触摸屏的硬件原理.docx

1、触摸屏的硬件原理12.2.1 触摸屏的硬件原理按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为4种：电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。电阻式触摸屏利用压力感应进行控制，包含上下叠合的两个透明层，通常还要用一种弹性材料来将两层隔开。在触摸某点时，两层会在此点接通。四线和八线触摸屏由两层具有相同表面电阻的透明阻性材料组成，五线和七线触摸屏由一个阻性层和一个导电层组成。所有的电阻式触摸屏都采用分压器原理来产生代表X坐标和Y坐标的电压。如图12.4所示，分压器是通过将两个电阻进行串联来实现的。电阻R1连接正参考电压VREF，电阻R2接地。两个电阻连接点处的电压测量值与R2的阻值成正比。

2、为了在电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标，需要对一个阻性层进行偏置：将它的一边接VREF，另一边接地。同时，将未偏置的那一层连接到一个ADC的高阻抗输入端。当触摸屏上的压力足够大，两层之间发生接触时，电阻性表面被分隔为两个电阻。它们的阻值与触摸点到偏置边缘的距离成正比。触摸点与接地边之间的电阻相当于分压器中下面的那个电阻。因此，在未偏置层上测得的电压与触摸点到接地边之间的距离成正比。四线触摸屏包含两个阻性层。其中一层在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线，另一层在屏幕的底部和顶部各有一条水平总线，如图12.5所示。为了在X轴方向进行测量，将左侧总线偏置为0V，右侧总线偏置为VREF。将顶部或底部总

3、线连接到ADC，当顶层和底层相接触时即可作一次测量。为了在Y轴方向进行测量，将顶部总线偏置为VREF，底部总线偏置为0V。将ADC输入端接左侧总线或右侧总线，当顶层与底层相接触时即可对电压进行测量。 图12.4 电阻触摸屏分压 图12.5 四线电阻式触摸屏S3C2410接4线电阻式触摸屏的电路原理如图12.6所示。S3C2410提供了nYMON、YMON、nXPON和XMON直接作为触摸屏的控制信号，它通过连接FDC6321场效应管触摸屏驱动器控制触摸屏。输入信号在经过阻容式低通滤器滤除坐标信号噪声后被接入S3C2410内集成的ADC（模数转换器）的模拟信号输入通道AIN5、AIN7。 图12

4、.6 S3C2410连接4线电阻式触摸屏S3C2410内置了一个8信道的10位ADC，该ADC能以500KS/S的采样速率将外部的模拟信号转换为10位分辨率的数字量。因此，ADC能与触摸屏控制器协同工作，完成对触摸屏绝对地址的测量。S3C2410的ADC和触摸屏接口可工作于5种模式，分别如下。1普通转换模式（Normal Converson Mode）普通转换模式（AUTO_PST = 0，XY_PST = 0）用来进行一般的ADC转换，例如通过ADC测量电池电压等。2独立X/Y位置转换模式（Separate X/Y Position Conversion Mode）独立X/Y轴坐标转换模式其

5、实包含了X轴模式和Y轴模式。为获得X、Y坐标，需首先进行X轴的坐标转换（AUTO_PST = 0，XY_PST = 1），X轴的转换资料会写到ADCDAT0寄存器的XPDAT中，等待转换完成后，触摸屏控制器会产生INT_ADC中断。然后，进行Y轴的坐标转换（AUTO_PST = 0，XY_PST = 2），Y轴的转换资料会写到ADCDAT1寄存器的YPDAT中，等待转换完成后，触摸屏控制器也会产生INT_ADC中断。3自动（连续）X/Y位置转换模式（Auto X/Y Position Conversion Mode）自动（连续）X/Y位置转换模式（AUTO_PST = 1，XY_PST = 0

6、）运行方式是触摸屏控制自动转换X位置和Y位置。触摸屏控制器在ADCDAT0的XPDATA位写入X测定数据，在ADCDAT1的YPADATA位写入Y测定数据。自动（连续）位置转换后，触摸屏控制器产生INT_ADC中断。4等待中断模式（Wait for Interrupt Mode）当触摸屏控制器等待中断模式时，它等待触摸屏触点信号的到来。当触点信号到来时，控制器产生INT_TC中断信号。然后，X位置和Y位置能被适当地转换模式（独立X/Y位置转换模式或自动X/Y位置转换模式）读取到。5待机模式（Standby Mode）当ADCCON寄存器的STDBM位置1时，待机模式被激活。在这种模式下，A/D

7、转换动作被禁止，ADCDAT0的XPDATA位和ADXDATA1的YPDAT保留以前被转换的数据。12.2.2 触摸屏设备驱动中数据结构触摸屏设备结构体的成员与按键设备结构体的成员类似，也包含一个缓冲区，同时包括自旋锁、等待队列和fasync_struct指针，如代码清单12.12所示。代码清单12.12 触摸屏设备结构体1 typedef struct2 3 unsigned int penStatus; /* PEN_UP, PEN_DOWN, PEN_SAMPLE */4 TS_RET bufMAX_TS_BUF; /* 缓冲区 */5 unsigned int head, tail;

8、/* 缓冲区头和尾 */6 wait_queue_head_t wq; /*等待队列*/7 spinlock_t lock;8 #ifdef USE_ASYNC9 struct fasync_struct *aq;10 #endif11 struct cdev cdev;12 TS_DEV;触摸屏结构体中包含的TS_RET值的类型定义如代码清单12.13所示，包含X、Y坐标和状态（PEN_DOWN、PEN_UP）等信息，这个信息会在用户读取触摸信息时复制到用户空间。代码清单12.13 TS_RET结构体1 typedef struct 2 3 unsigned short pressure;/

9、PEN_DOWN、PEN_UP4 unsigned short x;/x坐标5 unsigned short y;/y坐标6 unsigned short pad;7 TS_RET;在触摸屏设备驱动中，将实现open()、release()、read()、fasync()和poll()函数，因此，其文件操作结构体定义如代码清单12.14所示。代码清单12.14 触摸屏驱动文件操作结构体1 static struct file_operations s3c2410_fops =2 3 owner: THIS_MODULE,4 open: s3c2410_ts_open, /打开5 read: s

10、3c2410_ts_read, /读坐标6 release:7 s3c2410_ts_release,8 #ifdef USE_ASYNC9 fasync: s3c2410_ts_fasync, / fasync()函数10 #endif11 poll: s3c2410_ts_poll,/轮询12 ;12.2.3 触摸屏驱动中的硬件控制代码清单12.15中的一组宏用于控制触摸屏和ADC进入不同的工作模式，如等待中断、X/Y位置转换等。代码清单12.15 触摸屏和ADC硬件控制1 #define wait_down_int() ADCTSC = DOWN_INT | XP_PULL_UP_EN

11、|2 XP_AIN | XM_HIZ | YP_AIN | YM_GND | 3 XP_PST(WAIT_INT_MODE); 4 #define wait_up_int() ADCTSC = UP_INT | XP_PULL_UP_EN | XP_AIN |5 XM_HIZ |YP_AIN | YM_GND | XP_PST(WAIT_INT_MODE); 6 #define mode_x_axis() ADCTSC = XP_EXTVLT | XM_GND | YP_AIN 7 | YM_HIZ |XP_PULL_UP_DIS | XP_PST(X_AXIS_MODE); 8 #defin

12、e mode_x_axis_n() ADCTSC = XP_EXTVLT | XM_GND | YP_AIN | 9 YM_HIZ |XP_PULL_UP_DIS | XP_PST(NOP_MODE); 10 #define mode_y_axis() ADCTSC = XP_AIN | XM_HIZ | YP_EXTVLT 11 | YM_GND |XP_PULL_UP_DIS | XP_PST(Y_AXIS_MODE); 12 #define start_adc_x() ADCCON = PRESCALE_EN | PRSCVL(49) | 13 ADC_INPUT(ADC_IN5) |

13、ADC_START_BY_RD_EN | 14 ADC_NORMAL_MODE; 15 ADCDAT0; 16 #define start_adc_y() ADCCON = PRESCALE_EN | PRSCVL(49) | 17 ADC_INPUT(ADC_IN7) | ADC_START_BY_RD_EN | 18 ADC_NORMAL_MODE; 19 ADCDAT1; 20 #define disable_ts_adc() ADCCON &= (ADCCON_READ_START); 12.2.4 触摸屏驱动模块加载和卸载函数在触摸屏设备驱动的模块加载函数中，要完成申请设备号、添加c

14、dev、申请中断、设置触摸屏控制引脚（YPON、YMON、XPON、XMON）等多项工作，如代码清单12.16所示。代码清单12.16 触摸屏设备驱动的模块加载函数1 static int _init s3c2410_ts_init(void)2 3 int ret;4 tsEvent = tsEvent_dummy;5 ./申请设备号，添加cdev6 7 /* 设置XP、YM、YP和YM对应引脚 */8 set_gpio_ctrl(GPIO_YPON);9 set_gpio_ctrl(GPIO_YMON);10 set_gpio_ctrl(GPIO_XPON);11 set_gpio_ctr

15、l(GPIO_XMON);12 13 /* 使能触摸屏中断 */14 ret = request_irq(IRQ_ADC_DONE, s3c2410_isr_adc, 15 SA_INTERRUPT, DEVICE_NAME,s3c2410_isr_adc);16 if (ret)17 goto adc_failed;18 ret = request_irq(IRQ_TC, s3c2410_isr_tc, SA_INTERRUPT, 19 DEVICE_NAME,s3c2410_isr_tc);20 if (ret)21 goto tc_failed;22 23 /*置于等待触点中断模式*/2

16、4 wait_down_int();25 26 printk(DEVICE_NAME initializedn);27 28 return 0;29 tc_failed: 30 free_irq(IRQ_ADC_DONE, s3c2410_isr_adc);31 adc_failed: 32 return ret;33 在触摸屏设备驱动的模块卸载函数中，要完成释放设备号、删除cdev、释放中断等工作，如代码清单12.17所示。代码清单12.17 触摸屏设备驱动模块卸载函数1 static void _exit s3c2410_ts_exit(void)2 3 ./释放设备号，删除cdev4 f

17、ree_irq(IRQ_ADC_DONE, s3c2410_isr_adc);5 free_irq(IRQ_TC, s3c2410_isr_tc);6 12.2.5 触摸屏驱动中断、定时器处理程序由12.2.1小节对触摸屏和ADC模式的分析，可知触摸屏驱动中会产生两类中断，一类是触点中断（INT-TC），一类是X/Y位置转换中断（INT-ADC）。在前一类中断发生后，若之前处于PEN_UP状态，则应该启动X/Y位置转换。另外，将抬起中断也放在INT-TC处理程序中，它会调用tsEvent()完成等待队列和信号的释放，如代码清单12.18所示。代码清单12.18 触摸屏设备驱动的触点/抬起中断处

18、理程序1 static void s3c2410_isr_tc(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *reg)2 3 spin_lock_irq(&(tsdev.lock);4 if (tsdev.penStatus = PEN_UP)5 6 start_ts_adc(); /开始X/Y位置转换7 8 else9 10 tsdev.penStatus = PEN_UP;11 DPRINTK(PEN UP: x: %08d, y: %08dn, x, y);12 wait_down_int();/置于等待触点中断模式13 tsEvent();14 15 s

19、pin_unlock_irq(&(tsdev.lock);16 当X/Y位置转换中断发生后，应读取X、Y的坐标值，填入缓冲区，如代码清单12.19所示。代码清单12.19 触摸屏设备驱动X/Y位置转换中断处理程序1 static void s3c2410_isr_adc(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *reg)2 3 spin_lock_irq(&(tsdev.lock);4 if (tsdev.penStatus = PEN_UP)5 s3c2410_get_XY(); /读取坐标6 #ifdef HOOK_FOR_DRAG7 else8 s3c

20、2410_get_XY();9 #endif10 spin_unlock_irq(&(tsdev.lock);11 上述程序中调用的s3c2410_get_XY()用于获得X、Y坐标，它使用代码清单12.15的硬件操作宏实现，如代码清单12.20所示。代码清单12.20 触摸屏设备驱动中获得X、Y坐标1 static inline void s3c2410_get_XY(void)2 3 if (adc_state = 0)4 5 adc_state = 1;6 disable_ts_adc(); /禁止INT-ADC7 y = (ADCDAT0 &0x3ff); /读取坐标值8 mode_y

21、_axis();9 start_adc_y(); /开始y位置转换10 11 else if (adc_state = 1)12 13 adc_state = 0;14 disable_ts_adc(); /禁止INT-ADC15 x = (ADCDAT1 &0x3ff); /读取坐标值16 tsdev.penStatus = PEN_DOWN;17 DPRINTK(PEN DOWN: x: %08d, y: %08dn, x, y);18 wait_up_int(); /置于等待抬起中断模式19 tsEvent();20 21 代码清单12.18、12.20中调用的tsEvent最终为tsE

22、vent_raw()，这个函数很关键，当处于PEN_DOWN状态时调用该函数，它会完成缓冲区的填充、等待队列的唤醒以及异步通知信号的释放；否则（处于PEN_UP状态），将缓冲区头清0，也唤醒等待队列并释放信号，如代码清单12.21所示。代码清单12.21 触摸屏设备驱动的tsEvent_raw()函数1 static void tsEvent_raw(void)2 3 if (tsdev.penStatus = PEN_DOWN)4 5 /*填充缓冲区*/6 BUF_HEAD.x = x;7 BUF_HEAD.y = y;8 BUF_HEAD.pressure = PEN_DOWN;9 10

23、#ifdef HOOK_FOR_DRAG11 ts_timer.expires = jiffies + TS_TIMER_DELAY;12 add_timer(&ts_timer);/启动定时器13 #endif14 15 else16 17 #ifdef HOOK_FOR_DRAG18 del_timer(&ts_timer);19 #endif20 21 /*填充缓冲区*/22 BUF_HEAD.x = 0;23 BUF_HEAD.y = 0;24 BUF_HEAD.pressure = PEN_UP;25 26 27 tsdev.head = INCBUF(tsdev.head, MAX

24、_TS_BUF);28 wake_up_interruptible(&(tsdev.wq); /唤醒等待队列29 30 #ifdef USE_ASYNC31 if (tsdev.aq)32 kill_fasync(&(tsdev.aq), SIGIO, POLL_IN);/异步通知33 #endif34 在包含了对拖动轨迹支持的情况下，定时器会被启用，周期为10ms，在每次定时器处理函数被引发时，调用start_ts_adc()开始X/Y位置转换过程，如代码清单12.22所示。代码清单12.22 触摸屏设备驱动的定时器处理函数1 #ifdef HOOK_FOR_DRAG2 static voi

25、d ts_timer_handler(unsigned long data)3 4 spin_lock_irq(&(tsdev.lock);5 if (tsdev.penStatus = PEN_DOWN)6 7 start_ts_adc(); /开始X/Y位置转换8 9 spin_unlock_irq(&(tsdev.lock);10 11 #endif12.2.6 触摸屏设备驱动的打开、释放函数在触摸屏设备驱动的打开函数中，应初始化缓冲区、penStatus和定期器、等待队列及tsEvent时间处理函数指针，如代码清单12.23所示。代码清单12.23 触摸屏设备驱动的打开函数1 stat

26、ic int s3c2410_ts_open(struct inode *inode, struct file *filp)2 3 tsdev.head = tsdev.tail = 0;4 tsdev.penStatus = PEN_UP;/初始化触摸屏状态为PEN_UP5 #ifdef HOOK_FOR_DRAG /如果定义了拖动钩子函数6 init_timer(&ts_timer);/初始化定时器7 ts_timer.function = ts_timer_handler;8 #endif9 tsEvent = tsEvent_raw;10 init_waitqueue_head(&(t

27、sdev.wq);/初始化等待队列11 12 return 0;13 触摸屏设备驱动的释放函数非常简单，删除为用于拖动轨迹所使用的定时器即可，如代码清单12.24所示。代码清单12.24 触摸屏设备驱动的释放函数1 static int s3c2410_ts_release(struct inode *inode, struct file *filp)2 3 #ifdef HOOK_FOR_DRAG4 del_timer(&ts_timer);/删除定时器5 #endif6 return 0;7 12.2.7 触摸屏设备驱动的读函数触摸屏设备驱动的读函数实现缓冲区中信息向用户空间的复制，当缓冲

28、区有内容时，直接复制；否则，如果用户阻塞访问触摸屏，则进程在等待队列上睡眠，否则，立即返回-EAGAIN，如代码清单12.25所示。代码清单12.25 触摸屏设备驱动的读函数1 static ssize_t s3c2410_ts_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count,2 loff_t *ppos)3 4 TS_RET ts_ret;5 6 retry:7 if (tsdev.head != tsdev.tail) /缓冲区有信息8 9 int count;10 count = tsRead(&ts_ret);11 if (coun

29、t)12 copy_to_user(buffer, (char*) &ts_ret, count);/复制到用户空间13 return count;14 15 else16 17 if (filp-f_flags &O_NONBLOCK) /非阻塞读18 return - EAGAIN;19 interruptible_sleep_on(&(tsdev.wq); /在等待队列上睡眠20 if (signal_pending(current)21 return - ERESTARTSYS;22 goto retry;23 24 25 return sizeof(TS_RET);26 12.2.8

30、 触摸屏设备驱动的轮询与异步通知在触摸屏设备驱动中，通过s3c2410_ts_poll()函数实现了轮询接口，这个函数的实现非常简单。它将等待队列添加到poll_table，当缓冲区有数据时，返回资源可读取标志，否则返回0，如代码清单12.26所示。代码清单12.26 触摸屏设备驱动的poll()函数1 static unsigned int s3c2410_ts_poll(struct file *filp, struct poll_table_struct *wait)2 3 poll_wait(filp, &(tsdev.wq), wait);/添加等待队列到poll_table4 return (tsdev.head = tsdev.tail) ? 0 : (POLLIN | POLLRDNORM); 5 而为了实现触摸屏设备驱动对应用程序的异步通知，设备驱动中要实现s3c2410_ts_fasync()函数，这个函数与第9章给出的模板完全一样，如代码清单12.27所示。代码清单12.27 触摸屏设备驱动的fasync()函数1 #ifdef USE_ASYNC2 static int s3c2410_ts_fasync(int fd, struct file *f