基于ARM微處理器的液晶觸摸屏的接口設計

摘要：作為人機交互的重要手段，液晶觸摸屏使用越來越多，基于微控制器與觸摸屏的接口技術在工業控制、智能家電等領域得到應用廣泛，開發微控制器與液晶觸摸屏的接口技術是智能電子產品設計的重要工作；介紹了一款液晶觸摸屏系統的總體設計方案、電路接口和編程方法；該系統由TFT液晶屏模塊、觸摸屏和ARM微處理器控制板組成；TFT液晶模塊內置SSD1289控制器，尺寸3.2英寸、分辨率240×320像素；觸摸屏由觸摸傳感部件和觸摸屏控制器ADS7843組成；控制板采用ARM7微處理器LPC2148為控制核心；測試和工程實踐結果表明，所設計的軟、硬件達到了各項要求，并且具有操作方便、穩定性好、性價比高等技術特點，有較好的推廣應用價值。

0引言

人機交互界面的種類較多，如鍵盤、數碼管顯示器、液晶顯示器及帶觸摸的液晶屏等。決定人機交互接口方式的主要因素是成本和實際應用的需要。近十年來，液晶觸摸屏以功耗低、重量輕、精度高和良好的人機界面等技術特點，在電子設備特別是手持類電子產品中得到了普遍應用。帶觸摸的液晶屏，只要能測量出觸摸點的坐標位置，即可根據屏上對應坐標點的顯示內容或圖符獲知觸摸者的意圖，通過微處理器處理聲音、圖像、文字及觸摸輸入控制等信息，使之成為能進行信息存取、輸入和輸出的集成系統。基于微控制器與液晶模塊的硬件接口設計及軟件編程在智能系統設計中有著重要的應用價值。ARM微處理器，運算速度快、資源豐富、性價比高，是當前較為流行的嵌入式控制器。本文介紹的一款基于ARM7微處理器LPC2148接口的3.2寸液晶觸摸屏，具有精度高、彩色顯示逼真、應用靈活等特點，可作為中高檔電子產品字符、圖像的顯示及人機對話的窗口。

1總體設計方案

系統的總體設計方案如圖1所示。液晶觸摸屏系統由312寸TFT液晶屏模塊、觸摸屏和ARM微處理器控制板組成。

觸摸屏由觸摸傳感部件和觸摸屏控制器ADS7843組成，觸摸傳感部件安裝在LCD液晶屏前面，用于檢測用戶觸摸位置，用戶觸摸信息送往ADS7843控制器，并轉換成觸點坐標，送給ARM7控制板，LPC2148微處理器與液晶及觸摸模塊相連接，根據接收到的觸摸信息，進行信號運算和處理，輸出蜂鳴器等控制信號，控制液晶屏實現用戶畫面和數據的顯示。

圖1液晶觸摸屏系統總體設計方案

2電路及原理

2.1液晶觸摸屏原理及ADS7843觸摸控制電路

原理如圖2所示。

U1為3.2英寸TFT液晶模塊，+3.3V供電；內置SSD1289液晶控制器；液晶屏分辨率為240×320像素；屏幕顏色26萬色；屏幕尺寸為57mm×79mm,有效顯示面積為51mm×65mm.SSD1289液晶控制器由16位并行數據接口、內部控制器和LCD驅動器組成。液晶數據傳輸方式為16位并行方式，LPC2148的16根I/O口線分別接液晶模塊的DB0~DB15.PWM為亮度驅動控制輸入，經9013三極管放大后作為液晶背光。

觸摸屏部分由觸摸傳感部件和觸摸屏控制器ADS7843（U2）組成。

圖2液晶模塊及觸摸電路原理

觸摸傳感部件是一個四線電阻屏幕，屏上引出四根線，分別對應X軸和Y軸各兩根。測量X方向的時候，將X+,X-之間加上參考電壓Vref,Y-斷開，Y+作為A/D輸入，獲得X方向的電壓；同理測量Y方向的時候，將Y+,Y-之間加上參考電壓Vref,X-斷開，X+作為A/D輸入，進行A/D轉換獲得Y方向的電壓，之后再完成電壓與坐標的換算，整個過程類似一個電位器，觸摸不同的位置分得不同的電壓。

以上所需要的參考電壓、A/D轉換等工作由觸摸屏控制器ADS7843直接完成的，微處理器只需將相應的控制命令傳輸到ADS7843即可，以獲得相應電壓的數據。

ADS7843是TI公司生產的四線電阻觸摸屏轉換接口芯片。它是一款具有同步串行接口的12位取樣模數轉換器。在125kHz吞吐速率和2.7V電壓下，功耗為750LW.在關閉模式下，功耗僅為0.5LW.由于具有低功耗和高速等特性，被廣泛應用在電池供電的小型手持設備上。

ADS7843與LPC2148的連結關系如圖3所示。ADS7843工作電壓+3.3V,轉換器的模擬輸入（X+、Y+、X-、Y-）是一個4通道多路器；DCLK（第4引腳）是外部時鐘輸入引腳；CS（第3引腳）是片選輸入端，低電平有效；DIN（第2引腳）是串行輸入，控制數據通過該引腳輸入；DOUT第16引腳）是串行數據輸出，用于輸出轉換后的觸摸位置數據，最大數為二進制的4095;PENIRQ（第15引腳）是PEN中斷，用于觸摸顯示屏后引發一個中斷。

2.2微處理器控制電路

原理如圖3所示。

圖3微處理器控制電路原理圖

（1）LPC2148微處理器

ARM處理器占有市場份額高，具有性能高、成本低、能耗省等特點。圖3中LPC2148（U3）是PHILIPS半導體公司推出的一個基于ARM7TDMI-S核、支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32位嵌入式ARM7微處制器。該處理器內置了寬范圍的串行通信接口、14通道10位ADC、1通道10位DAC、45個高速GPIO線以及多達9個邊沿或電平觸發的外部中斷管腳。處理器集成有40kB的片內SRAM、512kB嵌入的高速Flash存儲器，128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，為通信網關、協議轉換器、軟件modem、語音識別、低端成像等應用提供大規模的緩沖區和強大的處理功能，適合于彩色液晶的圖片處理和數據存儲。

（2）復位和晶振電路

LPC2148第57腳為復位信號輸入端，采用低電平復位，由C3、R9、R10、K1構成的復位電路為系統提供上電復位和強制復位功能，K1為系統強制復位按鍵。晶振電路由X1（12MHz）、C7、C8構成，支持微控制器芯片內部PLL及ISP功能；X2（321768KHz）、C9、C10為RTC（實時時鐘）提供基準時鐘。