| 觸摸屏在S3C2410上的應用實例 |
| www.52RD.com 2005年12月11日 我愛研發網 21IC |
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摘要：給出S3C2410上觸摸屏的實現原理、硬件結構和軟件程序；對軟件進行優化，改進軟件濾波的實現方法。其算法使用C語言實現，可移植到任何操作系統的觸摸屏驅動程序中。 關鍵詞：觸摸屏 S3C2410 濾波 引言
隨着個人數字助理（PDA）、瘦容戶機等的普及，觸摸屏作爲終端與用戶交互的媒介，在我們的生活中使用得越來普遍。觸摸屏分爲電阻式、電容式、聲表面波式和紅外線掃描式等類型，使用得最多的是4線電阻式觸摸屏。
本文以三星公司ARM9內核芯片S3C2410觸摸屏接口爲基礎，通過外接4線電阻式觸摸屏構成硬件基礎。在此基礎上，開發了觸摸屏面圖板程序。
1 觸摸屏原理
S3C2410接4線電阻式觸摸屏的電路原理如圖1所示。整個觸摸屏由模向電阻比和縱向電阻線組成，由nYPON、YMON、nXPON、XMON四個控制信號控制4個MOS管（S1、S2、S3、S4）的通斷。S3C2410有8個模擬輸入通道。其中，通道7作爲觸摸屏接口的X座標輸入（圖1的AIN[7]），通道5作爲觸摸屏接口的Y座標輸入（圖1的AIN[5]）。電路如圖2所示。在接入S3C2410觸摸屏接口前，它們都通過一個阻容式低通濾器濾除座標信號噪聲。這裏的濾波十分重要，如果傳遞給S3C2410模擬輸入接口的信號中干擾過大，不利於後續的軟件處理。在採樣過程中，軟件只用給特殊寄存器置位，S3C2410的觸摸屏控制器就會自動控制觸摸屏接口打開或關閉各MOS管，按順序完成X座標點採集和Y座標點採集。
 2 S3C2410觸摸屏控制器 S3C2410觸摸屏控制器有2種處理模式：
①X/Y位置分別轉換模式。觸摸屏控制器包括兩個控制階段，X座標轉換階段和Y座標轉換階段。
②X/Y位置自動轉換模式。觸摸屏控制器將自動轉換X和Y座標。
本文使用X/Y位置自動轉換模式。
3 S3C2410觸摸屏編程
由於觸摸屏程序中參數的選取優化需要多次試驗，而加入操作系統試驗參數，每次編譯下載耗費時間過多，不易於試驗的進行，因而我們直接編寫裸機觸摸屏程序。三星公司開放了S3C2410測試程序2410test(可在三星網站下載)，提供了觸摸屏接口自動轉換模式的程序範例ts_auto.c,見本刊網站www.dpj.com.cn。本文在此範例的基礎上編寫了觸摸屏畫圖板程序——在顯示屏上畫出觸摸筆的流走痕跡。
針對座標點採樣時產生的噪聲，本文采用噪聲濾波算法，編寫了相應的噪聲濾波程序，濾除干擾採樣點。整個觸摸屏畫圖板程序的處理流程如圖3所示。
3．1 程序初始化
初始化觸摸屏控制器爲自動轉換模式。其中寄存器ADCDLY的值需要根據具體的試驗選取，可運行本文提供的程序看畫線的效果來選取具體的參數。觸摸屏中斷處理程序Adc_or_TsAuto是判斷觸摸屏是否被按下了。觸摸屏被按下，給全局變量Flag_Touch賦值爲Touch_Down，否則賦值爲Touch_Up。
 初始化脈寬調製計時器（PWM TIMER），選擇計時器4爲時鐘，定義10ms中斷1次，提供觸摸屏採樣時間基準，即10ms觸摸屏採樣1次。計數器中斷處理程序Timer4Intr中判斷Flag_Touch被賦值爲Touch_Down，則給全局變量gTouchStartSample置位，以控制觸摸屏採樣。 之後清除觸摸屏中斷和計時器中斷屏蔽位，接受中斷響應，同時計時器開始計時。
3．2 觸摸屏採樣程序
如果gTouchStartSample爲TRUE，觸摸屏接口開始對座標X和Y的模擬量進行採樣，根據試驗選取適合的的採集次數。本文中使用9次採集，分別記入到ptx[TouchSample]和pty[TouchSample]數組中，TouchSample爲採集次數。
爲了減少運算量，將ptx[]和pty[]分別分三組取平均值，存儲在px[3]和py[3]中。這裏以處理X座標爲例：
px[0]=(ptx[0]+ptx[1]+ptx[2])/3;
px[1]=(ptx[3]+ptx[4]+ptx[5])/3;
px[2]=(ptx[6]+ptx[7]+ptx[8])/3;
計算以上三組數據的差值：
dlXDiff0=px[0]-px[1];
dlXDiff1=px[1]-px[2];
dlXDiff2=px[2]-px[0];
然後對上述差值取絕對值，所得結果簡稱絕對差值：
dlXDiff0=dlXDiff0>0?dlXDiff0:-dlXDiff0;
dlXDiff1=dlXDiff1>0?dlXDiff1:-dlXDiff1;
dlXDiff2=dlXDiff2>0?dlXDiff2:-dlXDiff2;
判斷上述計算的色對差值是否都超過差值門限，如果這3個絕對差值都超過門限值，判定這次採樣點爲野點，拋棄採樣點，程序返回等待下次採樣。其中的差值門限需要根據試驗測試得到，本文取值爲2。
找出其中絕對差值最小的2組數據，再將它們作平均，同時賦值給tmx:
if(dlXDiff0<dlXDiff1){
if(dlXDiff2<dlXDiff0){
tmx=((px[0]+px[2]>>1);
}
else{
tmx=((px[0]+px[1])>>1);
}
}
else if(dlXDiff2<dlXDiff1){
tmx=((px[0]+px[2])>>1);
}
else{
tmx=((px[1]+px[2])>>1);
} |
函數Touch_Coordinate Conversion完成觸摸屏採樣值轉換成顯示座標，根據不同的硬件有不同的轉換方法。本觸摸屏採樣座標及顯示座標如圖4、圖5所示。其中TOUCH_MAX_X和TOUCH_MIN_X是觸摸屏X座標採樣值的最大和最小值；Y座標同理。可以運行本文程序，同時使用觸摸筆在觸摸屏的4個角取得最大最小採樣值。這裏使用的是320×240的TFT屏，所以TOUCH_X值爲320。下面是X座標的轉換程序：
Touch_CoordinateConversio(int*px){
TmpX=(tmx>=TOUCH_MAX_X)?(TOUCH_MAX_X):*px;
TmpX-=TOUCH_MIN_X;
TmpX=(TmpX)?TmpX:0;
*px=(TmpX*TOUCH_X)/(TOUCH_MAX_X-TOUCH_MIN_X);
}
3.3 座標濾波程序
座標濾波程序Touch_Pen_filtering，考慮人機界面中對觸摸屏的操作有3種：
*觸摸筆在觸摸屏上的位置不變；
*觸摸筆在觸摸屏上連續滑過；
*觸摸筆在觸摸屏上有大幅度的跳躍。
假設三次連續採樣時刻爲T1、T2、T3（T3>T2>T1），採樣間隔爲10ms。由於採樣間隔遠小於人的反應時間，所以在前兩種操作模式下，如果採樣點有效，將T1和T3時刻的採樣值作平均。其平均值和T2時刻的採樣值比較一般不會大於某個門限，否則判定此次採樣點爲野點。而對於第三種模式下，採樣點數據會有很大的跳變。跳變過程中的數據是不穩定的，雖然記入了數據，但被判定成無效的採樣點，所以需要在程序中定義一個靜態數組x[2]記錄相鄰的兩次採樣數據。只有當前後數據持續穩定一段時間，才認爲這時的採樣點有效。程序中使用的間隔門限FILTER_LIMIT是需要經過試驗來選取的。這裏只給出X座標的濾波過程。
//*px爲T3時刻的採樣值，count是記錄連續有效採樣點次數的靜態變量，標誌當前數據持續穩定時間，一旦發現大於//FILTER_LIMIT,count的值又要從0開始計數。
Int Touch_Pen_filtering(int *px){
BOOL retVal;
Static int count=0;
count++;
//如果連續有效採樣點次數大於2次，開始進行濾波算法
if(count>2){
count=2;
//將T3時刻採樣值和T1時刻採樣值作平均
TmpX=(x[0]+*px)/2;
//計算平均值和T2時刻採樣值的差值
dx=(x[1]>TmpX)?(x[1]-TmpX):(TmpX-x[1]);
![]()
//如果差值大於門限值，說明T3的採樣值無效，判爲野點返回值爲FALSE。爲了避免過大的跳躍，認爲觸摸筆座標沿變，使用T2時刻採樣值來代替本次採樣點，同時靜態變量x[]中的數據不變，count重新開始記錄連續有效採樣點次數
//如果差值大於門限值，說明T3的採樣值無效，判爲野點返回值爲FALSE。爲了避免過大的跳躍，認爲觸摸筆座標沿變，使用T2時刻採樣值來代替本次採樣點，同時靜態變量x[]中的數據不變，count重新開始記錄連續有效採樣點次數
if((dx>FIL TER_LIMIT)){
*px=x[1];
retVal=FLASE;
count=0;
}
//否則採樣點有效返回值爲TRUE，將T3的採樣點記入到x[1]中，T2的採樣點移到x[0]中
else{
x[0]=x[1];
x[1]=*px;
retVal=TRUE;
}
}
else{
//連續有效採樣次數小於2，將T3的採樣值記入到x[1]，T2的採樣值移動到x[0]，並不進行濾波處理
x[0]=x[1];
x[1]=*px;
retVal=FLASE;
}
return retVal;
}
3．4 後續處理
經過上述的篩選和濾波，如果被判定採樣值有效，則將其濾波值送給操作系統進行後續處理，否則程序返回，等待下一次採樣。在2410 test程序中，可以結合LCD的畫點函數，將有效的採樣點在LCD上畫出，以此檢驗參數設置是否合理。
結語
本文以三星公司ARM9內核芯片S3C2410和4線電阻式觸摸屏爲硬件基礎。基於此硬件結構，開發了觸摸屏畫圖板程序。通過軟件濾波，提高了系統性能，得到了很好的處理效果，有很強的實用性。用此算法實現的Windows CE觸摸屏驅動，在漢王手寫輸入軟件的測試下得到了很高的識別率。軟件使用C語言實現，可以方便地移植到任何操作系統上