基于嵌入式技术的智能仪器触摸屏接口设计

　

　　0 引言

　　在现代化生产中， 为了确保机械设备安全可靠地运行， 通常要采用适宜的仪器仪表， 利用故障诊断技术及时发现故障， 并采取合理的维修或保护措施来排除故障， 预防和避免事故的发生。基于对仪器尺寸、便携性和操作方便性的考虑， 在工业领域如煤炭、钢铁、冶金、电力、化工等行业中大量的仪器仪表和设备， 都逐渐选用触摸屏作为系统的输入设备。

　　针对这一情况， 作者在开发面向机械故障诊断的智能仪表过程中， 对触摸屏输入接口进行了研究。设计了四线电阻式触摸屏与PXA255 处理器的接口电路， 分析了Linux框架下的字符设备驱动程序设计原理， 完成了触摸屏的接口驱动程序开发， 并设计了用触摸屏作为输入设备的MiniGU I用户程序。触摸屏作为仪器的输入设备， 人机交互直截了当， 大大方便了现场操作人员的使用。

　　1 硬件结构和工作原理

　　依据工作原理和传输介质的不同， 触摸屏主要分电阻式、电容式、红外线式以及表面声波式等多种类型。电阻式触摸屏是一块4层透明的复合薄膜屏，如图1所示。下面是玻璃或有机玻璃构成的基层； 上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层； 中间是两层金属导电层， 在导电层之间有许多细小的透明隔离点把两层隔开。两个金属导电层是触摸屏的工作面， 其两端各涂有一条银胶， 称为触摸屏工作面的一对电极。四线式触摸屏的X 工作面和Y 工作面分别加在两个导电层上， 共有4根引出线， 分别连到触摸屏的X 电极对和Y 电极对上。在触笔触摸屏幕时， 两导电层在接触点处接触。电阻式触摸屏作为输入设备与显示屏配合使用时， 其工作的实质就是通过测量X、Y两个方向电阻的分压， 确定触摸屏的触点坐标， 并将该坐标映射到显示屏坐标上， 从而实现人机交互。由于电阻式触摸屏工作面与外界完全隔离， 受环境影响小， 所以具有不怕灰尘和水汽、稳定性高、不漂移等优点， 特别适合工业现场使用。

　　

　　图1 电阻式触摸屏结构

　　在设计过程中， 选用ADS7843 作为触摸屏接口的AD转换芯片，它具有12 位的转换精度， 最大支持4 096 ×4 096点阵的LCD， 满足仪器设计要求。

　　仪器系统处理器选用Intel Xscale架构的PXA255处理器，用其GPIO口模拟SPI接口与ads7843进行通信。其接口原理如图2所示。ADS7843完成采集通道的切换和接触点处电压的采集， 其操作时序主要由控制字输入、电压采集和模数转换组成， 详见参考文献。只要在驱动程序中根据时序要求向D IN口发送控制字， 即可从DOUT处得到相应通道的采集结果。

　　

　　图2 ADS7843与PXA255的接口电路