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　　摘要：觸摸屏作為人機(jī)界面應(yīng)用于氣相色譜儀控制系統(tǒng)，在彩色LCD的配合下可實(shí)現(xiàn)可視化控制。本系統(tǒng)是基于S3C44B0嵌入式開發(fā)平臺(tái)，但是此處理器無SPI總線接口寄存器，只能通過軟件模擬SPI，實(shí)現(xiàn)與ADS7846通信。文中給出了觸摸屏數(shù)據(jù)采集的流程和用C語言實(shí)現(xiàn)的模擬SPI通信程序。
　　　　
　　1、引言
　　
　　氣相色譜儀是應(yīng)用面極廣，數(shù)量較大的分析儀器中zui重要的一大類科學(xué)儀器。在石油、天然氣、精細(xì)化工、冶金、電力、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生、糧油、食品、環(huán)保、氣體、技術(shù)監(jiān)督和國防科研等領(lǐng)域中，幾乎成為現(xiàn)代分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室*的分析儀器之一。隨著氣相色譜儀的普及，客戶對(duì)系統(tǒng)的要求逐步提高，不僅要求其有良好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，而且需要實(shí)時(shí)、直觀地顯示工作狀態(tài)，要求操作人員根據(jù)實(shí)際情況方便地調(diào)整系統(tǒng)的工作參數(shù)，數(shù)據(jù)的采集、分析、判斷、參數(shù)顯示。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)了可視化的控制系統(tǒng)，能夠可視化地顯示系統(tǒng)狀態(tài)、提供*圖形化的操作方法，而且成本較低。
　　
　　2、氣相色譜儀原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　色相色譜儀技術(shù)的基本原理是（如圖1）：當(dāng)氣體樣品通過一定的進(jìn)樣方式送入色譜系統(tǒng)后，樣品中混合物的各組分在流動(dòng)相（載氣）的帶動(dòng)下，通過稱為色譜柱的固定相，利用各組分在流動(dòng)相中具有不同的吸附能力，當(dāng)二相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，樣品中各組分就會(huì)在二相中反復(fù)多次（103～106）受到上述各種作用力的作用，從而使混合物中各組分獲得分離，被分離后的單一組分隨載氣進(jìn)入檢測(cè)器的系統(tǒng)，獲得非電量轉(zhuǎn)換，將化學(xué)成分轉(zhuǎn)變成與其濃度成正比的電信號(hào)，然后通過這些電信號(hào)的不同來分析樣品成分。　　　　
　　如圖1所示，該氣相色譜儀的控制系統(tǒng)主要由嵌入式控制系統(tǒng)（MCU）、一個(gè)溫度檢測(cè)器、一個(gè)載氣流量檢測(cè)控制器和一個(gè)樣品流量檢測(cè)控制、再加一個(gè)高阻抗放大器（帶光電隔離器）組成，其主要特點(diǎn)是MCU外接了帶觸摸屏的彩色LCD作為人機(jī)界面。本系統(tǒng)的工作原理是首先通過觸摸屏上不同的觸點(diǎn)使MCU分別向載氣和樣品流量控制器發(fā)送參數(shù)設(shè)定指令，為了達(dá)到可靠性，此命令通過RS485串口總線發(fā)送;啟動(dòng)這個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)后，可以通過觸摸屏實(shí)時(shí)的發(fā)送查詢各檢測(cè)器狀態(tài)的指令，當(dāng)溫度檢測(cè)器，流量檢測(cè)控制器收到指令后，符合自己的，則把自己的狀態(tài)信息也通過RS485串口總線發(fā)送到MCU，MCU收到數(shù)據(jù)后在彩色LCD顯示相應(yīng)的信息，如溫度曲線、流量曲線等;色譜儀的檢測(cè)器把檢測(cè)到的信息通過高阻抗放大器變化以后把檢測(cè)到的結(jié)果顯示在LCD上，直觀的查看樣品的成分。同時(shí)，MCU通過以太網(wǎng)把收到的數(shù)據(jù)傳到PC機(jī)上，做備份;PC終端也可通過MCU對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。為了協(xié)調(diào)MCU和各檢測(cè)控制器的通信，我們自己制定了一套內(nèi)部通信協(xié)議。整個(gè)系統(tǒng)都是按照LCD上的提示，通過觸摸屏來控制的。
　　
　　3、硬件實(shí)現(xiàn)
　　
　　我們開發(fā)了ARM7開發(fā)板（處理器為SAMSUNG公司的ARM7TDMI內(nèi)核的S3C44B0，數(shù)據(jù)位寬是32位，主頻可達(dá)66MHZ）作為中低端嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。此處理器內(nèi)建了LCD控制器（zui大支持256色STN，使用DMA）;2個(gè)異步串口控制器（支持IrDA1.0，16字節(jié)的FIFO）;提供復(fù)合功能的71個(gè)通用I/O端口，供我們外接其他設(shè)備。
　　
　　本系統(tǒng)的觸摸屏采用了AMD公司的電阻式觸摸屏AMT9502型，該電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復(fù)合薄膜，由一層有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面涂有一層透明導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)?。ㄐ∮?/1000英寸）的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣。當(dāng)筆觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號(hào)，然后送觸摸屏控制器，計(jì)算出（X，Y）的位置。
　　
　　觸摸屏控制芯片采用的是TI公司的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS7846，此芯片是一種典型的12位取樣的逐步近似寄存器（SAR）A/D轉(zhuǎn)換器。除了基本的觸摸點(diǎn)位置的測(cè)量外，還可進(jìn)行觸摸壓力的測(cè)量。芯片內(nèi)部提供的2.5v參考電壓可用于輔助輸入，電池監(jiān)控器和溫度測(cè)量。其自動(dòng)節(jié)電功能可以保證很低的功率損耗，對(duì)于低功耗的嵌入式系統(tǒng)電路非常適合。本文只應(yīng)用其作為觸摸屏控制器的基本功能。
　　
　　ADS7846經(jīng)過A/D把坐標(biāo)值傳給MCU，MCU經(jīng)過處理后在LCD上顯示相應(yīng)的信息或通過RS485發(fā)出相應(yīng)的指令;ADS7846同時(shí)能接收MCU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。ADS7846和外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是使用SPI總線，而S3C44B0沒有SPI總線接口，所以只能采用通用I/O口軟件模擬SPI，詳細(xì)硬件接線如圖2。　　　　
　　4、軟件實(shí)現(xiàn)
　　
　　為了獲得一個(gè)坐標(biāo)值，ADS7846與MCU之間需經(jīng)過3個(gè)SPI的時(shí)鐘傳送（見圖4）。*次從DIN向ADS7846發(fā)送測(cè)量命令字（見表1，設(shè)置見表2）。當(dāng)ADS7846接收到命令字的前五位后，A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入采樣階段?？刂谱止?jié)輸入完畢后，等待BUSY為低后，在每個(gè)DCLK的下降沿，A/D轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)值從高位到低位逐位從DOUT引腳向MCU輸出。12位的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)在第13個(gè)DCLK時(shí)鐘傳送完畢。因此，有效數(shù)據(jù)是前12位，后面4位補(bǔ)0。　　　　　　
　　表2差分方式下（SER/DFRlow）命令字與測(cè)量坐標(biāo)值的關(guān)系　　
　　1）S3C44B0的初始化處理
　　
　　由于S3C44B0沒有SPI接口，本文采用通用IO口模擬SPI，具體寄存器設(shè)置如下：　　
　　通常ADS7846工作在筆中斷模式，ADS7846檢測(cè)到筆落下時(shí)，通過發(fā)出中斷信號(hào)，S3C44B0的EINT3在下降沿觸發(fā)的情況下，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序。我們?cè)诔绦蛑卸x了兩個(gè)全局變量，一個(gè)用來記錄經(jīng)ADS7846轉(zhuǎn)換后輸出觸點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)值，另一個(gè)用來表示筆的當(dāng)前工作狀態(tài)：
　　
　　staticstructpen_position｛
　　
　　unsignedshortx;
　　
　　unsignedshorty;
　　
　　unsignedcharpen_state;
　　
　?。齠irst,second;
　　
　　其中pen_state的值反映筆的狀態(tài)，為0是表示筆抬起，為1時(shí)筆落下。在對(duì)I/O寄存器的適當(dāng)配置后，首先，S3C44B0通過DIN向ADS7846發(fā)送一個(gè)空命令字0x80（PD1,PD0都為0）來啟動(dòng)中斷功能，使為高,才能響應(yīng)筆中斷的產(chǎn)生。C語言實(shí)現(xiàn)發(fā)送命令字程序如下：
　　
　　voidSend_controlbit（intcmd）
　　
　　｛……
　　
　　for（i=0;i#lt;8;i）
　　
　?。?br />　　
　　rPDATF=（cmd#gt;#gt;（7-i））;/＊通過PF0逐位輸出控制比特＊/
　　
　　Delay（20）;//delay20ns
　　
　　rPDATG|=0x40;/＊使PG6為1，即DCLK為高＊/
　　
　　Delay（220）;/＊delay220ns＊/
　　
　　rPDATG#=0xBF;/＊使PG6為0，即DCLK為低＊/
　　
　　Delay（200）;/＊delay200ns＊/
　　
　　｝
　　
　?。?br />　　
　　2）數(shù)據(jù)的采集　　　　
　　為了使系統(tǒng)實(shí)時(shí)的響應(yīng)外部中斷處理，在進(jìn)入筆中斷服務(wù)程序以后，把pen_state變?yōu)?，立即跳出中斷，程序隨即進(jìn)入坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換和讀取階段，具體流程見圖5。要完成X、Y坐標(biāo)值的轉(zhuǎn)換和讀取，MCU需分別向ADS7846發(fā)測(cè)量命令字，X坐標(biāo)測(cè)量命令字（0xD3）、Y坐標(biāo)測(cè)量命令字（0x93）。讀取坐標(biāo)值的C程序如下：
　　
　　intTouch_GetXY（）
　　
　?。?hellip;…
　　
　　for（i=;i#lt;16;i）
　　
　　｛rPDATG|=0x40;/＊DCLK為高＊/
　　
　　temp=（rPDATF#gt;#gt;7）;
　　
　　temp#=0x1;/＊通過PF7逐位讀取坐標(biāo)值＊/
　　
　　data|=temp#lt;#lt;（15-i）;/＊把數(shù)據(jù)暫存在temp1＊/
　　
　　Delay（220）;/＊delay220ns＊/
　　
　　rPDATG#=0xBF;/＊DCLK為低＊/
　　
　　Delay（220）;/＊delay220ns＊/
　　
　?。?br />　　
　　data#=0xffff;
　　
　　data=（data#gt;#gt;4）;/＊剔除后面4個(gè)0＊/
　　
　　return（data）;/＊返回坐標(biāo)值＊/
　　
　　｝
　　
　　由于筆與觸摸屏接觸的壓力大小、時(shí)間長短，會(huì)導(dǎo)致觸點(diǎn)的抖動(dòng)，這對(duì)于采集正確的觸點(diǎn)位置值有一定的影響。本文采用兩次采樣的方法來消除觸點(diǎn)的抖動(dòng)，在程序中定義了一個(gè)計(jì)數(shù)器count，計(jì)算采樣次數(shù)，當(dāng)讀取兩次后跳出采樣程序。得到兩次坐標(biāo)值分別為（fisrt.x，first.y）、（second.x，second.y），然后比較其差值，如果小于一定的值，則有效，并取其平均值;否則判為采樣錯(cuò)誤，重新采樣。
　　
　　通過觸摸屏和LCD的配合，此種方法取得了較好的實(shí)際效果，基本上消除了觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。
　　
　　5、總結(jié)
　　
　　本文所介紹的程序已經(jīng)在S3C44B0平臺(tái)上經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，并與彩色LCD相配合，可提供可視化的人機(jī)界面。本系統(tǒng)應(yīng)用到了氣相色譜儀工作站上，操作者可以直觀的查看溫度檢測(cè)器、流量控制器的運(yùn)行狀況，同時(shí)可以實(shí)時(shí)地修改控制參數(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。