触摸屏在S3C2410上的应用实例
上一篇 / 下一篇 2007-09-10 19:13:42 / 个人分类：嵌入式开发
来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：国防科技大学 宋 成 孙广富
摘要：给出S3C2410上触摸屏的实现原理、硬件结构和软件程序；对软件进行优化，改进软件滤波的实现方法。其算法使用C语言实现，可移植到任何操作系统的触摸屏驱动程序中。
关键词：触摸屏 S3C2410 滤波
引言
随着个人数字助理（PDA）、瘦容户机等的普及，触摸屏作为终端与用户交互的媒介，在我们的生活中使用得越来普遍。触摸屏分为电阻式、电容式、声表面波式和红外线扫描式等类型，使用得最多的是4线电阻式触摸屏。
本文以三星公司ARM9内核芯片S3C2410触摸屏接口为基础，通过外接4线电阻式触摸屏构成硬件基础。在此基础上，开发了触摸屏面图板程序。
1 触摸屏原理
S3C2410接4线电阻式触摸屏的电路原理如图1所示。整个触摸屏由模向电阻比和纵向电阻线组成，由nYPON、YMON、nXPON、XMON四个控制信号控制4个MOS管（S1、S2、S3、S4）的通断。S3C2410有8个模拟输入通道。其中，通道7作为触摸屏接口的X坐标输入（图1的AIN[7]），通道5作为触摸屏接口的Y坐标输入（图1的AIN[5]）。电路如图2所示。在接入S3C2410触摸屏接口前，它们都通过一个阻容式低通滤器滤除坐标信号噪声。这里的滤波十分重要，如果传递给S3C2410模拟输入接口的信号中干扰过大，不利于后续的软件处理。在采样过程中，软件只用给特殊寄存器置位，S3C2410的触摸屏控制器就会自动控制触摸屏接口打开或关闭各MOS管，按顺序完成X坐标点采集和Y坐标点采集。
2 S3C2410触摸屏控制器
S3C2410触摸屏控制器有2种处理模式：
①X/Y位置分别转换模式。触摸屏控制器包括两个控制阶段，X坐标转换阶段和Y坐标转换阶段。
②X/Y位置自动转换模式。触摸屏控制器将自动转换X和Y坐标。
本文使用X/Y位置自动转换模式。
3 S3C2410触摸屏编程
由于触摸屏程序中参数的选取优化需要多次试验，而加入操作系统试验参数，每次编译下载耗费时间过多，不易于试验的进行，因而我们直接编写裸机触摸屏程序。三星公司开放了S3C2410测试程序2410test(可在三星网站下载)，提供了触摸屏接口自动转换模式的程序范例ts_auto.c,见本刊网站www.dpj.com.cn。本文在此范例的基础上编写了触摸屏画图板程序——在显示屏上画出触摸笔的流走痕迹。
针对坐标点采样时产生的噪声，本文采用噪声滤波算法，编写了相应的噪声滤波程序，滤除干扰采样点。整个触摸屏画图板程序的处理流程如图3所示。
3．1 程序初始化
初始化触摸屏控制器为自动转换模式。其中寄存器ADCDLY的值需要根据具体的试验选取，可运行本文提供的程序看画线的效果来选取具体的参数。触摸屏中断处理程序Adc_or_TsAuto是判断触摸屏是否被按下了。触摸屏被按下，给全局变量Flag_Touch赋值为Touch_Down，否则赋值为Touch_Up。
初始化脉宽调制计时器（PWM TIMER），选择计时器4为时钟，定义10ms中断1次，提供触摸屏采样时间基准，即10ms触摸屏采样1次。计数器中断处理程序Timer4Intr中判断Flag_Touch被赋值为Touch_Down，则给全局变量gTouchStartSample置位，以控制触摸屏采样。
之后清除触摸屏中断和计时器中断屏蔽位，接受中断响应，同时计时器开始计时。
3．2 触摸屏采样程序
如果gTouchStartSample为TRUE，触摸屏接口开始对坐标X和Y的模拟量进行采样，根据试验选取适合的的采集次数。本文中使用9次采集，分别记入到ptx[TouchSample]和pty[TouchSample]数组中，TouchSample为采集次数。
为了减少运算量，将ptx[]和pty[]分别分三组取平均值，存储在px[3]和py[3]中。这里以处理X坐标为例：
px[0]=(ptx[0]+ptx[1]+ptx[2])/3;
px[1]=(ptx[3]+ptx[4]+ptx[5])/3;
px[2]=(ptx[6]+ptx[7]+ptx[8])/3;
计算以上三组数据的差值：
dlXDiff0=px[0]-px[1];
dlXDiff1=px[1]-px[2];
dlXDiff2=px[2]-px[0];
然后对上述差值取绝对值，所得结果简称绝对差值：
dlXDiff0=dlXDiff0>0?dlXDiff0:-dlXDiff0;
dlXDiff1=dlXDiff1>0?dlXDiff1:-dlXDiff1;
dlXDiff2=dlXDiff2>0?dlXDiff2:-dlXDiff2;
判断上述计算的色对差值是否都超过差值门限，如果这3个绝对差值都超过门限值，判定这次采样点为野点，抛弃采样点，程序返回等待下次采样。其中的差值门限需要根据试验测试得到，本文取值为2。
找出其中绝对差值最小的2组数据，再将它们作平均，同时赋值给tmx:
if(dlXDiff0<dlXDiff1){
if(dlXDiff2<dlXDiff0){
tmx=((px[0]+px[2]>>1);
}
else{
tmx=((px[0]+px[1])>>1);
}
}
else if(dlXDiff2<dlXDiff1){
tmx=((px[0]+px[2])>>1);
}
else{
tmx=((px[1]+px[2])>>1);
}
函数Touch_Coordinate Conversion完成触摸屏采样值转换成显示坐标，根据不同的硬件有不同的转换方法。本触摸屏采样坐标及显示坐标如图4、图5所示。其中TOUCH_MAX_X和TOUCH_MIN_X是触摸屏X坐标采样值的最大和最小值；Y坐标同理。可以运行本文程序，同时使用触摸笔在触摸屏的4个角取得最大最小采样值。这里使用的是320×240的TFT屏，所以TOUCH_X值为320。下面是X坐标的转换程序：
Touch_CoordinateConversio(int*px){
TmpX=(tmx>=TOUCH_MAX_X)?(TOUCH_MAX_X):*px;
TmpX-=TOUCH_MIN_X;
TmpX=(TmpX)?TmpX:0;
*px=(TmpX*TOUCH_X)/(TOUCH_MAX_X-TOUCH_MIN_X);
}
3.3 坐标滤波程序
坐标滤波程序Touch_Pen_filtering，考虑人机界面中对触摸屏的操作有3种：
*触摸笔在触摸屏上的位置不变；
*触摸笔在触摸屏上连续滑过；
*触摸笔在触摸屏上有大幅度的跳跃。
假设三次连续采样时刻为T1、T2、T3（T3>T2>T1），采样间隔为10ms。由于采样间隔远小于人的反应时间，所以在前两种操作模式下，如果采样点有效，将T1和T3时刻的采样值作平均。其平均值和T2时刻的采样值比较一般不会大于某个门限，否则判定此次采样点为野点。而对于第三种模式下，采样点数据会有很大的跳变。跳变过程中的数据是不稳定的，虽然记入了数据，但被判定成无效的采样点，所以需要在程序中定义一个静态数组x[2]记录相邻的两次采样数据。只有当前后数据持续稳定一段时间，才认为这时的采样点有效。程序中使用的间隔门限FILTER_LIMIT是需要经过试验来选取的。这里只给出X坐标的滤波过程。
//*px为T3时刻的采样值，count是记录连续有效采样点次数的静态变量，标志当前数据持续稳定时间，一旦发现大于//FILTER_LIMIT,count的值又要从0开始计数。
Int Touch_Pen_filtering(int *px){
BOOL retVal;
Static int count=0;
count++;
//如果连续有效采样点次数大于2次，开始进行滤波算法
if(count>2){
count=2;
//将T3时刻采样值和T1时刻采样值作平均
TmpX=(x[0]+*px)/2;
//计算平均值和T2时刻采样值的差值
dx=(x[1]>TmpX)?(x[1]-TmpX):(TmpX-x[1]);
//如果差值大于门限值，说明T3的采样值无效，判为野点返回值为FALSE。为了避免过大的跳跃，认为触摸笔坐标沿变，使用T2时刻采样值来代替本次采样点，同时静态变量x[]中的数据不变，count重新开始记录连续有效采样点次数
if((dx>FIL TER_LIMIT)){
*px=x[1];
retVal=FLASE;
count=0;
}
//否则采样点有效返回值为TRUE，将T3的采样点记入到x[1]中，T2的采样点移到x[0]中
else{
x[0]=x[1];
x[1]=*px;
retVal=TRUE;
}
}
else{
//连续有效采样次数小于2，将T3的采样值记入到x[1]，T2的采样值移动到x[0]，并不进行滤波处理
x[0]=x[1];
x[1]=*px;
retVal=FLASE;
}
return retVal;
}
3．4 后续处理
经过上述的筛选和滤波，如果被判定采样值有效，则将其滤波值送给操作系统进行后续处理，否则程序返回，等待下一次采样。在2410 test程序中，可以结合LCD的画点函数，将有效的采样点在LCD上画出，以此检验参数设置是否合理。
结语
本文以三星公司ARM9内核芯片S3C2410和4线电阻式触摸屏为硬件基础。基于此硬件结构，开发了触摸屏画图板程序。通过软件滤波，提高了系统性能，得到了很好的处理效果，有很强的实用性。用此算法实现的Windows CE触摸屏驱动，在汉王手写输入软件的测试下得到了很高的识别率。软件使用C语言实现，可以方便地移植到任何操作系统上。
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Guest / 2008-07-08 20:55:05
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