彩色液晶接口电路设计及触摸屏的编程与调试

　　摘 要： 本文以单片机C8051F020 为控制芯片， 对由控制芯片TFT 6448b 控制NL 6448AC33- 18 彩色显示屏和单片机C8051F020 控制四线电阻式触摸屏组成的人机界面控制系统， 作了较为深入的分析与研究。介绍了C8051F020 单片机的功能特点， 端口配置方法和对它的编程具体操作方法； 以及液晶芯片TFT6448b 和触摸屏的管脚功能和工作原理。描述了单片机C8051F020 实现控制彩色液晶进行显示和控制触摸屏按要求正确工作的原理，给出了系统硬件设计原理图以及软件流程图， 阐述了硬件设计框图和实现过程。着重论述触摸屏硬件接口电路设计及软件编程与调试， 实现了彩色液晶显示及触摸屏控制功能， 实现了页面显示及页面切换功能。为便于程序的扩展、修改和今后的应用， 应用C 语言编程， 所有程序按功能采用模块化设计， 程序设计的逻辑关系简洁明了。

　　引言

　　触摸屏是目前简单、方便、自然的而且又适用于中国多媒体信息查询国情的输入设备， 它具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。触摸屏技术被认为是未来人机交互科技的主流方向之一，相关的产业及其产品的应用也正在成为一个热点。

　　本设计题目来自于广西区自然科学基金项目， 是基金项目中的一个研究子模块， 本文作者在毕业设计期间针对NL 6448AC33218 彩色液晶显示屏及其触摸屏， 应用C8051F020 单片机控制芯片， 采用单片机C 语言编制程序并进行调试， 并且程序采用模块化设计。

　　一、系统构成

　　本设计是基于单片机C8051F020 微处理器控制的彩色液晶及触摸屏的控制系统， 系统结构框图如图1所示：

图1 系统结构框图

　　二、系统连接方式及工作过程

　　（一）C8051F020 控制TFT6448b 的工作过程

　　在用C8051F020 实现对TFT 6448b 的控制过程中， 采用总线方式进行控制。因为TFT 6448b 液晶控制器自带有锁存功能， 所以在使用总线方式进行控制时并不需要外加锁存芯片， 只须使用单片机C8051F020 的P0、P2、P3 口就可以实现。在系统加电之前， 由于C8051F020 的典型工作电压为313V , TFT 6448b 的工作电压是5V , 对P0、P2、P3 口相应连接管脚进行驱动能力扩展； 根据控制需求， 通过P0、P2、P3 端口寄存器， 将相应端口的引脚配置成漏极输出方式。将P3 口配置成为数据？地址输出口， 输出地址时， 其为地址总线的低八位， P2 口提供高位地址； 传输数据时， 其为8 位数据总线口。系统加电后， 使得TFT 6448b 的片选信号？C S 有效， 通过往TFT 6448b 的相应行、列、控制、数据寄存器中写入数据， 即可用C8051F020 芯片实现对TFT 6448b的控制， 从而实现彩色液晶的显示控制。

　　（二） 触摸屏硬件接口电路及工作原理

图2 触摸屏硬件接口电路

　　根据四线电阻式触摸屏的工作原理， 结合图2 中触摸屏硬件接口电路。

　　该触摸屏硬件接口电路的具体工作过程如下： 1、如图2 所示电路， 连接好线路， 给电源输入端、参考基准电压端接入313V 的直流电源； 2、结合软件编程对AD0 进行初始化， 系统处于休眠状态时， 软件开中断， 截止PN P1、PN P2、N PN 1, 饱和导通N PN 2; 3、等待触摸屏被触摸； 4、若触摸屏上发生触摸， 进入中断服务程序， 关掉外部中断， 进行短暂延时以消除外界抖动。通过判断中断输入口P010 的电平变化， 确定抖动是否结束。通过软件截止PN P2、N PN 2, 饱和导通PN P1、N PN 1, 选择模数转换通道A IN 010, 采集触摸点的X 方向坐标值，延时等待转换结束， 移出转换结果； 电极电压切换， 通过软件置位， 截止PN P1、N PN 1, 饱和导通PN P2、N PN 2, 选择模数转换通道A IN 011, 采集触摸点的Y 方向坐标值， 延时等待转换结束， 移出转换结果； 5、通过将采集到的X 和Y 坐标值与设定的按键边界值进行比较， 若比较结果为真， 则切换到相应的子页面， 否则， 重新开中断， 并返回主程序； 6、触摸屏硬件接口电路工作过程重新回到步骤3, 继续等待下触摸。

　　三、彩色液晶显示及触摸屏软件设计

　　（一） 显示原理

　　如要在点阵液晶显示器上显示汉字， 首先从汉字点阵生成工具中提取要显示的汉字的点阵字模。因为每个汉字在字库中是以点阵字模形式存储的， 所以在程序当中建立字库， 以便调用。程序监测， 是"1"就显示， 是"0"就不显示。检测某位是否为"1"的方法两种： 一种是移位法。每次向左移动一位， 然后判断进位的值， 若为"1", 说明要显示， 则向写数据寄存器DA T 送该字要显示的颜色代码； 若为"0", 说明不用显示， 跳过； 另一种是位与法。先与80H 位与， 判断该字节的位是否为"1", 若是， 说明要显示； 若不是， 跳过； 再依次与40H、20H、10H、08H、04H、02H、01H 位与， 判断相应位是否为"1".如要显示字符、数字和图形等， 其方法和原理与显示汉字一样。

　　（二） 程序设计

　　1、显示程序程序设计。

　　其程序流程图如图3 所示：

图3　显示子程序流程图

　　2、触摸屏软件设计。

　　结合图2 所示触摸屏硬件接口电路， 为实现对触摸屏上触摸点的识别， 实现页面切换功能。本设计中触摸屏模块软件设计思想是： 对P0 端口的P010 引脚、P1 端口的P114~ P117 引脚， 通过相应的端口输出方式寄存器， 配置为推挽输出方式； 对模数转换器ADC0 的相关寄存器进行设置， 将模拟输入通道配置为单端输入方式， 通过通道选择寄存器分时选通采集数据的模数转换通道。进入主程序， 等待外部触摸中断发生。若外界产生触摸， 进入中断服务程序， 关掉外部中断， 可以避免多个触摸点发生冲突。通过判断中断输入口电平的变化消除非意图触摸产生的抖动； 消除抖动后。通过电压切换， 分别导通X 电极对、Y 电极对， 分别采集X 方向、Y 方向的模拟输入量并移出转换结果， 将采集到的值与事先设定的按键边界值进行比较， 若在按键范围内， 则切换到相应页面， 否则开中断并返回主程序， 继续等待外部触摸中断发生。相应软件设计流程图如图4所示。

图4　软件设计流程图

　　3、触点判断程序设计。

　　在本设计当中彩色液晶显示屏的坐标分布情况分布如下： 屏的左上角（0, 0） , 屏的左下脚（0, 479） ,屏的右上角（639, 0） , 屏的右下角（639, 479）。通过往彩色液晶显示控制芯片TFT 6448b 的列、行、控制、数据寄存器中送入相应的值， 即可以在液晶屏上任何地方实现显示。根据显示页面设计要求， 将需要显示的按键用文字、字符或者图形标识事先在液晶显示屏上显示出来。譬如其中页面中有两个按键标识， 即"返回"和"下一页".这两个标识在液晶显示屏的位置是这样的， 如上图5 所示。

图5　液晶显示屏的两个按键标

　　根据ADC0 模块采集到的X 和Y 坐标值， 通过按照从左到右、从上到下的逐点测量的方法， 得出触摸屏各触点电压梯度经过转换后的数值是按照线性分布的。因为将得到12 位十六进制数值右移了3 位， 那么对应的十进制数的值为511, 值为0, 其为1/512.触摸屏上的坐标的具体分布如图6 所示。

图6　触摸屏上的坐标分布

　　依照图6 所示， 可以知道其坐标分布的几个特殊点坐标值（列， 行） , 譬如： 触摸屏的左上角（511, 511） ,屏的左下脚（0, 511） , 屏的右上角（511, 0） , 屏的右下角（0, 0） ; 在此基础上， 通过将触摸屏固定在液晶显示屏上， 即可以测量触摸屏对应显示屏上固定按键标识的按键区域边界值。具体软件流程图如图7 所示： 下面通过阐述一个按键标识来说明， 如图5 的"返回"按键标识。

图7　软件流程图

　　1、对触摸屏坐标进行采集标定， 得到的按键边界值，X 坐标为51< kk & kk< 94, Y 坐标的边界值为452<mm &mm < 507;2、当触摸发生， 将采集到的X 坐标和Y 坐标与该按键标识的边界值进行比较， 如果在该按键边界值之间说明按键正确， 否则不正确；3、如按键正确， 进行页面切换， 调用页面显示子模块程序， 显示相应的子页面；4、如采集的X 和Y 坐标不正确， 但坐标值属于其它按键坐标值的范围， 则调用相对应的按键的显示子模块程序； 如不属于其它按键范围， 则返回等待。如上所述， 所有页面的按键的识别和显示方法都是一致的， 的区别就是坐标值的不同。

　　四、调试

　　本设计中， 在触摸屏硬件接口电路设计及软件编程中， 涉及到软件程序调试。调试过程中， 采用功能模块化的方法： 譬如在实现整个彩色液晶及触摸屏控制的过程中， 简要的软、硬件调试步骤如下： 硬件--实现C8051F020 与TFT 6448b2LCD 控制板的连接-> 实现单片机C8051F020 与触摸屏之间的连接-> 将两个模块连接在一起， 构成一个整体的控制系统； 软件--先是实现单色屏的显示-> 在此基础上实现不同颜色和型号的字？字符的显示-> 紧接着插入占用存储空间较小的图片（如C8051F020 芯片外形图） -> 考虑任意点触摸的实现-> 考虑定点触摸的采集并实现按键区域触摸-> 考虑切换子页面功能的实现-> 实现比较人性化彩色页面显示。