基于C8051的嵌入式系统触摸屏设计

常晨晨 张锋 高颖

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，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（P0～3）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（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ADS7845 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。BIT4～BIT6为通道选择位，测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1～2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1～10K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误，恳请谅解并指正。

参考文献

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[2]慕春棣.嵌入式系统构建[M].北京：清华大学出版社，2004.

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[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.

[6]ADS7845 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