基于STR750与TSC2003的触摸屏接口设计

技术经过十几年的发展已经成为一种方便、经济的人机界面输入手段，广泛应用于手机、掌上电脑、车载设备及银行ATM等领域。根据工作原理的不同，可以分为电阻式、红外式、电容式和声表面波式4种类型，其中应用最为广泛的是电阻式。本文讨论2种电阻式触摸屏的接口设计，分别为触摸屏与ARMSTR750直接连接及其通过专用触摸屏检测器件连接。

1 器件简介

1．1 电阻式触摸屏的分类与工作原理

电阻式触摸屏分为四线与五线2种形式。其中四线电阻式触摸屏由于造价低廉和便于实现，在工业和掌上设备中得到了广泛的使用。电阻式触摸屏的本质是电阻分压器，触摸屏由2层被绝缘层隔开的电阻层构成。当有触摸动作按下时，2层电阻层因形变达到电气连接，从而通过A／D检测2层电阻层间的电压值来确定触摸点的位置。

1．2 STR750

STR750是意法半导体公司生产的基于—S的32位RISCCPU。STR750最高主频可达，具有16KBRAM，最大片内为256KB，最大支持64MB扩展F1ash。通用I／O(GPIO)支持模拟输入、输入上拉、输入下拉、输入悬浮、推挽输出、开漏输入、推挽复用和开漏复用8种配置模式。模数转换器(ADC)共有16个通道，支持10位A／D采样。

1．3

是TI公司生产的采用一16封装的四线电阻式触摸屏控制芯片，集成了多个功能模块，具有测量电量、片上温度和触摸压力等功能，通过I2C总线与连接。是一款基于命令控制的触摸屏检测器件，通过I2C总线发送控制命令来控制芯片采集X轴、Y轴和Z轴的压力等相关量。

1．4 触摸屏与的接口分类

触摸屏与的接口有利用专用触摸屏检测芯片和利用单片机自身A／D转换来检测触摸屏位置这两种方式。利用专用触摸屏检测芯片检测触摸屏位置时，单片机与专用芯片通过总线进行通信，接口的外围电路简单，受外界干扰小，精度较高，但专用芯片的使用增加了成本。利用单片机自身的A／D转换检测时，单片机直接连接触摸屏进行A／D检测，接口的外围电路较复杂，受外界干扰大，精度较差，但成本较低。

2 触摸屏与STR750的接口

2．1 利用STR750自带A／D转换

STR750可以通过自身推挽输出，在触摸屏的X轴和Y轴上施加电压。当输出电压施加在X轴上时，利用STR750A／D采样Y+轴的电压来获取Y轴的坐标值；当输出电压施加在Y轴上时，A／D采样X+轴的电压来获取X轴的坐标值。

STR750的P0．01引脚通过电阻R1连接X+。当需要在X轴上施加电压时，PO．01引脚输出+5V电压。PO．02引脚为STR750ADC通道O，直接连接X+。当在Y轴上施加电压时，通过PO．02读取X轴坐标。P1．12引脚连接在X一上，当需要在X轴上施加电压时接地。STR750的P1．13引脚通过电阻R2连接Y+，当需要在Y轴上施加电压时，P1．13引脚输出+5V电压。P1．04引脚为STR750ADC通道9，直接连接Y+。当在X轴上施加电压时，通过P1．04读取Y轴坐标。P1．14引脚连接在Y一上，当需要在Y轴上施加电压时接地。触摸屏与STR750的连接如图1所示。

系统开始运行后，将P0．01和P1．12配置为推挽输出低电平(即令X+和X一两个端口接地)，P0．02配置为模拟输入，P1．13配置为输入上拉保持高电平并检测外部触摸动作，P1．14配置为输入悬浮并保持悬浮态(即在Y+上施加5V电压)，P1．04配置为模拟输入。如果系统采用中断方式检测触摸屏按下，则需将P1．13配置为外部下降沿触发中断，那么系统开始运行后，如果有触摸动作，Y+上的电压通过X+和X一连接到地，从而触发P1．13引脚的外部下降沿中断。

外部下降沿触发中断后，系统经过一段时间的消抖操作，开始检测X轴坐标。此时，将P0．01引脚配置为推挽输出高电平，在X+上施加电压，并将P1．13引脚配置为输入悬浮，去除在Y+上施加的电压。通过对P1．04引脚A／D采样，读取当前触摸点的X轴坐标。读取完成后，将P0．01和P1．12引脚配置为输入悬浮，去除X轴方向的施加电压，并将P1．13配置为推挽输出高电平，P1．14配置为推挽输出低电平，即在Y轴方向上施加电压。通过对PO．02引脚进行A／D采样，读取到当前触摸点的Y轴坐标。这样，就完成了一次对当前触摸点的坐标轴采样过程。循环读取坐标轴数值，通过计算平均值及剔除野值得到触摸屏坐标值。输出坐标值后，将每个引脚的状态配置为初始状态，等待下一次中断的发生。

这里需要注意的是，在变换X轴和Y轴方向上的电压时，需要在变换电压方向后加入一段延时，等待电压稳定，使A／D变换后读取到的值逼近真实值。通过STR750的引脚配置变换来读取X轴和Y轴坐标值的方法具有结构简单、易实现、成本低等优势，可用于一般的手指触摸界面。如果需要高精度的手写操作，或者触摸屏与STR750之间有较长的连接，这时就需要用到专门的触摸屏检测芯片。

2．2 利用专用触摸屏芯片

TSC2003的参考连接如图2所示。

STR750向TSC2003发送控制字节来控制TSC2003的操作。其中d7～d4是配置位，用来配置当前TSC2003的操作类型；d3～d2是节能位，用来配置是否打开内部参考电压和ADC；d1为精度控制位，用来选择12位采样精度或8位采样精度；d0位为保留位。TSC2003控制命令格式如下：

TSC2003上电后，由STR750通过I2C总线向TSC2003发送控制命令，其中配置位为“测量X轴坐标”，发送该控制命令使TSC2003进入等待状态。当TSC2003检测到有触摸按下事件，会在IRQ引脚产生下降沿电平，从而触发STR750的下降沿中断。进入中断后，经过消抖延时，STR750向TSC2003发送控制命令，配置位为“测量X轴坐标”。通过读取TSC2003状态获取X轴坐标值。下一步，STR750向TSC2003发送控制命令，配置位为“测量y轴坐标”，通过读取TSC2003状态获取Y轴坐标值。至此，完成一次读取X轴和Y轴坐标的操作。这样读取若干次坐标轴，通过计算平均值和剔除野值得到触摸屏坐标值。整个过程中控制命令的节能位和精度控制位分别始终保持为“在2次转换间节能”和“12位采样精度”。这里需要注意的是，在发送控制命令读取坐标轴的2次操作之间需要一段延时以获得比较准确的A／D采样值，一般至少延时10μs。

3 总结

本文针对四线式触摸屏与单片机间2种形式的接口进行了讨论，这2种方案均达到了很好的实际使用效果。不同的设计思路适用于不同的应用领域，以达到节约成本、降低功耗和提供满足需求的触摸屏检测精度等目的。