1.導言
隨著現代計算機技術和互聯網技術的飛速發展，嵌入式系統開始占據市場主流。因32位ARM嵌入式處理器具有高性能、低功耗的特性，它已廣泛應用于科學研究、工程設計，軍事技術，商業文化藝術及消費產品。而觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，具有堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等優點。主要用于公共信息的查詢、工業控制、軍事指揮、旅游、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學和房地產預售等場所。因此，本文著重討論基于嵌入式微處理器HMS30C720與觸摸屏控制器的接口設計和底層串口驅動與上層microwindows圖形界面結合的編程設計方法，以實現觸摸屏對嵌入式設備之間的控制。
2.系統的整體結構
該系統的整體結構如圖1所示：本系統由ARM單元，觸摸屏控制單元構成。ARM單元主要接收觸摸屏控制單元的位置數據信息并根據位置信息調用ARM的控制和應用程序。我們選用Hynix公司的ARM CPU HMS30C7202作為ARM系統單元的主芯片。它是基于以太網應用系統的高性價比16/32位RISC微控制器，內含一個由ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI RISC處理器核[1，4]。觸摸屏控制單元主要完成信號放大與處理、A/D。根據數字信號識別用戶點擊的觸摸屏上的圖標位置。并調用該圖標應執行相應指令。我們選用深圳某公司的觸摸屏控制器。該觸摸屏控制器具有串行通信接口，分辨力高等特點。
圖1 系統的整體結構
3．硬件電路的設計
3.1 LCD接口電路
HMS30C7202內建LCD顯示控制器，并且有專用視頻DMA控制器和視頻總線連接SDRAM控制器。分開的總線使LCD的刷新不需要ARM的控制，數據傳送完全由DMA控制器控制，提高了整個系統的性能。HMS30C7202支持彩色、單色STN液晶顯示器和TFT彩色液晶顯示器，顯示分辨率可達640×480，本系統平臺采用16位真彩色，采用565配色方案，5位紅色、6位綠色、5位藍色。而TFT顯示器都采用18根數據線，因此，將紅色和藍色數據線最低位接地。除數據線外LCD接口還有行、場同步信號、LCD時鐘信號，LCD控制信號，可分別接CPU的LCD控制輸出LLP，LFP，LAC。
3.2觸摸屏硬件電路
3．2．1四線電阻式觸摸屏
如圖2所示是 四線電阻式觸摸屏原理示意圖，四線觸摸屏包含兩個阻性層。其中一層在屏幕的左右邊緣各有一條垂直總線，另一層在屏幕的底部和頂部各有一條水平總線。為了在X軸方向進行測量，將左側總線偏置為0V，右側總線偏置為VREF。將頂部或底部總線連接到ADC，當頂層和底層相接觸時即可作一次測量。為了 在Y軸方向進行測量，將頂部總線偏置為VREF，底部總線偏置為0V。將ADC輸入端接左側總線或右側總線，當頂層與底層相接觸時即可對電壓進行測量。對于四線觸摸屏，最理想的連接方法是將偏置為VREF的總線接ADC的正參考輸入端，并將設置為0V的總線接ADC的負參考輸入端.
3．2．2 觸摸屏串口控制器接口定義
觸摸屏器接口引腳與RS232串口引腳功能關系表如表1所示。RS232串口引腳為9腳，只使用了5個腳，觸摸屏電源供給由PS/2接口4腳提供。
表1 觸摸屏器接口引腳與RS232串口引腳功能關系表
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引腳 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
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RS232串口各腳功能 |
數據檢測 |
接收字符 |
傳送字符 |
數據終端準備 |
地 |
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觸摸屏串口引腳功能 |
發送 |
接收 |
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地 |
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PS/2引腳功能 |
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+5v |
地 |
4．通信協議的確定及軟件設計
4．1觸摸屏串口控制器的通信協議的具體分析
由于公司的商業原因，不提供源程序和通信協議，也沒有HMS30C7202的驅動程序，我們借助串口調試助手和存儲示波器分析，得出了串口觸摸屏控制器的通信協議，其傳輸速率為9600，一幀數據為10位，起始位為1，8位數據位，停止位為0，無校驗位。先發低位再發高位。每一個數據包傳送5個字節數據，第一個字節為控制位，第二、第三字節為觸摸屏得到的X軸坐標值，第四、第五字節為得到的Y軸坐標。這樣我們就獲得了觸摸屏控制器的通信協議，為在linux系統下編寫相應的觸摸屏程序提供了基礎.
4.2 觸摸屏串口通信程序的設計
首先在linux系統下編寫一個對應于觸摸屏的串口通信程序，用交叉編譯器編譯后，下載至目標板ARM，運行之后，點擊觸摸屏得到觸摸屏輸出數據。在這個程序中，我們的目的是建立觸摸屏串口控制器和ARM7 串口1之間的通信，使其讀取的數據顯示在對應的LCD顯示器屏幕上，設置好相應的波特率，數據位，奇偶校驗位和停止位，便可對觸摸屏串口控制器發送過來的數據進行讀取操作。主程序流程圖如圖3所示[3]。
圖3 主程序流程圖
4．3 觸摸屏與LCD顯示器坐標的換算和Microwindows編程實現
本設計采用microwindows0.90版本，編寫程序時,不必關心底層的驅動，直接調用上層的API.而不需編寫底層的驅動.這里采用的方法是在microwindows中編寫對應于觸摸屏串口接收程序,然后比較microwindows窗口坐標和串口數據中的坐標值,如果在一定范圍內,則產生一個相應的事件[2]。 用一個數組來接收串口送過來的數據，再從數組中取出觸摸屏的位置信息。觸摸屏的坐標原點及分辨率都不同，這也需要進行轉換。具體轉換的公式為：
我們設觸摸屏如下：右下角為原點坐標（x1,y1），橫軸為x軸，豎軸為y軸，右上角坐標（x1,y2），左上角坐標（x2,y2），右上角坐標（x2,y1），分辨率為4096×4096；ARM7所接LCD的坐標原點在左上角，橫軸為x軸，豎軸為y軸分辨率為640×480，則我們的坐標轉換公式為：
xLCD=640-[640×(x-x1)/(x2-x1)] （4-1）
yLCD=480-[480×(y-y1)/(y2-y1)] （4-2）
因觸摸屏的分辨率為4096×4096，則x2-x1和y2-y1的值均為4096；坐標轉換公式為：
XLCD=640-640×z1/4096; （4-3）
YLCD=480-480×z2/4096; （4-4）
其中，公式中的z1,z2坐標為觸摸屏坐標，它的獲取方法：由數組buffer[ ]接收串口送來的數據，我們要從數組中取出有用的坐標信息。
x1=buffer[6]; x2=buffer[7]; x3=buffer[3]; x4=buffer[4];
這里我們用四個8位元素來獲得兩個16位坐標信息。那么就需要將兩個8位的坐標數據，轉換為一個16位的數據，具體轉換如下：
y1=x1<<8; y1 |=x2; /*兩個8位數據移位成16位數據*/
y2=x3<<8; y2 |=x4;
那么此時的y1,y2便是我們觸摸屏的坐標信號了。轉換之后，顯示器和觸摸屏的坐標就對應起來了，在microwindows下建立一個窗口，設定它的坐標值及大小，這時在用microwindows的消息處理函數，如果觸摸范圍（觸摸屏在屏幕上對應坐標）在窗口的坐標范圍內，則產生一個相應的事件，我這是在窗口上打印一條Touched信息的事件，在窗口范圍外觸摸觸摸屏時，打印Nottouched信息。編寫一個程序點觸觸摸屏上相應的位置，就會在屏幕上的對應位置上輸出一個新的窗口，且位置比較準確。如圖4-9所示為點觸摸屏時LCD顯示器顯示的觸點響應位置。
圖7 點觸摸屏時LCD顯示器顯示的位置
結論
通過調試和測試，完全達到設計要求。本設計創新之處是：成功將深圳某公司的觸摸屏控制器運用到HMS32C7202嵌入式控制系統中，在對方沒有提供通信協議和驅動程序情況下，分析了該控制器的通信協議，編寫了ARM的驅動程序。分析了LCD與觸摸屏的物理換算關系，然后編寫上層程序，通過microwindows的API進行相關調用，使底層數據與上層圖形界面建立了聯系。最后編寫相應的事件處理和響應程序，通過點觸觸摸屏的圖形界面完成對ARM的操作。該接口已應用于本人開發的基于Internet網絡通信的嵌入式系統平臺中。
參考文獻
[1] Hynix Semiconductor Inc.HMS30C7202·www.hynix.com
[2]吳明暉等.基于ARM的嵌入式系統開發與應用.人民郵電出版社.2004.6
[3]李中奇.嵌入式Linux系統中觸摸屏控制的研究與實現.現代顯示.2005.2.19-22[4]楊光友等.嵌入式微處理器ARM7202觸摸屏接口設計.微計算機信息.2004.4,2004.4.75-76
作者簡介：王洪、男、1963.4、高級工程師、湖南省教育廳科學研究資助項目（03C211）,主要從事數字電視與嵌入式系統研究與開發