基于RA8806控制器的觸摸屏設計

肖靜文 程維明 劉 偉 封高歌

(上海工程技術大學機械工程學院，上海 201620)

觸摸屏技術是嵌入式系統領域重要的應用技術之一，隨著電子產品智能化、便捷化的發展趨勢，觸摸屏作為一種簡單、直觀和快捷的人機交互設備，已逐步取代傳統的鍵盤及鼠標等輸入設備，不僅在日常生活中的儀器儀表應用廣泛，而且在工業控制領域上更是廣泛應用。觸摸屏一般可分為電阻式、電容式、紅外線式及表面聲波式等[1]，其中電阻觸摸屏反應靈敏，工作穩定，工作環境對外界隔離，被廣泛應用于惡劣的工業環境中。觸摸屏通常組合LCD屏使用，常見的觸摸屏有4.3、5.7、7.0寸，常用的驅動控制器有AD7843及AD7846等。

筆者介紹了一種硬件電路實現較為方便的RA8806控制器[2～4]，使用分辨率為320×240的5.1寸觸摸屏技術。針對觸摸屏與LCD屏的坐標原點和坐標方向不一致的情況，介紹了觸摸校準方法和軟件實現方法，并在STC89C52單片機系統平臺上完成實驗測試。

1 RA8806觸摸屏系統①

RA8806是一種介于MCU和LCD驅動器之間的控制集成芯片，內建雙圖層、中英文字庫與繪圖模式的智能型電阻式觸控掃描控制器，該控制器有效地減輕了MCU的負擔，硬件電路實現相對簡單，節省了使用者的軟、硬件開發成本和時間。基于RA8806控制器的觸摸屏屬于四線電阻式觸摸屏，其本質是一套傳感器系統，這種觸摸屏由兩層導電層組成。當兩層導電層在某點發生接觸時，電阻發生變化，在行和列(X和Y)兩個方向上產生電壓信號，然后由RA8806控制器采樣，經過其內置的10位A/D轉換器轉換成坐標信號送至CPU。RA8806控制器觸摸系統如圖1所示，RA8806接收MCU送來的指令，然后將MCU所要顯示的內容以數據形式傳輸到LCD驅動器(包括行驅動和列驅動)，再經過LCD驅動器連接至LCD屏上顯示出所要顯示的文字或圖案。

圖1 觸摸系統框圖

2 觸摸校準方法

使用觸摸屏的首要問題是如何進行坐標定位，即如何確定觸摸點的坐標位置。由于加工工藝及安裝等原因，觸摸屏與LCD屏尺寸存在差異，不可能完全對準，致使觸摸屏與LCD屏之間存在微小偏移量，且LCD 屏的坐標是以像素為單位的，而從觸摸屏中讀出的是觸摸點的物理坐標，即電壓數字量的大小。因此在使用時必須進行坐標定位，將觸摸屏的物理坐標轉換為LCD屏上的像素坐標。常用的觸摸屏坐標定位方法有最值法、三點法和四點法[5～7]。其中，四點定位法精度最高，但編程實現起來相對復雜，適用于觸摸精度要求較高的產品，如用于手寫識別領域；最值法精度相對較低，但對于一般的工業用屏，其精度要求大多不是很高，最值法可以滿足要求。

如果觸摸屏的坐標原點與LCD屏的坐標原點和坐標方向一致，可直接采用最值法的觸點坐標轉換公式，即：

(1)

式中H、W——LCD屏的行像素寬和列像素寬；

x、y——觸點在觸摸屏行、列方向上產生的電壓數字量大小；

(XLCD,YLCD)——觸點在LCD屏上的坐標；

xmax，xmin——觸摸屏上最大和最小坐標點在行方向上產生的電壓數字量的實際測量值；

ymax，ymin——觸摸屏上最大和最小坐標點在列方向上產生的電壓數字量的實際測量值。

由于RA8806控制器內建了一組10位ADC，電壓數字量滿量程為210，而在其實際工作過程中，該電壓數字量通常達不到0或滿量程，因此需通過測試得到相對值。

通常在觸摸屏的對角線上取兩個對角頂點，并將觸摸得到的電壓數字量轉換為十六進制數顯示。通過實際測試發現，該5.1寸觸摸屏與LCD屏的坐標原點與坐標方向均不同(圖2)，因此不能直接套用式(1)。由于實際的坐標值和LCD的寫入順序是180°的關系，所以在轉換時公式做如下變換：

(2)

3 軟件設計

圖2 觸摸屏與LCD屏的坐標系示意圖

基于RA8806控制器的5.1寸觸摸屏系統采用KEIL C語言編寫程序，完成軟件設計。在使用觸摸屏之前，首先要對程序進行初始化操作，包括軟件重置、清屏和寄存器配置的初始化。在驅動程序設計中，最重要的問題是基本讀、寫函數(即讀狀態、讀數據、寫指令、寫數據函數)的時序配合問題，應嚴格按照RA8806數據手冊資料編寫，時序配合不好顯示屏將無任何顯示。在數據采樣和處理程序中，觸摸屏和LCD屏的坐標轉換是關鍵問題，為了編程方便，先通過測試得到觸摸屏上的最小和最大坐標點在行、列方向上的像素坐標值，并定義在程序開頭，即：

#define x_tp -854 // x_tp =xmin-xmax

#define y_tp 852 // y_tp =ymin-ymax

#define x_tpm 948 //在X方向的觸摸范圍內最大值xmax

#define y_tpm 944 //在Y方向的觸摸范圍內最大值ymax

程序中的tpx_trans(x)，tpy_trans(y)是觸摸屏和LCD屏的坐標轉換和定位函數，可根據式(2)設計，因屏幕分辨率為320×240，故將程序中W設定為320，H設定為240。以行方向的坐標轉換為例(列方向的坐標轉換類似)，其坐標轉換程序如下：

unsigned int tpx_trans(unsigned int x)

{

long tpx;

long temp;

temp = (((long)x)-x_tpm)*320;

tpx = temp/x_tp;

return tpx;//返回轉換后的像素坐標值

}

觸控操作采用RA8806控制器提供的觸控功能自動模式。當觸摸屏被觸碰時，信號不夠穩定，為了避免錯誤動作，采取連續讀3次中斷狀態、讀3次坐標值進行對比的方法，最后判斷坐標是不是在按鍵范圍內。假設按鍵長為m個像素點，寬為n個像素點，那么這個范圍對應了觸摸屏上一個范圍的坐標，若按鍵在此范圍內則實現相應功能。由于RA8806控制器中的A/D轉換提供10位精度，因此在程序中X1[3],Y1[3]用來保存觸摸點X、Y坐標的高8位值，X2[3]、Y2[3] 用來保存觸摸點X、Y坐標的低兩位值。需要注意當檢測到觸摸事件時，要延時一段時間等待AD轉換完成，若延時控制不好，將導致轉換出錯，以致觸摸不準確。

void Auto_tp ( )

{

unsigned char k, temp, X1[3], X2[3], Y1[3], Y2[3];

unsigned int X, Y, x_temp,y_temp;

… …

if ((X1[0]==X1[1])&&(X1[0]==X1[2]))

{

X = (((unsigned int)X1[0]&0x00ff)<<2) | ((unsigned int)X2[0]&0x0003);

//保存X坐標10位AD值

Y = (((unsigned int)Y1[0]&0x00ff)<<2) | (((unsigned int)Y2[0]&0x000C) >> 2);

//保存Y坐標10位AD值

x_temp = tpx_trans(X);//X坐標轉換

y_temp = tpy_trans(Y); //Y坐標轉換

{

… …//判斷坐標是否在按鍵范圍內，在則實現相應功能

}

}

}

另外，若要顯示多個界面，需設置頁面標志變量Flag，通過給頁面標志變量Flag賦不同的值顯示不同界面，以防止發生坐標沖突事件。

4 實驗測試

5.1寸觸摸屏系統在STC89C52單片機系統平臺上進行測試，首先在硬件電路中將單片機的外部中斷引腳接至RA8806的觸摸中斷信號腳，當有觸摸動作時，單片機就會進入中斷處理觸摸坐標值。另外，要注意通過可調電阻來調節顯示屏的對比度，否則即使有數據顯示，開發人員肉眼無法看到。通過實驗測試得到：當顯示模塊的內部負壓輸出(VOUT腳)在-20V左右時，顯示效果達到最佳。實驗測試表明該觸摸屏反應靈敏，工作可靠，目前已用于自動阿貝折射儀。

5 結束語

介紹了一種智能型電阻式觸控掃描控制器RA8806，分析了基于RA8806控制器的觸摸屏系統工作原理，針對觸摸屏與LCD屏的坐標原點和坐標方向不一致的情況，介紹了觸摸屏的校準方法和相關軟件設計，并在STC89C52單片機系統平臺上完成測試。測試結果表明：該5.1寸觸摸屏系統工作穩定，觸摸效果良好。該基于RA8806控制器的觸摸屏系統開發方便，成本低廉，滿足日常生活和一般工控領域的儀器儀表需求。