而且用戶界面友好。
1 PIC32MX與SSD1926的接口電路
SSD1926是一款中小規模的顯示控制芯片。采用128引腳LQFP封裝，256 KB靜態存儲空間和2D圖像引擎，可以支持單色和彩色LCD；32位內部數據通道，可以提供高帶寬的顯示內存，以實現快速的屏幕刷新；擁有MMC／SD接口，可以與SD卡等外部存儲器件方便地進行數據交換；采用單電源供電和單時鐘輸入，具有很短的CPU訪問延遲時間，可以支持無READY／WAIT信號的微處理器。這些特點能夠極大地簡化外圍電路的設計。同時，SSD1926還具有強大的總線兼容性，可與多種類型的MCU連接，除了支持SRAM接口與ARM系列連接、ISA接口與NEC系列連接外，還支持8／16位8080時序間接尋址方式，能夠方便地與各種具有并口的MCU連接。本文使用：PIC32MX460F512L的8位／16位并行控制接口模塊與SSD1926接口。硬件接口框圖如圖1所示。
CS為片選信號，RS為地址與數據選擇信號，RESET為復位信號，都可以由通用I／O口進行控制，分別用RC1、RC2和RC3與其連接。數據總線DB[15：0]與并行控制接口模塊中的PMD[15：0]引腳分別對接。WR和RD為讀寫信號，由并行控制接口模塊中的PMWR和PMRD引腳分別控制。SSD1926對接收到的數據進行處理之后，再通過與LCD的接口驅動TFT彩色液晶屏進行顯示。
2 觸摸功能的軟硬件設計
電阻式觸摸屏處于與外界完全隔離的工作環境，不怕灰塵和水汽，可以用任何物體來觸摸，可以寫字畫圖，廣泛應用于工業控制領域中。觸摸屏工作時，上下導體層可以看作電阻網絡。當某一層電極加上電壓時，會在該電阻網絡上形成電壓梯度。若外力使得上下兩層電極在某一點相接觸，則在電極未施加電壓的另一層可以檢測出接觸點的電壓，從而換算出接觸點的坐標值。本文選用4線電阻式觸摸屏，其電阻網絡工作原理如圖2所示。
系統工作時，首先把AN11／RB11、AN4／RB4復用引腳設置為I／O引腳。RB11輸出高電平(+3．3 V)，RB4引腳輸出低電平(0 V)，在頂層的電極X+、X-上即產生了3．3 V的電壓。當有外力使得上下兩層在某一點接觸時，在底層Y+、Y-引腳上就會輸出接觸點處的電壓。此時，AN10／RB10、AN5／RB5設置為A／D輸入通道。采樣此引腳上的電壓信號，即可得到Y+、Y-引腳上的電壓值，根據下式可以計算出X坐標：
觸點X坐標=X軸分辨率×X相電壓采樣值／1 024
本文為10位精度A／D采樣，3．3 V輸入時對應的采樣值即為1 024。然后，改變4個引腳的輸出定義，將A／D輸入引腳RB10設置為I／O引腳輸出高電平，RB5設置為I／O引腳輸出低電平，將3．3 V電壓切換到底層電極Y+、Y-上，設置AN11和AN4為A／D輸入引腳。對X+、X-引腳進行A／D采樣，測量得到接觸點處的Y相電壓，根據下式可以計算出Y坐標：
觸點Y坐標=y軸分辨率×y相電壓采樣值／1 024
在工業應用中，由于A／D采樣信號為模擬量輸入，很容易受到現場環境的電磁干擾。除了在硬件上設計濾波電路等抗干擾措施外，還需要在軟件中設計抗干擾算法，具體軟件流程如圖3所示。通過采樣兩次輸入進行比較的方法，能夠有效地減少由A／D采樣模擬信號源帶來的干擾。根據采樣得到的X、Y坐標值，能夠準確地知道觸摸屏上接觸點的位置，再根據X、Y坐標的歷史值，還能夠分析出接觸點的狀態是接觸、移動，還是放開等狀態。
3 顯示觸摸功能的綜合實現
PIC32MX系列的并行控制接口模塊功能非常強大，只需要對其寄存器進行正確的初始化配置，即可自動適應各種并行接口的時序要求。當需要進行讀寫指令切換時，只需要改變讀寫狀態寄存器的值，芯片就會根據初始化配置時設置的值自動產生時序電平。在進行寫操作時，芯片也會根據設置的值，自動使數據信號達到所要求的建立電平和保持電平的時間。SSD1926相對應的寄存器配置如下：
并行接口數據傳輸時序如圖4所示。[next]
圖4中，CS信號為片選信號，對SSD1926進行操作時在整個操作周期中保持高電平。RS信號為地址與數據選擇信號，寫地址時保持低電平，寫數據時保持高電平。PMWR為寫操作使能信號。當寫操作開始時，首先等待1個外部時鐘周期(B)，確保PMD[15：0]上的數據或地址信號已穩定建立；然后保持3個外部時鐘周期的高電平(M)，確保信號內容完全寫入SSD1926；最后用1個外部時鐘周期(E)結束寫操作。BUSY信號為PMMODEbits．BUSY寄存器的狀態。進行讀寫操作時，BUSY信號自動置高；只有讀到BUSY信號為低時(表示上一次操作已完成，總線空閑)，程序才能開始下一次讀寫操作。把對應I／O口和寄存器的操作編程集成起來，編寫為子程序，可方便地在主程序中實現PIC32MX系列單片機與SSD1926之間的數據傳輸。人機界面主程序框圖如圖5所示。
當A／D采樣得到的接觸點X、Y坐標發生變化時，消息處理函數根據得到的消息發出相應的指令。除了進行數據輸入／輸出和與下位機通信外，當需要進行頁面切換時，就更改頁面狀態，調用“新頁面建立”函數，切換到新的頁面；當需要進行頁面內容更新時，就調用“頁面更新”函數，更新當前頁面的狀態。
為了簡化編程，軟件中定義了幾種常用的圖形模塊，如按鍵、靜態圖片、靜態文字段、動態數據顯示框等。每個模塊都具有模塊創建、模塊更新和消息響應3個子程序。模塊創建子程序根據模塊的上下左右坐標、模塊的顏色、模塊的內容及狀態等參數，在液晶顯示器的對應位置上顯示出模塊的圖案，并在對應的內存空間中記錄下模塊的狀態。模塊更新子程序定義了模塊不同狀態下圖案的變化，比如按鍵模塊當被觸摸時即顯示出3D效果的凹陷圖案，未被觸摸時即顯示3D效果的凸出圖案。消息響應子程序則根據A／D采樣得到的接觸點X、Y坐標，判斷模塊是處于觸摸過程的接觸、移動還是放開狀態，并對狀態進行響應。Microchip公司特別針對PIC32MX系列還開發了圖形軟件庫(graphics library)。該軟件可以方便地把各種語言、各種字體的文字以及位圖格式的圖片轉化為能夠在軟件中直接使用的數組矩陣，極大地方便了用戶。
4 應用情況
該方案已經成功應用在了某公司自主開發的噴水織機上。圖6為該噴水織機上本系統的實物圖。
噴水織機是采用噴射水柱牽引緯紗穿越梭口的無梭織機。為了完成開口、引緯、打緯、卷取、送經過程，需要多單元高精度的協同配合工作。舊式的噴水織機完全靠機械齒輪齒條傳動的方式，一旦更換織造品種，就得更換大．量齒輪齒條，改變傳動比；而且由于機械精度及強度的限制，很難提高織造的速度。
采用CAN總線電氣一體化控制策略的電控噴水織機，能夠利用CAN總線高速傳輸的能力以及交流電機伺服系統的高精度，實現多單元的高度協同工作，大幅度提高織造速度和質量；并且更換織造品種時只需要進行相關參數的調整，無需改變機械傳動比。
由于電氣單元和交流伺服電機的引入，需要設置大量的參數，而且需要及時、準確的故障報警，以監測織機系統狀態并方便織機系統的維護。為此，我們設計開發了人機界面。它以PIC32MX460F512L芯片和液晶觸摸屏為核心，具有精度高、價格低、抗干擾能力強、簡化了輸入輸出設備等優點。系統通過I2C總線與片外EEPROM接口，能夠方便地保存用戶由界面輸入的數據；通過I2C總線與日歷時鐘芯片接口，能夠得到準確的時間信息；采用CAN通信方式與電機控制器通信，將設置的參數及時傳輸42給主控制器，并把用戶需要的數據實時顯示在液晶顯示屏上；具備故障監測和自動報警功能，實現了電氣智能化控制。系統結構框圖如圖7所示。
5 結 論
本文介紹了帶觸摸屏的液晶控制器SSD1926與數字信號處理器PIC32MX460F512L的接口電路，并行接口時序的模塊化實現，以及電阻式觸摸屏的觸摸功能。實踐證明，這種方案具有完善的漢字顯示和圖形顯示功能，占用引腳少，程序模塊化強，編寫方便；觸摸功能可以取代應用系統中的鍵盤模塊，具有良好的人機交互功能。該方案已經用于噴水織機中，效果良好。