觸摸屏技術(shù)在16位單片機(jī)中的應(yīng)用

摘要： 分析了8096系列中的80196單片機(jī)在電力系統(tǒng)配電變壓器智能檢測終端設(shè)備中的人機(jī)交互界面接口應(yīng)用問題， 通過實(shí)例詳細(xì)介紹了該類單片機(jī)與觸摸屏芯片的軟、硬件接口的應(yīng)用技巧， 分析了其工作特性， 指出在應(yīng)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(xué)技術(shù)的日新月異， 人類對文明生活需求的進(jìn)步， 帶來對電能的需求越來越高， 也帶來了對電力系統(tǒng)的設(shè)備有更高的要求， 由此電力系統(tǒng)配電變壓器的功能及檢測設(shè)備受到各方面的密切關(guān)注。在市場上各種各樣的電力檢測設(shè)備不斷翻新， 其功能也向?qū)嵱眯?、高科技性方向發(fā)展， 但配電變壓器具有觸摸方式的人機(jī)友好界面功能及檢測的設(shè)備很少有報道， 為此， 在經(jīng)過多方面的調(diào)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(shè)備的任務(wù)。該設(shè)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(shè)備的可操作性， 使用GPRS無線通信提高設(shè)備的先進(jìn)性、滿足現(xiàn)代信息社會的管理需求， 使其具有一定獨(dú)特優(yōu)勢， 能夠占領(lǐng)一定的市場領(lǐng)域。

1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)的核心是采用先進(jìn)的INTEL96 系列16 位單片機(jī)80196, 配以液晶顯示觸摸屏、大規(guī)模門陣列邏輯集成電路xilinx95144, 通過串口驅(qū)動電路MAX232外接GPRS模塊等， 組成結(jié)構(gòu)簡單、功能完整、擴(kuò)充性強(qiáng)、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(shè)備系統(tǒng)， 原理圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

1. 1 各功能模塊主要作用

( 1) CPU80196在系統(tǒng)中主要承擔(dān)著控制中心及16位數(shù)據(jù)的算術(shù)、邏輯運(yùn)算的任務(wù)， 該單片機(jī)具有豐富的軟硬件資源及運(yùn)行速度快的指令系統(tǒng)， 非常適合于電力系統(tǒng)的儀表設(shè)計。

( 2) 大規(guī)模邏輯電路芯片X ilinx95144主要完成： 地址鎖存、數(shù)據(jù)總線驅(qū)動、控制信號總線驅(qū)動及邏輯電平轉(zhuǎn)換、片選信號發(fā)生等， 它有144個宏單元3200 個邏輯門， 100個管腳，81數(shù)據(jù)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(qū)動： 完成串口電平TTL至RS232轉(zhuǎn)換功能。

( 4) GPRS模塊： 是一種新型的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)， 在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接， 給移動用戶提供高速無線IP服務(wù)。它采用完全透明數(shù)據(jù)傳輸， 永遠(yuǎn)在線， 按流量計費(fèi)， 克服了通訊距離短， 性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)， 真正實(shí)現(xiàn)全國無縫覆蓋， 特別適用于無人看守的區(qū)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(tǒng)程序。

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

( 7) DS1302日歷芯片可以根據(jù)設(shè)置自動完成年月日時份秒的計算， 并可以實(shí)現(xiàn)鬧鐘， 它主要使系統(tǒng)能夠定時采集數(shù)據(jù)。

( 8) CAN屬于總線式串行通訊網(wǎng)絡(luò)， 具有很強(qiáng)的糾錯能力， 支持差分收發(fā)， 因而適合高噪聲環(huán)境， 而且傳輸距離比較遠(yuǎn)。在系統(tǒng)中我們采用了SJA1000 芯片， 通過正確連接和設(shè)置的， 達(dá)到CAN 總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能的自動完成。

( 9) 開關(guān)驅(qū)動電路： 主要是提供給各種開關(guān)電源、交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電壓與電流。在系統(tǒng)中我們采用數(shù)字電路與模擬電路的結(jié)合完成。

( 10)液晶顯示與觸摸屏： 提供人機(jī)交互友好界面， 我們選擇了臺灣AM PIRE 公司產(chǎn)DG - 32240 - 27 - SNCW -HCDTC液晶顯示觸摸屏， 具有320 ?? 240顯示象素點(diǎn)， 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(tǒng)調(diào)試

在系統(tǒng)的調(diào)試中， 一切功能與電氣指標(biāo)都能達(dá)到預(yù)先設(shè)計的要求， 但幾次出現(xiàn)觸摸屏與單片機(jī)之間指令不執(zhí)行， 甚至燒壞了觸摸屏中的芯片ADS7843的問題。

2 硬件設(shè)計分析

根據(jù)硬件連接， 使用的單片機(jī)P3、P4口通過X ilinx95144與液晶顯示相連， 觸摸屏與單片機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)

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

在本系統(tǒng)的電路中， 采用P1口與觸摸屏接口打交道， P1口內(nèi)部管腳結(jié)構(gòu)如圖2 所示。P1口是一個準(zhǔn)雙向I/O口， 它由輸出緩沖器、內(nèi)部口鎖存器、內(nèi)部口寄存器和輸出緩沖器構(gòu)成， 與MCS51的準(zhǔn)雙向口相同， 內(nèi)部具有上拉電阻結(jié)構(gòu)。如圖2所示， 上拉作用由三個FET管產(chǎn)生， 其中p1是強(qiáng)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(zhǔn)雙向口P1內(nèi)部結(jié)構(gòu)

當(dāng)復(fù)位時，P1口呈現(xiàn)微弱上拉。當(dāng)用作輸入輸出功能， 其原理是：“輸入”： P1口輸入數(shù)據(jù)時實(shí)際上是輸入到P1口寄存器中， 由寄存器去驅(qū)動管腳， 圖二上/Q 即為寄存器的輸出， CPU 讀數(shù)據(jù)時是直接讀管腳。因此在讀數(shù)據(jù)時要保證P1口為輸入狀態(tài)， 應(yīng)先對P1口寄存器SFR置位， 此時n截止。切記當(dāng)端口用作輸入口時， 決不能向該口寫數(shù)據(jù)“0”。“ 輸出”：在此狀態(tài)下， 當(dāng)指令對P1. x口的I/O口寄存器輸入數(shù)據(jù)是“0”時， 內(nèi)部寄存器的/Q輸出會打開下拉FET即n, 而關(guān)閉全部上拉FET即p1、p2、p3, 這時對應(yīng)輸出腳電平PORT PIN 為“0”; 當(dāng)指令對P1口的某一個I /O口寄存器輸入數(shù)據(jù)是“1”時， 內(nèi)部寄存器的/Q輸出會關(guān)閉n, 打開p1、p2、p3, 這時對應(yīng)輸出腳電平PORT PIN 為 “1”，即輸出是一個編程直接“寫”的過程。