s3c2440的触摸屏应用与校正
触摸屏是当今最流行的一种人机交互接口，它被广泛地应用于手机等消费类电子产品中，目前这种技术有向PC机方向发展的趋势。基于原理的不同，触摸屏可以分为电阻式、电容式、表面声波式等。电阻式是应用较广的一种触摸屏，它的原理是通过测量横向和纵向的电阻值来获得触点的坐标。
s3c2440集成了4线制电阻式的触摸屏接口，触点坐标的检测是通过A/D转换来实现的。s3c2440一共有4种触摸屏接口模式，其中，自动（连续）XY坐标转换模式和等待中断模式应用地比较常见。等待中断模式是在触笔落下时产生一个中断，在这种模式下，A/D触摸屏控制寄存器ADCTSC的值应为0xD3，在系统响应中断后，XY坐标的测量模式必须为无操作模式，即寄存器ADCTSC的低两位必须清零。自动（连续）XY坐标转换模式是系统依次转换触点的X轴坐标和Y轴坐标，其中X轴坐标值写入寄存器ADCDAT0的低10位中，Y轴坐标写入寄存器ADCDAT1的低10位中，在这种模式下，系统同样会产生中断信号。在一般情况下，为实现触摸屏功能，先是设置为等待中断模式，在产生中断后，再设置为自动（连续）XY坐标转换模式，依次读取触点的坐标值。在实现触摸屏功能的过程中，除了上面介绍的几个寄存器外，还会用到以下寄存器。寄存器ADCTSC的第8位能够实现是触笔落下中断还是触笔抬起中断，如果写过基于视窗应用程序的人对这一点会很熟悉，它就好像单击鼠标操作一样，一次单击操作包括两个动作：按下和释放，这两个动作可以完成不同的命令。寄存器ADCTSC的第3位可以选择上拉电阻的使能，在等待中断模式下，上拉电阻要有效，在触发中断后，上拉电阻要无效。寄存器ADCTSC的第2位用于选择自动（连续）XY坐标转换模式。触笔抬起/落下中断状态寄存器ADCUPDN的低2位能够判断触笔在何种状态下引起的中断。A/D延时寄存器ADCDLY可以设置开始中断到真正开始A/D转换这段时间的延时长度，它的时钟源频率为3.68MHz。
在开始实现触摸屏功能之前，还需要解决一个问题，那就是触摸屏的校正。触摸屏和LCD是两种不同的物理器件。对于一个分辨率为320×240的LCD，它的宽度为320个像素，高度为240个像素。而触摸屏处理的数据是点的物理坐标，该坐标是通过触摸屏控制器采集得到的。要想实现触摸屏上的物理坐标与LCD上的像素点坐标一一对应上，两者之间就需要一定的转换，即校正。而且电阻式触摸屏由于自身的原因参数会发生变化，因此需要经常性的校正。比较常见的校正方法是三点校正法，它的原理是：
设LCD上每个点PD的坐标为[XD,YD]，触摸屏上每个点PT的坐标为[XT,YT]。要实现触摸屏上的坐标转换为LCD上的坐标，需要下列公式进行转换：
XD＝A×XT＋B×YT＋C
YD＝D×XT＋E×YT＋F
因为其中一共有六个参数（A,B,C,D,E,F），因此只需要三个取样点就可以求得这六个参数。这六个参数一旦确定下来，只要给出任意触摸屏上的坐标点PT，代入这个公式，就可以得到它所对应的LCD上像素点的坐标PD。具体的求解过程就不细讲，只给出最终的结果。已知LCD上的三个取样点为：PD0,PD1,PD2，它们所对应的触摸屏上的三个点为：PT0,PT1,PT2。A,B,C,D,E,F这六个参数最终的结果都是一个分式，而且都有一个共同的分母，为：
K＝(XT0－XT2)×(YT1－YT2)－(XT1－XT2)×(YT0－YT2)
那么这六个参数分别为：
A＝[(XD0－XD2)×(YT1－YT2)－(XD1－XD2)×(YT0－YT2)] / K
B＝[(XT0－XT2)×(XD1－XD2)－(XD0－XD2)×(XT1－XT2)] / K
C＝[YT0×(XT2×XD1－XT1×XD2)＋YT1×(XT0×XD2－XT2×XD0)＋YT2×(XT1×XD0－XT0×XD1)] / K
D＝[(YD0－YD2)×(YT1－YT2)－(YD1－YD2)×(YT0－YT2)] / K
E＝[(XT0－XT2)×(YD1－YD2)－(YD0－YD2)×(XT1－XT2)] / K
F＝[YT0×(XT2×YD1－XT1×YD2)＋YT1×(XT0×YD2－XT2×YD0)＋YT2×(XT1×YD0－XT0×YD1)] / K
下面的程序是实现触摸屏功能的简单实例——以触点为中心，绘制出一个红色的边长为10个像素的正方形。触点的坐标是用下面方法得到的：当触笔落下时，进入中断，然后读取触点处的坐标，直到触笔的抬起，才退出该次中断。由于触摸屏需要校正，因此在使用之前需要进行校正处理。但并不是每次使用都要校正，只要坐标没有发生漂移，就不需要再次校正。所以在进行一次校正后，只要把那几个参数保存起来，下次需要时直接使用上次保存下来的参数即可。在这里，我们利用EEPROM来保存这几个参数，即A,B,C,D,E,F,K分别保存在以0x20,0x30,0x40,0x50,0x60,0x70,0x80为首地址内存的连续4个字节空间内，另外内存地址0x1F保存一个标识信息，当为0x6A时，表示这几个参数已计算并保存好了，只需从上述内存地址中读取参数就行，而当为其他值时，就需要进行校正。校正时，需要三个取样点，在这里我们选取LCD上的(32,24)，(160,216)，(288,120)为这三个取样点，我们在这三个取样点上画一个十字（如下图所示），只需要依次点击这三个点，即可完成触摸屏的校正。
…… ……
volatile U32 LCD_BUFFER[LCD_HEIGHT][LCD_WIDTH];
unsigned char iic_buffer[8];
unsigned char devAddr=0xa0;
int A,B,C,D,E,F,K;
volatile int xdata, ydata;
int flagIIC; //IIC标志
int flagTS; //触摸屏标志
…… ……
//触摸屏中断
void __irq ADCTs(void)
{
rADCTSC = (1<<3)|(1<<2); //上拉电阻无效，自动连续XY坐标转换模式开启
rADCDLY = 40000; //延时
rADCCON|=0x1; //开始A/D转换
while(rADCCON & 0x1)
; //检查A/D转换是否开始
while(!(rADCCON & 0x8000))
; //等待A/D转换的结束
while(!(rSRCPND & ((U32)0x1<<31)))
; //判断A/D中断的悬挂位
xdata=(rADCDAT0&0x3ff); //读取X轴坐标
ydata=(rADCDAT1&0x3ff); //读取Y轴坐标
flagTS = 1; //置标志
rSUBSRCPND|=0x1<<9;
rSRCPND = 0x1<<31;
rINTPND = 0x1<<31;
rINTSUBMSK=~(0x1<<9);
rINTMSK=~(0x1<<31); //清A/D中断，开启A/D中断屏蔽
rADCTSC =0xd3; //再次设置等待中断模式，这一次是判断触笔的抬起
rADCTSC=rADCTSC|(1<<8); //设置触笔抬起中断
while(1) //等待触笔的抬起
{
if(rSUBSRCPND & (0x1<<9)) //检查A/D触摸屏中断悬挂
{
break; //如果触笔抬起，则跳出该循环
}
}
rADCDLY=50000;
rSUBSRCPND|=0x1<<9;
rINTSUBMSK=~(0x1<<9);
rSRCPND = 0x1<<31;
rINTPND = 0x1<<31; //再次清A/D中断，开启A/D中断屏蔽
rADCTSC =0xd3; //设置等待中断模式，为下一次触笔的落下做准备
}
//绘制“十”字型
void drawCross(U32 x,U32 y,U32 color)
{
int i;
for(i=x-10;i
PutPixel(i,y, color);
for(i=y-10;i
PutPixel(x,i, color);
}
//触摸屏校正
void TSCal(void)
{
int i=0;
int xt[3],yt[3];
Brush_Background(0,0,LCD_WIDTH,LCD_HEIGHT,0xFFFFFF);
drawCross(32,24,0xFF0000);
Draw_ASCII(36,28,0xFF0000,one);
drawCross(160,216,0xFF0000);
Draw_ASCII(164,220,0xFF0000,two);
drawCross(288,120,0xFF0000);
Draw_ASCII(292,124,0xFF0000,three);
//依次读取三个采样点的坐标值
for(i=0;i<3;i++)
{
while(flagTS==0)
delay(500);
xt[i]=xdata;
yt[i]=ydata;
flagTS=0;
}
//计算参数
K=(xt[0]-xt[2])*(yt[1]-yt[2])-(xt[1]-xt[2])*(yt[0]-yt[2]);
A=(32-288)*(yt[1]-yt[2])-(160-288)*(yt[0]-yt[2]);
B=(xt[0]-xt[2])*(160-288)-(32-288)*(xt[1]-xt[2]);
C=yt[0]*(xt[2]*160-xt[1]*288)+yt[1]*(xt[0]*288-xt[2]*32)+yt[2]*(xt[1]*32-xt[0]*160);
D=(24-120)*(yt[1]-yt[2])-(216-120)*(yt[0]-yt[2]);
E=(xt[0]-xt[2])*(216-120)-(24-120)*(xt[1]-xt[2]);
F=yt[0]*(xt[2]*216-xt[1]*120)+yt[1]*(xt[0]*120-xt[2]*24)+yt[2]*(xt[1]*24-xt[0]*216);
}
//把一个32位整型转换为4个8位字节型，并写入EEPROM中
void wrTStoIIC(int coef,unsigned char address)
{
iic_buffer[0]=(unsigned char)((coef&0xFF000000)>>24);
iic_buffer[1]=(unsigned char)((coef&0x00FF0000)>>16);
iic_buffer[2]=(unsigned char)((coef&0x0000FF00)>>8);
iic_buffer[3]=(unsigned char)(coef&0x000000FF);
wr24c02a(address,iic_buffer,4);
}
//读取EEPROM中的4个8位字节，并把它们组合成一个32位的整型。
int rdTStoIIC(unsigned char address)
{
int temp;
rd24c02a(address,iic_buffer,4);
temp=(iic_buffer[0]<<24)|(iic_buffer[1]<<16)|(iic_buffer[2]<<8)|(iic_buffer[3]);
return temp;
}
void Main(void)
{
LCD_Init();
rLCDCON1|=1;
rADCDLY=50000; //设置延时
rADCCON=(1<<14)+(9<<6); //设置A/D预分频
rADCTSC=0xd3; //设置触摸屏为等待中断模式。
pISR_ADC = (U32)ADCTs;
…… ……
flagTS = 0;
flagIIC = 1;
//读取EEPROM中的标志地址内容，用于判断触摸屏校正的参数是否已计算并保存好
rd24c02a(0x1F,iic_buffer,1);
if(iic_buffer[0]!=0x6A) //如果触摸屏的校正参数没有计算并保存，重新校正
{
TSCal();
rINTMSK=~((0x1<<31)|(0x1<<27)); //开启IIC中断屏蔽
iic_buffer[0]=0x6A;
wr24c02a(0x1F,iic_buffer,1); //置“触摸屏校正参数计算并保持好”的标志信息
delay(3000); //等待一段时间，一定要有，否则EEPROM不能正确读写
wrTStoIIC(A,0x20);
delay(3000);
wrTStoIIC(B,0x30);
delay(3000);
wrTStoIIC(C,0x40);
delay(3000);
wrTStoIIC(D,0x50);
delay(3000);
wrTStoIIC(E,0x60);
delay(3000);
wrTStoIIC(F,0x70);
delay(3000);
wrTStoIIC(K,0x80);
}
else //如果触摸屏校正参数已准备好，则直接读取
{
A=rdTStoIIC(0x20);
delay(3000);
B=rdTStoIIC(0x30);
delay(3000);
C=rdTStoIIC(0x40);
delay(3000);
D=rdTStoIIC(0x50);
delay(3000);
E=rdTStoIIC(0x60);
delay(3000);
F=rdTStoIIC(0x70);
delay(3000);
K=rdTStoIIC(0x80);
}
Brush_Background(0,0,LCD_WIDTH,LCD_HEIGHT,0xFFFFFF);
while(1)
{
if(flagTS)
{
flagTS=0;
xLcd = (A*xdata+B*ydata+C)/K; //计算X轴坐标
yLcd = (D*xdata+E*ydata+F)/K; //计算Y轴坐标
Brush_Background(xLcd-5,yLcd-5,xLcd+5,yLcd+5,0xFF0000); //绘制正方形
}
delay(1000000);
}
}
本文介绍的程序要略显复杂一些，这里对触摸屏校正和中断再做一总结：
1、一般地，在第一次使用触摸屏时，需要校正一次，以后可以不再校正，除非发生了明显的漂移。我们是把校正参数存储在EEPROM中，下次再使用时，只需读取该组数据即可。EEPROM中的0x1F地址用于存储校正参数标识信息，在已经校正过的情况下，该位内容为0x6A，这样在下次开机使用触摸屏时，只要读取该位内容，就可知道触摸屏是否已校正，没有校正则需要进行校正，已经校正过了则无需再重复校正了。
2、先设置等待中断模式，以等待触摸屏中断的发生，当中断发生并进入中断以后，再转换为自动连续XY坐标转换模式，可正确读取触点的坐标值。在中断程序中，当触笔落下时进入中断，当触笔抬起时退出中断，程序只记录触笔落下时触点的坐标值。
该段程序的演示图如下：
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