第11章触摸屏电路设计与驱动开发精选PPT.ppt
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1、第11章触摸屏电路设计与驱动开发第1页,此课件共32页哦11.1 触摸屏的工作原理 触摸屏是一种简单、方便的输入设备,它的应用随着触摸屏是一种简单、方便的输入设备,它的应用随着信息社会的发展越来越普遍。为了操作方便,人们用触摸信息社会的发展越来越普遍。为了操作方便,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。目前在高档输入。目前在高档PDAPDA上,绝大部分都使用触摸屏作为输上,绝大部分都使用触摸屏作为输入设备。触摸屏附着在显示器的表面,检测用户点击的位入设备。触摸屏附着在显示器的表面,检测用户点击的位置。触摸屏在用户输入
2、时产生一个反映用户点击位置的信置。触摸屏在用户输入时产生一个反映用户点击位置的信号。这个信号通常是模拟信号,它需要通过触摸屏控制器号。这个信号通常是模拟信号,它需要通过触摸屏控制器将模拟信号转换为数字信号将模拟信号转换为数字信号(也就是用户点击的坐标也就是用户点击的坐标),再,再送给处理器进行处理。图送给处理器进行处理。图11-111-1所示的是触摸屏、触摸屏控所示的是触摸屏、触摸屏控制器与处理器连接的示意图。本章采用制器与处理器连接的示意图。本章采用BBBB公司生产的公司生产的ADS7843ADS7843触摸屏控制器进行硬件电路设计,将触摸屏与处触摸屏控制器进行硬件电路设计,将触摸屏与处理器
3、连接起来。理器连接起来。第2页,此课件共32页哦嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件3第3页,此课件共32页哦嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件4 触摸屏按其技术原理可分为矢量压力传感式、电阻式、电容触摸屏按其技术原理可分为矢量压力传感式、电阻式、电容式、红外线式和表面声波式类,其中电阻式触摸屏在嵌入式系统式、红外线式和表面声波式类,其中电阻式触摸屏在嵌入式系统中使用较多。中使用较多。如图如图11-211-2所示,电阻式触摸所示,电阻式触摸屏由屏由4 4层透明的复合薄膜组成。最层透明的复合薄膜组成。最上面一层是外表面经过硬化处理、上面一层是外表面经过硬
4、化处理、光滑防刮的塑料层;最下面一层光滑防刮的塑料层;最下面一层是玻璃或有机玻璃构成的基层;是玻璃或有机玻璃构成的基层;在基层之上和塑料层内表面中间在基层之上和塑料层内表面中间是两层金属导电层,两导电层之是两层金属导电层,两导电层之间有许多细小的透明隔离点把这间有许多细小的透明隔离点把这两层隔开。当手指触摸屏幕时,两层隔开。当手指触摸屏幕时,两导电层在触摸点处接触。两导电层在触摸点处接触。第4页,此课件共32页哦嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件5 触摸屏的两个金属导电层是触摸屏的两个工作面触摸屏的两个金属导电层是触摸屏的两个工作面(通常通常分别称为分别称为X X工作面和
5、工作面和Y Y工作面工作面),在每个工作面的两端各涂有,在每个工作面的两端各涂有一条银胶,称为该工作面的一对电极。若对一个工作面的一条银胶,称为该工作面的一对电极。若对一个工作面的电极对施加电压,则该在工作面上会产生均匀、连续的平电极对施加电压,则该在工作面上会产生均匀、连续的平行电压分布。行电压分布。四线式触摸屏的四线式触摸屏的X X工作面和工作面和Y Y工作面共有工作面共有4 4根引出线,分根引出线,分别连到触摸屏的别连到触摸屏的X X电极对和电极对和Y Y电极对上。结合图电极对上。结合图11-111-1,当在,当在X X方向的电极对施加一个确定的电压,而方向的电极对施加一个确定的电压,而
6、Y Y方向电极对不加电方向电极对不加电压时,在压时,在X X平行电压场中,触点处的电压值可以在平行电压场中,触点处的电压值可以在Y+(Y+(或或Y-)Y-)电极上反映出来,通过测量电极上反映出来,通过测量Y+Y+电极对地的电压大小,便可电极对地的电压大小,便可得知触点的得知触点的X X坐标值。同理,当在坐标值。同理,当在Y Y电极对加电压,而电极对加电压,而X X电极电极对不加电压时,通过测量对不加电压时,通过测量X+X+电极的电压,便可得知触点的电极的电压,便可得知触点的Y Y坐标。坐标。第5页,此课件共32页哦11.2 ADS7843触摸屏控制器简介 如前所述,触摸屏产生的是模拟信号,将这
7、个模拟信号转如前所述,触摸屏产生的是模拟信号,将这个模拟信号转换为计算机能处理的数字信号需要通过触摸屏控制器完成。换为计算机能处理的数字信号需要通过触摸屏控制器完成。本章所用的触摸屏控制器本章所用的触摸屏控制器ADS7843ADS7843是是BBBB公司生产一款专用公司生产一款专用的触摸屏控制芯片,它采用的触摸屏控制芯片,它采用1616引脚小型薄型封装。该芯片有一引脚小型薄型封装。该芯片有一个个1212位的位的A/DA/D转换器,它作为触摸屏与转换器,它作为触摸屏与CPUCPU之间通信的桥梁,能之间通信的桥梁,能将触摸屏上触点的模拟电压转换成数字信号,从而准确判断出将触摸屏上触点的模拟电压转换
8、成数字信号,从而准确判断出触点的坐标位置。触点的坐标位置。ADS7843ADS7843的供电电压的供电电压VccVcc为为2.72.75V5V,参考电,参考电压压V VREFREF,为,为1V1V+Vcc+Vcc,转换电压的输入范围为,转换电压的输入范围为0 0 V VREFREF。它支持单端和差分两种测量方式,最高转换速率可达到它支持单端和差分两种测量方式,最高转换速率可达到125kHz125kHz。第6页,此课件共32页哦 ADS7843 ADS7843的各引脚定义如的各引脚定义如P259P259表表11-111-1所列。所列。芯片包含一个多路模拟开关组成的供电芯片包含一个多路模拟开关组成
9、的供电-测量电路网测量电路网络和一个络和一个1212位的位的A AD D转换器转换器(参见图参见图11-3)11-3)。ADS7843 ADS7843根据根据处理器发来的不同命令导通不同的模拟开关,向一个工作处理器发来的不同命令导通不同的模拟开关,向一个工作面电极对提供参考电压,并把另一个工作面测量电极上的面电极对提供参考电压,并把另一个工作面测量电极上的代表触点坐标位置的电压模拟量引入代表触点坐标位置的电压模拟量引入A AD D转换器。转换器。ADS7843 ADS7843的电压的测量方式有单端方式和差分方式两种,的电压的测量方式有单端方式和差分方式两种,这两种测量方式可以通过命令控制字选择
10、。当通过命令控制这两种测量方式可以通过命令控制字选择。当通过命令控制字,将字,将VccVcc设置为参考电压时,设置为参考电压时,ADS7843ADS7843工作在单端方式;当工作在单端方式;当将将Y+/Y-Y+/Y-或者或者X+/X-X+/X-电极对设置为参考电压时,电极对设置为参考电压时,ADS7843ADS7843就工就工作在差分方式。作在差分方式。第7页,此课件共32页哦嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件8第8页,此课件共32页哦嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件9 本书所使用的工作本书所使用的工作方式是差分方式。这主方式是差分方式。这主要是因
11、为采用单端方式要是因为采用单端方式时,时,VccVcc的波动会引起的波动会引起参考电压的波动,这将参考电压的波动,这将引起测量的误差。而在引起测量的误差。而在差分方式下,即使差分方式下,即使VccVcc发生波动,测量点电压发生波动,测量点电压(X+(X+电压电压)和参考电压和参考电压(Y+(Y+、Y-Y-引脚之间的电引脚之间的电压压)的比例也依然保持的比例也依然保持不变,测量结果不会发不变,测量结果不会发生波动,这样可以大大生波动,这样可以大大提高测量的精度。提高测量的精度。第9页,此课件共32页哦 以测量触摸点的以测量触摸点的Y Y坐标为例,首先通过命令坐标为例,首先通过命令控制字控制控制字
12、控制ADS7843ADS7843内部的模拟开关,将内部的模拟开关,将Y+Y+、Y-Y-引脚置为参考电压,引脚置为参考电压,X+X+引脚置为芯片内部引脚置为芯片内部A/DA/D模模拟输入。此时测量到的电压和参考电压的比例拟输入。此时测量到的电压和参考电压的比例反映了反映了Y Y轴坐标的大小。图轴坐标的大小。图11-411-4所示的就是测量所示的就是测量触摸点的触摸点的Y Y坐标的等效电路。坐标的等效电路。同理,若要测量触点同理,若要测量触点X X轴坐标值,只要将轴坐标值,只要将X+X+、X-X-引脚置为与参考电压,引脚置为与参考电压,Y+Y+引脚置为芯片内部引脚置为芯片内部A/DA/D的模拟输入
13、即可。的模拟输入即可。第10页,此课件共32页哦11.3 处理器与ADS7843的接口设计 PXA255 PXA255处理器与处理器与ADS7843ADS7843的接口电路涉及的接口电路涉及PXA255PXA255的的GPIOGPIO口以及地址总线和数据总线,它的电路设计如图口以及地址总线和数据总线,它的电路设计如图11-511-5所示。所示。11.3.1 11.3.1 电路接口设计电路接口设计第11页,此课件共32页哦嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件12ADS7843ADS7843具体外围电路设计,参见图具体外围电路设计,参见图11-611-6第12页,此课件共32页
14、哦嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件13 微处理微处理PXA255PXA255与与ADS7843ADS7843的数字接口通过的数字接口通过MicrowireMicrowire的数据帧进行通信。芯片完成一次的数据帧进行通信。芯片完成一次A/DA/D转换转换要要2424个时钟周期,前个时钟周期,前8 8个时钟周期从个时钟周期从DINDIN引脚输入引脚输入8 8位命位命令控制字,然后等待一个时钟的令控制字,然后等待一个时钟的BUSYBUSY周期周期(此时此时BUSYBUSY引引脚会变高脚会变高),最后用,最后用1515个时钟周期从高位到低位从个时钟周期从高位到低位从DOUTDO
15、UT引脚逐位输出引脚逐位输出A/DA/D转换结果。具体时序如图转换结果。具体时序如图11-711-7所示。所示。11.3.2 11.3.2 MicrowireMicrowire数据帧结构数据帧结构第13页,此课件共32页哦嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件14第14页,此课件共32页哦嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件15 Microwire Microwire数据传输可以分两个阶段:数据传输可以分两个阶段:处理器向处理器向ADS7843ADS7843发送命令控制字。该阶段将决定发送命令控制字。该阶段将决定ADS7843ADS7843的工作方式和状态
16、。该命令控制字一共的工作方式和状态。该命令控制字一共8 8位,每一位,每一位都有特定的作用和含义,它们分别决定位都有特定的作用和含义,它们分别决定ADCADC输入通道、输入通道、A/DA/D转换精度、参考电压输人模式、省电模式、中断允许等,转换精度、参考电压输人模式、省电模式、中断允许等,具体含义如具体含义如P262P262表表11-211-2所列。所列。处理器接收从处理器接收从ADS7843ADS7843发送过来的发送过来的A/DA/D转换结果。该转换结果。该结果是个结果是个1212位数据,它反映了触摸屏位数据,它反映了触摸屏X X方向或方向或Y Y方向的逻辑方向的逻辑坐标值。这两个逻辑坐标
17、经过处理后可转成屏幕坐标。坐标值。这两个逻辑坐标经过处理后可转成屏幕坐标。触笔坐标的读取要经过触笔坐标的读取要经过2 2次次A/DA/D转换。微处理器前后转换。微处理器前后要通过发送不同命令字要通过发送不同命令字,分别选通触摸屏控制器片内分别选通触摸屏控制器片内A/DA/D转换器转换器(ADC)(ADC)模块的模块的X X输入通道和输入通道和Y Y输入通道,分别读取触输入通道,分别读取触笔的笔的X X坐标值和坐标值和Y Y坐标值。坐标值。第15页,此课件共32页哦11.4 触摸屏软件驱动原理 Linux Linux内核的输入内核的输入(Input)(Input)设备子系统为按键、鼠标、设备子系
18、统为按键、鼠标、游戏控制杆、触摸屏等设备提供了设备驱动接口。采用游戏控制杆、触摸屏等设备提供了设备驱动接口。采用这个接口可简化设备驱动的设计,它的分层结构如图这个接口可简化设备驱动的设计,它的分层结构如图11-811-8所示。其中硬件操控层负责处理设备所有的底层硬所示。其中硬件操控层负责处理设备所有的底层硬件细节,这也是输入设备驱动须实现的部分;输入设备件细节,这也是输入设备驱动须实现的部分;输入设备接口负责接收硬件操控层获取的原始数据并对其进行处接口负责接收硬件操控层获取的原始数据并对其进行处理后送人输入设备子系统,输入设备理后送人输入设备子系统,输入设备子系统通过子系统通过Input-Ev
19、entInput-Event编程接口向用户程序提供设备编程接口向用户程序提供设备的输入信息。的输入信息。触摸屏的驱动采用输入设备驱动接口设计,需要完成的就触摸屏的驱动采用输入设备驱动接口设计,需要完成的就是硬件操控层的编写。是硬件操控层的编写。11.4.1 11.4.1 LinuxLinux内核输入设备子系统驱动架内核输入设备子系统驱动架构构第16页,此课件共32页哦嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件嵌入式系统课件17第17页,此课件共32页哦 硬件操控层属于驱动程序的最底层,主要的功能是判断硬件操控层属于驱动程序的最底层,主要的功能是判断设备的状态、控制设备工作以及实现设备原始数据的
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