1、基于 C8051 的嵌入式系统触摸屏设计摘 要文章简要介绍了触摸屏的结构及工作原理，并以一个 C8051为处理器、TI 公司 ADS7845为触摸屏控制芯片的嵌入式系统为例，介绍触摸屏在单片机系统中的典型应用电路，讨论了触摸屏控制芯片 ADS7845的应用方法和技巧。 【关键词】C8051 ADS7845 触摸屏 1 引言 本文介绍基于 C8051芯片的嵌入式系统触摸屏设计，及应用较广泛的 TI公司 ADS7845芯片的特点、原理以及实际使用方法。 2 硬件构成与工作原理 触摸屏输入系统由触摸屏、触摸屏控制器和微控制器三部分组成。图 1示出了 1个基于 C8051的嵌入式系统的触摸屏输入系统，
2、在该系统中触摸屏采用五线电阻式触摸屏，触摸屏控制器采用 TI公司的ADS7845，微控制器为 C8051芯片。 3 设计与实现 3.1 硬件实现 C8051F121 是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机，芯片上有32位数字 I/O端口，与标准 8051的端口（P03）相同。C8051F121 和ADS7845通过标准的 SPI接口相连。SPI 接口是工业标准的同步串行接口，是一种全双工，四线通信的系统，它允许 C8051F121单片机与各种外围设备以串行方式进行通信。在 SPI接口中，数据的传输需要 1个时钟信号和两条数据线。SPI 可工作在主模式或从模式下。在主模式下，最大数据传输速率（
3、位/秒）是系统时钟频率的 1/2：而在从模式下，全双工操作时的最大数据传输速率（位/秒）是系统时钟频率的 1/10。ADS7845 通过中断请求向 C8051F121表示有触摸发生，ADS7845 只能作为 SPI的从设备，各信号的时序是完全固定的，因此需要配置 C8051F121的 SPI接口信号时序使之完全符合 ADS7845的时序。 原理框图如图 2所示。 3.2 主要芯片介绍 触摸屏控制芯片主要完成两个工作：一是完成电极电压的切换：二是采集接触点处的电压值（即 A/D转换） 。ADS7845 是 Tl公司专为四线电阻式触摸屏设计的专用接口芯片，它可以方便地与单片机接口，对转换信号进行处
4、理和计算。它是一个具有可编程的 8位或 12位分辨率的逐次逼近型 A/D转换器，带有一个同步串行 SPI接口，可支持高达 125kHz的转换速率。 ADS7845 根据微控制器通过数据输入口 DIN 发来的不同测量指令接通不同的开关通道，以便向工作面电极对提供电压，并把相应测量电极上的触点坐标位置所对应的电压模拟量输入 A/D 转换器，再通过 DOUT 传回微控制器。 ADS7845 与微控制器 C8051间的数据通信，主要是通过微控制器的I/O 口与 ADS7845 的 DCLK、CS、DOUT、DIN、BUSY 五个引脚进行。DCLK 是 ADS7845 的工作脉冲，CS 是 ADS784
5、5 的片选信号，DOUT 是数据输出，DIN 是数据输入，BUSY 是转换判断标志位。当系统工作时，微控制器首先通过片选信号选中 ADS7845，再通过 DIN 向 ADS7845 发送命令控制字数据，并通过 DCLK 引脚配以相应的时序脉冲。BUSY 位被置位后，通过DOUT 数据输出口读取 12 位转换结果，完成触摸屏控制器和微控制器之间的一次通信。 3.3 软件实现 3.3.1 控制字 对 ADS7845的控制是通过 DIN（串行数据输入）引脚的控制字来实现的，控制字位定义见表 1。 其中，BIT7 为起始位（S） ，必须始终为 1，表示控制字节的开始。BIT4BIT6 为通道选择位，测
6、量的坐标和通道选择的对应关系见表 2。 BIT3 为 AD转换分辨率选择，1 选择 8位模式，0 选择 12位模式。考虑到屏幕显示分辨率为 1024*768，选用 12位模式。 BIT2 为基准电压模式选择，1 选择单端模式，0 选择差分模式，使用差分模式能够避免基准电压波动带来的转换误差，推荐使用差分模式。 BIT1、BIT0 为低功耗模式选择，对应关系见表 3。 3.3.2 PENIRQ 的使用 只有当触摸屏有触摸时，才需要采样坐标，可以由 ADS7845的PENIRQ功能实现。PD1=0，PD0=0 时，使能 PENIRQ，当有触摸发生时，控制器的 PENIRQ引脚输出被拉低，可以用于检
7、测触摸发生，降低系统的资源占用。 3.4 调试中遇到的问题：触摸屏响应慢 设计调试初期，按压间隔时间需要 12 秒，否则系统检测不到触摸屏上的操作。经示波器测量后发现，ADS7845 芯片输出的中断信号上升时间非常长，近 1秒钟。原理图参考芯片资料上的接法，将 PENIRQ引脚用100K电阻上拉至 VCC。通常上拉电阻阻值较大，导致上升下降沿时间长。于是将上拉电阻更换 110K 阻值，上升沿时间变小，加快了响应时间。 4 结束语 本文简要的介绍了一个基于 C8051单片机和 ADS7845控制芯片的嵌入式系统的触摸屏设计实例，由于笔者水平有限，仅从硬件角度进行论述，在措辞、技术细节难免会存在错
8、误，恳请谅解并指正。 参考文献 1高锋.单片微机应用系统设计及实用技术M.北京：机械工业出版社，2004. 2慕春棣.嵌入式系统构建M.北京：清华大学出版社，2004. 3BURR-BROWN INC.ADS7845 DATA SHEET Z.2003. 4杨国栋，沈培宏.触摸屏技术发展简介http：/. 5冯达，吴星明基于 C8051F_SPI接口液晶触摸屏的控制设计J.微计算机信息（嵌入式与 SOC） ，2005，21（23）：56-57. 6ADS7845 Data Sheet Burr-Brown Corporation1998. 作者简介 常晨晨（1983-） ，女，江苏省徐州市人。工学学士。苏州长风航空电子有限公司军品研究所工程师。主要从事机载座舱显示技术方面的研究。 张锋（1983-） ，男，江苏省南通市人。工学学士。苏州长风航空电子有限公司军品研究所高级工程师。主要从事机载座舱显示技术方面的研究。 高颖（1983-） ，女，内蒙古赤峰人。工学硕士。苏州长风航空电子有限公司军品研究所高级工程师。主要从事机载座舱显示技术方面的研究。 作者单位 苏州长风航空电子有限公司 江苏省苏州市 215151
