觸摸屏技術在16位單片機中的應用

摘要： 分析了8096系列中的80196單片機在電力系統配電變壓器智能檢測終端設備中的人機交互界面接口應用問題， 通過實例詳細介紹了該類單片機與觸摸屏芯片的軟、硬件接口的應用技巧， 分析了其工作特性， 指出在應用中需注意的問題， 并給出了觸摸芯片的部分程序。

隨著科學技術的日新月異， 人類對文明生活需求的進步， 帶來對電能的需求越來越高， 也帶來了對電力系統的設備有更高的要求， 由此電力系統配電變壓器的功能及檢測設備受到各方面的密切關注。在市場上各種各樣的電力檢測設備不斷翻新， 其功能也向實用性、高科技性方向發展， 但配電變壓器具有觸摸方式的人機友好界面功能及檢測的設備很少有報道， 為此， 在經過多方面的調研， 我們提出研制使用觸摸方式、具有GPRS無線通信功能的配電變壓器智能檢測設備的任務。該設備在滿足配電功能要求的前提下， 采用觸摸顯示方式提高檢測設備的可操作性， 使用GPRS無線通信提高設備的先進性、滿足現代信息社會的管理需求， 使其具有一定獨特優勢， 能夠占領一定的市場領域。

1 系統設計

系統的核心是采用先進的INTEL96 系列16 位單片機80196, 配以液晶顯示觸摸屏、大規模門陣列邏輯集成電路xilinx95144, 通過串口驅動電路MAX232外接GPRS模塊等， 組成結構簡單、功能完整、擴充性強、布局合理， 使用芯片少， 體積小， 具有高可靠性和保密特性的設備系統， 原理圖如圖1所示。

圖1 系統原理圖

1. 1 各功能模塊主要作用

( 1) CPU80196在系統中主要承擔著控制中心及16位數據的算術、邏輯運算的任務， 該單片機具有豐富的軟硬件資源及運行速度快的指令系統， 非常適合于電力系統的儀表設計。

( 2) 大規模邏輯電路芯片X ilinx95144主要完成： 地址鎖存、數據總線驅動、控制信號總線驅動及邏輯電平轉換、片選信號發生等， 它有144個宏單元3200 個邏輯門， 100個管腳，81數據輸入輸出腳， 4個在線編程腳， 可以完成10000次的在線編程。

( 3) MAX232串口驅動： 完成串口電平TTL至RS232轉換功能。

( 4) GPRS模塊： 是一種新型的移動數據通信業務， 在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接， 給移動用戶提供高速無線IP服務。它采用完全透明數據傳輸， 永遠在線， 按流量計費， 克服了通訊距離短， 性能不穩定的缺點， 真正實現全國無縫覆蓋， 特別適用于無人看守的區域。

( 5) 27512EPROM 程序存儲器， 提供64KByte 的程序存儲空間， 主要是存放系統程序。

( 6) 62256靜態RAM 數據存儲器， 提供64KBy te的數據存儲空間， 主要是存放采集的數據， 自帶電池， 可以保證數據在掉電的情況下不丟失。

( 7) DS1302日歷芯片可以根據設置自動完成年月日時份秒的計算， 并可以實現鬧鐘， 它主要使系統能夠定時采集數據。

( 8) CAN屬于總線式串行通訊網絡， 具有很強的糾錯能力， 支持差分收發， 因而適合高噪聲環境， 而且傳輸距離比較遠。在系統中我們采用了SJA1000 芯片， 通過正確連接和設置的， 達到CAN 總線物理層和數據鏈路層的所有功能的自動完成。

( 9) 開關驅動電路： 主要是提供給各種開關電源、交直流電機調速系統的電壓與電流。在系統中我們采用數字電路與模擬電路的結合完成。

( 10)液晶顯示與觸摸屏： 提供人機交互友好界面， 我們選擇了臺灣AM PIRE 公司產DG - 32240 - 27 - SNCW -HCDTC液晶顯示觸摸屏， 具有320 ?? 240顯示象素點， 160 ×110mm 觸摸大小， 其顯示部分控制芯片是SED1335, 觸摸部分控制芯片是ADS7843。

1. 2 系統調試

在系統的調試中， 一切功能與電氣指標都能達到預先設計的要求， 但幾次出現觸摸屏與單片機之間指令不執行， 甚至燒壞了觸摸屏中的芯片ADS7843的問題。

2 硬件設計分析

根據硬件連接， 使用的單片機P3、P4口通過X ilinx95144與液晶顯示相連， 觸摸屏與單片機P1口直接連接， 三者工作電壓均為廠商推薦典型值5V。

2. 1 80196KB單片機結構

80196KB 是INTEL公司繼8位單片機以后推出的16 位單片機MCS_96 系列的產品之一，它與8位單片機相比提高了控制系統的實時性， 與現在的32位相比是真正意義上的單片機， 特別適用于各類自動控制系統。它的內部結構采用普林斯頓( Pr inceton )體系結構， 又稱馮。諾曼( Von Neumann) 結構。具有程序存儲器與數據存儲器合二為一的特點。它的P0口只能用于輸入， P1口是一個準雙向口， P2 口是一個多功能口， P3、P4口是雙向口可作為系統總線。

在本系統的電路中， 采用P1口與觸摸屏接口打交道， P1口內部管腳結構如圖2 所示。P1口是一個準雙向I/O口， 它由輸出緩沖器、內部口鎖存器、內部口寄存器和輸出緩沖器構成， 與MCS51的準雙向口相同， 內部具有上拉電阻結構。如圖2所示， 上拉作用由三個FET管產生， 其中p1是強上拉， p3由于高阻存在為弱上拉， p2為更弱上拉， n是低阻下拉FET.

圖2 準雙向口P1內部結構

當復位時，P1口呈現微弱上拉。當用作輸入輸出功能， 其原理是：“輸入”： P1口輸入數據時實際上是輸入到P1口寄存器中， 由寄存器去驅動管腳， 圖二上/Q 即為寄存器的輸出， CPU 讀數據時是直接讀管腳。因此在讀數據時要保證P1口為輸入狀態， 應先對P1口寄存器SFR置位， 此時n截止。切記當端口用作輸入口時， 決不能向該口寫數據“0”。“ 輸出”：在此狀態下， 當指令對P1. x口的I/O口寄存器輸入數據是“0”時， 內部寄存器的/Q輸出會打開下拉FET即n, 而關閉全部上拉FET即p1、p2、p3, 這時對應輸出腳電平PORT PIN 為“0”; 當指令對P1口的某一個I /O口寄存器輸入數據是“1”時， 內部寄存器的/Q輸出會關閉n, 打開p1、p2、p3, 這時對應輸出腳電平PORT PIN 為 “1”，即輸出是一個編程直接“寫”的過程。