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觸摸屏在S3C2410上的應(yīng)用實(shí)例
摘要：給出S3C2410上觸摸屏的實(shí)現(xiàn)原理、硬件結(jié)構(gòu)和軟件程序；對軟件進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)軟件濾波的實(shí)現(xiàn)方法。其算法使用C語言實(shí)現(xiàn)，可移植到任何操作系統(tǒng)的觸摸屏驅(qū)動程序中。關(guān)鍵詞：觸摸屏 S3C2410 濾波
引言
隨著個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、瘦容戶機(jī)等的普及，觸摸屏作為終端與用戶交互的媒介，在我們的生活中使用得越來普遍。觸摸屏分為電阻式、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(nèi)核芯片S3C2410觸摸屏接口為基礎(chǔ)，通過外接4線電阻式觸摸屏構(gòu)成硬件基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)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(gè)觸摸屏由模向電阻比和縱向電阻線組成，由nYPON、YMON、nXPON、XMON四個(gè)控制信號控制4個(gè)MOS管（S1、S2、S3、S4）的通斷。S3C2410有8個(gè)模擬輸入通道。其中，通道7作為觸摸屏接口的X坐標(biāo)輸入（圖1的AIN[7]），通道5作為觸摸屏接口的Y坐標(biāo)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(gè)阻容式低通濾器濾除坐標(biāo)信號噪聲。這里的濾波十分重要，如果傳遞給S3C2410模擬輸入接口的信號中干擾過大，不利于后續(xù)的軟件處理。在采樣過程中，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(guān)閉各MOS管，按順序完成X坐標(biāo)點(diǎn)采集和Y坐標(biāo)點(diǎn)采集。
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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(zhuǎn)換模式。觸摸屏控制器包括兩個(gè)控制階段，X坐標(biāo)轉(zhuǎn)換階段和Y坐標(biāo)轉(zhuǎn)換階段。
②X/Y位置自動轉(zhuǎn)換模式。觸摸屏控制器將自動轉(zhuǎn)換X和Y坐標(biāo)。
本文使用X/Y位置自動轉(zhuǎn)換模式。
3 S3C2410觸摸屏編程
由于觸摸屏程序中參數(shù)的選取優(yōu)化需要多次試驗(yàn)，而加入操作系統(tǒng)試驗(yàn)參數(shù)，每次編譯下載耗費(fèi)時(shí)間過多，不易于試驗(yàn)的進(jìn)行，因而我們直接編寫裸機(jī)觸摸屏程序。三星公司開放了S3C2410測試程序2410test(可在三星網(wǎng)站下載)，提供了觸摸屏接口自動轉(zhuǎn)換模式的程序范例ts_auto.c,見本刊網(wǎng)站adivasplayground.com收集整理。本文在此范例的基礎(chǔ)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。
針對坐標(biāo)點(diǎn)采樣時(shí)產(chǎn)生的噪聲，本文采用噪聲濾波算法，編寫了相應(yīng)的噪聲濾波程序，濾除干擾采樣點(diǎn)。整個(gè)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為自動轉(zhuǎn)換模式。其中寄存器ADCDLY的值需要根據(jù)具體的試驗(yàn)選取，可運(yùn)行本文提供的程序看畫線的效果來選取具體的參數(shù)。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賦值為Touch_Down，否則賦值為Touch_Up。
初始化脈寬調(diào)制計(jì)時(shí)器（PWM TIMER），選擇計(jì)時(shí)器4為時(shí)鐘，定義10ms中斷1次，提供觸摸屏采樣時(shí)間基準(zhǔn)，即10ms觸摸屏采樣1次。計(jì)數(shù)器中斷處理程序Timer4Intr中判斷Flag_Touch被賦值為Touch_Down，則給全局變量gTouchStartSample置位，以控制觸摸屏采樣。
之后清除觸摸屏中斷和計(jì)時(shí)器中斷屏蔽位，接受中斷響應(yīng)，同時(shí)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。
3．2 觸摸屏采樣程序
如果gTouchStartSample為TRUE，觸摸屏接口開始對坐標(biāo)X和Y的模擬量進(jìn)行采樣，根據(jù)試驗(yàn)選取適合的的采集次數(shù)。本文中使用9次采集，分別記入到ptx[TouchSample]和pty[TouchSample]數(shù)組中，TouchSample為采集次數(shù)。
為了減少運(yùn)算量，將ptx[]和pty[]分別分三組取平均值，存儲在px[3]和py[3]中。這里以處理X坐標(biāo)為例：
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(jì)算以上三組數(shù)據(jù)的差值：
dlXDiff0=px[0]-px[1];
dlXDiff1=px[1]-px[2];
dlXDiff2=px[2]-px[0];
然后對上述差值取絕對值，所得結(jié)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(jì)算的色對差值是否都超過差值門限，如果這3個(gè)絕對差值都超過門限值，判定這次采樣點(diǎn)為野點(diǎn)，拋棄采樣點(diǎn)，程序返回等待下次采樣。其中的差值門限需要根據(jù)試驗(yàn)測試得到，本文取值為2。
找出其中絕對差值最小的2組數(shù)據(jù)，再將它們作平均，同時(shí)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);
}
圖3
函數(shù)Touch_Coordinate Conversion完成觸摸屏采樣值轉(zhuǎn)換成顯示坐標(biāo)，根據(jù)不同的硬件有不同的轉(zhuǎn)換方法。本觸摸屏采樣坐標(biāo)及顯示坐標(biāo)如圖4、圖5所示。其中TOUCH_MAX_X和TOUCH_MIN_X是觸摸屏X坐標(biāo)采樣值的最大和最小值；Y坐標(biāo)同理。可以運(yùn)行本文程序，同時(shí)使用觸摸筆在觸摸屏的4個(gè)角取得最大最小采樣值。這里使用的是320×240的TFT屏，所以TOUCH_X值為320。下面是X坐標(biāo)的轉(zhuǎn)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 坐標(biāo)濾波程序
坐標(biāo)濾波程序Touch_Pen_filtering，考慮人機(jī)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(xù)滑過；
*觸摸筆在觸摸屏上有大幅度的跳躍。
假設(shè)三次連續(xù)采樣時(shí)刻為T1、T2、T3（T3>T2>T1），采樣間隔為10ms。由于采樣間隔遠(yuǎn)小于人的反應(yīng)時(shí)間，所以在前兩種操作模式下，如果采樣點(diǎn)有效，將T1和T3時(shí)刻的采樣值作平均。其平均值和T2時(shí)刻的采樣值比較一般不會大于某個(gè)門限，否則判定此次采樣點(diǎn)為野點(diǎn)。而對于第三種模式下，采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)會有很大的跳變。跳變過程中的數(shù)據(jù)是不穩(wěn)定的，雖然記入了數(shù)據(jù)，但被判定成無效的采樣點(diǎn)，所以需要在程序中定義一個(gè)靜態(tài)數(shù)組x[2]記錄相鄰的兩次采樣數(shù)據(jù)。只有當(dāng)前后數(shù)據(jù)持續(xù)穩(wěn)定一段時(shí)間，才認(rèn)為這時(shí)的采樣點(diǎn)有效。程序中使用的間隔門限FILTER_LIMIT是需要經(jīng)過試驗(yàn)來選取的。這里只給出X坐標(biāo)的濾波過程。
//*px為T3時(shí)刻的采樣值，count是記錄連續(xù)有效采樣點(diǎn)次數(shù)的靜態(tài)變量，標(biāo)志當(dāng)前數(shù)據(jù)持續(xù)穩(wěn)定時(shí)間，一旦發(fā)現(xiàn)大于//FILTER_LIMIT,count的值又要從0開始計(jì)數(shù)。
Int Touch_Pen_filtering(int *px){
BOOL retVal;
Static int count=0;
count++;
//如果連續(xù)有效采樣點(diǎn)次數(shù)大于2次，開始進(jìn)行濾波算法
if(count>2){
count=2;
//將T3時(shí)刻采樣值和T1時(shí)刻采樣值作平均
TmpX=(x[0]+*px)/2;
//計(jì)算平均值和T2時(shí)刻采樣值的差值
dx=(x[1]>TmpX)?(x[1]-TmpX):(TmpX-x[1]);
//如果差值大于門限值，說明T3的采樣值無效，判為野點(diǎn)返回值為FALSE。為了避免過大的跳躍，認(rèn)為觸摸筆坐標(biāo)沿變，使用T2時(shí)刻采樣值來代替本次采樣點(diǎn)，同時(shí)靜態(tài)變量x[]中的數(shù)據(jù)不變，count重新開始記錄連續(xù)有效采樣點(diǎn)次數(shù)
if((dx>FIL TER_LIMIT)){
*px=x[1];
retVal=FLASE;
count=0;
}
//否則采樣點(diǎn)有效返回值為TRUE，將T3的采樣點(diǎn)記入到x[1]中，T2的采樣點(diǎn)移到x[0]中
else{
x[0]=x[1];
x[1]=*px;
retVal=TRUE;
}
}
else{
//連續(xù)有效采樣次數(shù)小于2，將T3的采樣值記入到x[1]，T2的采樣值移動到x[0]，并不進(jìn)行濾波處理
x[0]=x[1];
x[1]=*px;
retVal=FLASE;
}
return retVal;
}
3．4 后續(xù)處理
經(jīng)過上述的篩選和濾波，如果被判定采樣值有效，則將其濾波值送給操作系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理，否則程序返回，等待下一次采樣。在2410 test程序中，可以結(jié)合LCD的畫點(diǎn)函數(shù)，將有效的采樣點(diǎn)在LCD上畫出，以此檢驗(yàn)參數(shù)設(shè)置是否合理。
結(jié)語
本文以三星公司ARM9內(nèi)核芯片S3C2410和4線電阻式觸摸屏為硬件基礎(chǔ)。基于此硬件結(jié)構(gòu)，開發(fā)了觸摸屏畫圖板程序。通過軟件濾波，提高了系統(tǒng)性能，得到了很好的處理效果，有很強(qiáng)的實(shí)用性。用此算法實(shí)現(xiàn)的Windows CE觸摸屏驅(qū)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(shí)現(xiàn)，可以方便地移植到任何操作系統(tǒng)上。
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