C8051F020触摸屏驱动控制
目前触摸屏和液晶屏已成为嵌入式计算机系统常用的输入输出设备。触摸屏分为电阻、电容、表面声波、红外线扫描和矢量压力传感式触摸屏，其中使用最多的是四线或五线电阻式触摸屏。TSC2046为四线电阻式触摸屏控制器，以其低功耗和高速率等特性广泛应用于电池供电的小型手持设备。
C8G051Fxxx系列单片机是完全集成的混合信号系统级器件，峰值速率达25 MI／s。片内集成ADC和DAC；SMBus／I2C、UART、SPI接口：可编程计数器／定时器阵列；64个I／O端口(P0~P7)；内部具有JTAG和调试电路，支持在系统调试。本文介绍了利用该系列单片机C8051F020、TSC2046和液晶屏实现人机互动接口。
2 触摸屏工作原理
触摸屏控制器相当于触摸屏体与微控制器间的接口。触摸屏体是一个4层的复合薄膜,附着在显示器表面与显示器配合使用。图1为触摸屏外部结构。每一导电层为触摸屏的一个工作面，每个工作面的两端各涂一条银胶，称为该工作面的一对儿电极，分别称为X电极对和Y电极对。当触摸屏控制器同X电极对施加一确定电压，而不向Y电极对施加电压时，X电极对的工作面会形成均匀连续的平行电压场，如图2(a)所示。当手指或触笔触及触摸屏时，触点电压则反映触点在Y工作面的位置,将该电压量通过Y+(或Y-)电极引至触摸屏控制器,经过A／D转换，便可得到触点电压的数字量,即Y坐标。同理，向Y电极对上施加电压，以X+(或X-)为测量电极，便可得到X坐标。微控制器根据触点坐标位置以及对应坐标位置显示内容，便可得知触摸者的意图。
3 TSC2046的工作模式和控制字
TSC2046可设置为8位或12位工作模式，输入方式为差分输入和单端输入，本文以12位差分输入模式进行说明。表1为TSC22046的控制字。
其中S为数据传输起始标志位，该位恒为“1”。A2～A0用于通道选择，决定触摸屏体输出模拟电压从TSC2046的哪个引脚输入。MODE用于选择A／D转换的精度，当为1时选择8位；当为0时选择12位。在12位工作模式下，其二进制结果的最低位表示模拟电压为参考电压(TSC2046引脚+VCC与GND的压差)的1／4 096。SER／DFR可用于选择输入模式,SER选择单端模式，DFR选择差分模式。PD1、PD0用于选择省电模式。图3为差分输入模式下的示意图。表2是差分模式输入配置。差分模式是一种比率度量转换方式，加在触摸屏体电极上的电压为TSC2046引脚+VCC与GND之间的电压，转换结果是触摸屏上分布电阻值的百分比。
4 典型应用
4．1 接口电路
TSC2046与C8051F020的电路连接图如图4所示。触摸屏体两对儿电极通过J2接至TSC2046的四个电极。为了增强驱动能力，TSC2046与C8051F020的连线均通过一只10 kΩ的上拉电阻拉至5 V,采用SPI接口通信，相关引脚对应关系：TSDIN-数据输入、TSBUSY-忙信号、TSINT-笔中断信号、TSDDOUT一数据输出、TSDCLK一时钟信号、TSCS一片选信号。TSC2046与C8051F020连接时，
由于TSINT引脚接收TSC2046发送的中断信号，因此配置C8051F020时，TSINT引脚通过交叉开关配置为外部中断引脚。否则只能通过查询TSINT引脚的电平状态判断是否有触摸事件。为了减少干扰，在X+、X-、Y+、Y-四个输入端都应接一只旁路电容，数据线要尽量短。
4．2 程序设计
TSC2046的驱动程序遵循标准的SPI协议实现与微控制器的通信。当触摸屏按下时(即有触摸事件发生)，则TSC2046通过笔中断引脚(TSINT)向微控制器发送中断请求，微控制器接收请求后，延时30 ms，再响应其请求，目的是消除抖动使采样更准确。如果一次采样不准确，可多次采样并取最后一次结果。
TSC2046驱动程序的流程如图5所示。图6为A／D转换时序(一次转换需16个时钟信号)。
根据时序图，采用12位输出结果方式取读TSC2046子函数代码如下：
以上为驱动程序中一个典型子函数,其余子函数与之类似。需要注意的是：完成一次转换需16个时钟信号，输出却为12位数据，因此应加补4个空闲时钟信号，使之达到16个时钟信号，才能得到正确的A／D转换结果。否则，TSC2046与C8051F020无法同步，则无数据输出。此外,TSC2046的控制字发送完成，需禁止SPI通信，直到A／D转换结束，以免数字信号对模拟电压产生干扰。该触摸屏已应用于某医疗设备的输入输出系统，反应良好。