JZ2440 裸机驱动 第14章 ADC和触摸屏接口

本章目标：

    了解S3C2410/S3C2440和触摸屏的结构；

    了解电阻触摸屏的工作原理和等效电路图；

    了解S3C2410/S3C2440触摸屏控制器的多种工作模式；

    掌握S3C2410/S3C2440 ADC和触摸屏的编程方法；

14.1 ADC和触摸屏硬件介绍及使用

14.1.1 S3C2410/S3C2440 

    S3C2410/S3C2440  的ADC可以接收8个通道的模拟信号输入，并将它们转换

为10位的二进制数据。在2.5MHz的A/D转换时钟下，最大的转化速率可达500K

SPS(SPS:samples per second，每秒的采样次数)。

    S3C2410/S3C2440   都提供触摸屏的接口，不过它们有所不同。S3C2410的

触摸屏接口向外提供4个控制信号引脚(nYPON、YMON、nXPON、XMON)和2

个模拟信号输入引脚(AIN[7]、AIN[5])，这6个引脚通过4个晶体管与触摸屏的4个

引脚相连。而S3C2440提供了与触摸屏直接连接的4个引脚，不需要外接晶体管。

    S3C2410/S3C2440 ADC和触摸屏接口有如下特性：

        ·分辨率：10位；

        ·微分线性度误差：±1.0LSB；

        ·积分线性度误差：±2.0LSB；

        ·最大转换速率    ：500KSPS；

        ·低功耗；

        ·供电电压            ：3.3V；

        ·输入模拟电压范围：0~3.3V；

        ·片上采样保持功能；

        ·普通转换模式；

·分离的x/y轴坐标转换模式；

        ·自动(连续)x/y轴坐标转换模式；

        ·等待中断模式。

    ADC和触摸屏接口结构如图14.1、14.2所示。

     从图14.1、14.2可知，ADC和触摸屏接口只有一个ADC转换器，可以通过设置寄存器来选择对

哪路模拟信号(多大8路)进行采样。图中有两个中断信号：INT_ADC、INT_TC，前者表示A/D转换

器已经转换完毕，后者表示触摸屏被按下了。

    对于S3C2410，在使用触摸屏时，AIN[7]和AIN[5]被用来测量XP、YP的电平，只剩下AIN[6]、

AIN[4:0]共6个引脚用于一般的ADC输入。

    对于S3C2440，在使用触摸屏时，引脚XP、XM、YP、YM被用于和触摸屏直接相连，只剩下

AIN[3:0]共4个引脚用于一般的ADC输入。

    当不使用触摸屏时，XP、XM、YP、YM这4个引脚也可以用于一般的ADC输入。

    S3C2410与触摸屏的连接比S3C2440复杂，需要增加几个外接晶体管，如图14.3所示。

14.1.2 S3C2410/S3C2440 ADC接口的使用方法

    ADC的启动方式有两种：手工启动、读结果时就自动地启动下一次转换。也有两种方法获

知当前转换是否结束：查询状态位、转换结束时发出中断。

    ADC的操作只涉及到3个寄存器：ADCCON、ADCTSC、ADCDAT0。下面介绍它们的用

法，有关触摸屏的数据位将在14.1.3小节介绍。

    这两个寄存器的格式如表14.1、14.2所示。

 

 

     ADC的使用分为4个步骤：

（1）设置ADCCON寄存器，选择输入信号通道，设置A/D转换器的时钟。

    使能A/D转换器时钟的预分频功能时，A/D时钟的计算公式如下：

        A/D时钟 = PCLK / (PRSCVL + 1);

    注意：A/D时钟最大为2.5MHz，并且应该小于PCLK的1/5.

（2）设置ADCTSC寄存器，使用设为普通转换模式，不使用触摸屏功能。

    ADCTSC寄存器多用于触摸屏，对于普通ADC，使用它的默认值即可，或设置其位[2]

为0。ADCTSC寄存器的格式在14.13小节介绍。

（3）设置ADCCON寄存器，启动A/D转换。

    如果设置READ_START位，则读转换数据(读ADCDAT0寄存器)时即启动下一次

转换；否则，可以通过设置ENABLE_START位来启动AD转换。

（4）转换结束时，读取ADCDAT0寄存器获得数值。

    如果使用查询方式，则可以不断读取ADCCON寄存器的ECFLG位来确定转换是否结束；

否则可以使用INT_ADC中断，发生INT_ADC中断时表示转换结束。

14.1.3 触摸屏原理及接口

1. 电阻触摸屏原理

    触摸屏的种类有很多，比如超声波触摸屏、红外触摸屏、电容触摸屏、电阻触摸屏等。

电阻触摸屏由于造价低廉，在电气上可以直接接入用户的系统中而得到大量使用。电阻

触摸屏有几种类型，比如“四线”、“五线”和“八线”。线越多，精度就越高，温度漂移也越

少，但基本的操作是一样的。它本质上是个电阻分压器，将矩形区域中触摸点(x、y)的物

理位置转换为代表x坐标和y坐标的电压。

    S3C2410/S3C2440 的触摸屏接口可以驱动四线电阻触摸屏，四线电阻触摸屏的等效

电路如图14.4所示。图中粗线表示相互绝缘的两层导电层，当按压时，它们在触电处相连；

不同的触点在x、y方向上的分压值不同，将这两个分压值经过A/D转换后即可得到x、y坐标。

    下面根据其等效电路说明触摸屏的工作过程。

（1）平时触摸屏没有被按下时，等效电路如图14.5所示。

     S4、S5闭合，S1、S2、S3断开，即YM接地、XP上拉、XP和YP作为模拟输入(对CPU而

言)、XM高阻。

    平时触摸屏没有按下时，由于上拉电阻的关系，Y_ADC为高电平：当x轴和y轴受挤压而接触

导通后，Y_ADC的电压由于连通道y轴接地而变为低电平，此低电平可作为中断触发信号来通知

CPU发生“Pen Down”事件，在S3C2410/S3C2440中，称为等待中断模式。

（2）采样X_ADC电压，得到x坐标，等效电路如图14.6所示。

     S1、S3闭合，S2、S4、S5断开，即XP接上电源、XM接地、YP作为模拟输入(对CPU

而言)、YM高阻、XP禁止上拉。这时，YP即X_ADC就是x轴的分压点，进行AD转换后

就得到x坐标。

（3）采样Y_ADC电压，得到y坐标，等效电路如图14.7所示。

     S2、S4闭合，S1、S3、S5断开，即YP接电源、YM接地、XP作为模拟输入(对CPU

而言)、XM高阻、XP禁止上拉。这时，XP即Y_ADC就是y轴的分压点，进行AD转换后

就得到y坐标。

2.S3C2410/S3C2440触摸屏接口

    与上面描述的触摸屏工作过程的3个步骤对应，触摸屏控制器也有4种工作模式。

（1）等待中断模式(Waiting for Interrupt Mode)

    设置ADCTSC寄存器位0xD3即可令触摸屏控制器处于这种模式。这时，它在等待触摸

屏被按下。当触摸屏被按下时，触摸屏控制器将发出INT_TC中断信号，此时触摸屏控制

器要转入以下两种工作模式中的一种，以读取x、y坐标。

    对于S3C2410，当触摸屏被按下或松开时，都产生INT_TC中断信号。

    对于S3C2440，可以设置ADCTSC寄存器的位[8]为0或1，表示等待按下中断或松开中断。

（2）分离的x/y轴坐标转换模式(Separate X/Y Position Conversion Mode)

    这分别对应上述触摸屏工作过程的第2、3步骤。设置ADCTSC寄存器为0x69进入x轴

坐标转换模式，x坐标值转换完毕后被写入ADCDAT0，然后发出INT_ADC中断；相似地，

设置ADCTSC寄存器位0x9a进入y轴坐标转换模式，y坐标值转换完毕后被写入ADCDAT1，

然后发出INT_ADC中断。

 （3）自动(连续)x/y轴坐标转换模式

    上述触摸屏的工作过程2、3可以合并成一个步骤，设置ADCTSC寄存器为0x0C，进入

自动x/y轴坐标转换模式，触摸屏控制器就会自动转换触摸点的x、y坐标值，并分别写入

ADCDAT0、ADCDAT1寄存器中，然后发出INT_ADC中断。

（4）普通转换模式

    不使用触摸屏时，触摸屏控制器处于这种模式。在这种模式下，可以通过设置ADCCON

寄存器启动普通的A/D转换，转换完成时数据被写入ADCDAT0寄存器中。

    14.1.2小节讲述ADC接口就是工作于这种模式。

    ADCTSC寄存器被用来选择触摸屏的工作模式，它的格式如表14.3所示。

     注意：① 处于等待中断模式时，XP_SEN必须设为1(XP接模拟输入)、PULL_UP必须设为0(使能上拉)。

                 ② AUTO_PST设为1时，必须处于自动x/y轴坐标转换模式下。

    对于S3C2410，当触摸屏控制器处于等待中断模式时，触摸屏被按下时可以不断发出INT_TC

中断信号以便进入自动x/y轴坐标转换模式转换x、y坐标。发出中断信号的间隔可以通过ADCDLY

寄存器来设置。

    对于S3C2440，当CPU处于休眠模式时，触摸屏被按下时可以不断发出INT_TC中断信号以唤

醒CPU。发出中断信号的间隔可以通过ADCDLY寄存器来设置。

    另外，对于普通转换模式、分离的x/y轴坐标转换模式、自动x/y轴坐标转换模式，都可以通过

ADCDLY寄存器来设置采样的延时时间。

    ADCDLY寄存器格式如表14.4所示，在等待中断模式时，延时时钟为X-tal(3.68MHz)，其他情况

为PCLK，可以如图14.8所示。

     ADCDAT1寄存器的格式如表14.5所示。它与ADCDAT0寄存器格式相似，ADCDAT1

寄存器中保存y坐标值；而ADCDAT0中保存x坐标值或普通AD转换值。

14.2 ADC和触摸屏操作实例

14.2.1 硬件设计

    本开发板中，模拟输入引脚AIN0、AIN1外接可调电阻器，电路图如图14.9所示。

     图中两个电阻可调，程序将通过AIN0、AIN1这两个通道采集、转换电压值。

    触摸屏的接口是标准的，它的电路图如图14.4所示。

14.2.2 程序设计

    本实例程序将提供一个菜单，可以从中选择测试ADC或触摸屏。当测试ADC是，程序

不断测量AIN0、1的电压，并在串口上显示出来。当测试触摸屏时，只是测试触笔按下、

松开的事件，并且把按下时的采集到的x,y坐标打印出来，它们只是原始的数据。

    本实例的源码在/work/hardware/adc_ts目录下，主要文件为adc_ts.c。main.c文件

通过串口输出两个菜单共用户选择是测试ADC还是触摸屏，它们分别对应adc_ts.c中的

Test_ADC、Test_Ts函数。

14.2.3 测试ADC的代码详解

1.ADC主入口函数Test_Adc

    ADC测试函数Test_Adc代码如下：

 行号
 94行  /*
 95行   *测试ADC
 96行   *通过AD转换，测量可变电阻的电压值
 97行   */
 98行  void Test_Adc(void)
 99行  {
 100行    float vo10, vo11;
 101行    int t0, t1;
 102行
 103行    printf("Measuring the voltage of AIN0 and AIN1, press any key to exit\n\r");
 104行    while(!awaitkey())    //串口无输入，则不断测试
 105行    {
 106行        vo10 = ((float)ReadAdc()*3.3)/1024.0;    //计算电压值
 107行        vo11 = ((fooat)ReadAdc()*3.3)/1024.0;    //计算电压值
 108行        t0   = (vo10 - (int)vo10)*;   //计算小数部分，程序中的printf无法打印浮点数
 109行        t1   = (vo11 - (int)voll)*;   //计算小数部分，程序中的printf无法打印浮点数
 110行        printf("AIN0 = %d.%-3dV AIN1 = %d.%-3dV\r", (int)vo10, t0, (int)vo11, t1);
 111行    }
 112行    printf("\n");
 113行 }
 114行

Test_Adc()

    第106、107行先调用ReadAdc函数发起AD转换，返回10位转换数值(最大为1023)；

然后计算实际的电压值。

2.ReadAdc函数：设置、启动ADC，获取转换结果

    ADC操作核心函数ReadAdc，代码如下：

 68行 /*
 69行  *使用查询方式读取AD转换值
 70行  *输入参数：
 71行  *    ch：模拟信号通道，取值为0~7
 72行  */
 73行 static int ReadAdc(int ch)
 74行 {
 75行    //选择模拟通道，使能预分频功能，设置AD转换器时钟 = PCLK/(49+1)
 76行    ADCCON = PRESCALE_EN | PRSCVL() | ADC_INPUT(ch);
 77行
 78行    //清除位[2]，设为普通转换模式
 79行    ADCTSC &= ~( << );
 80行
 81行    //设置位[0]为1，启动AD转换
 82行    ADCCON |= ADC_START;
 83行
 84行    //当AD转换真正开始时，位[0]会自动清0
 85行    while(ADCCON & ADC_START)；
 86行
 87行    //检测位[15]，当它为1时表示转换结束
 88行    while(!(ADCCON & ADC_ENDCVT));
 89行
 90行    //读取数据
 91行    return (ADCDAT0 & 0x3ff);
 92行 }

ReadAdc()

    程序与前面介绍的ADC的4个步骤一一对应。

    （1）第76行选择模拟通道，使能预分频功能，设置AD转换器的时钟。

    本程序中，PCLK为50MHz，所以AD转换器的时钟为50MHz/(49+1) = 1MHz，小于

最大AD时钟2.5MHz。

    （2）第79行参考ADCTSC寄存器格式表14.3。

    （3）ADC的启动方式有两种，如果使用“读启动”(此时ADCCON寄存器位[1]被设为

1)，则读一下ADCDAT0寄存器即可启动；如果使用手动方式，设置ADCCON寄存器位[0]即可

启动。

    （4）第88行循环检测方式，也可以使用中断方式，当AD转换结束时，ADC会发出

INT_ADC中断信号。

    （5）最后，第91行读取ADCDAT0即可得到转换的数据(低10位有效数据)。

14.2.4 测试触摸屏代码详解

    触摸屏的操作稍微复杂，下面将流程图和控制状态转换图合并一起(14.10)，以便

后面的代码分析。

 

1.触摸屏的主入口函数Test_Ts

    Test_Ts函数进行初始化、开启ADC中断之后，就不再参与触摸屏的操作，这都通过中

断服务程序来完成。代码如下：

 187行/*
 188行 *测试触摸屏，打印触点坐标
 189行 */
 190行 void Test_Ts(void)
 191行 {
 192行    isr_handle_array[ISR_ADC_OFT] = AdcTsIntHandle;    //设置ADC中断服务程序
 193行    INTMSK    &= ~BIT_ADC;                             //开启ADC总中断
 194行    INTSUBMSK &= ~(BIT_SUB_TC);               //开启INT_TC中断，即触摸屏按下或松开时产生中断
 195行    INTSUBMSK &= ~(BIT_SUB_ADC);              //开启INT_ADC中断，即AD转换结束时产生中断
 196行
 197行    //使能预分频功能，设置AD转换器的时钟 = PCLK/(49+1)
 198行    ADCCON = PRESCALE_EN | PRSCVL();
 199行
 200行    /*采样延时时间 = (1/3.6864M) * 50000 = 13.65ms
 201行     *即按下触摸屏后，13.5ms后才采样
 202行     */
 203行    ADCDLY = ;
 204行
 205行    wait_down_int();    /*进入“等待中断模式”，等待触摸屏被按下*/
 206行
 207行    printf("Touch the screen to test, press any key to exit\n\r");
 208行    getc();
 209行
 210行    //屏蔽ADC中断
 211行    INTSUBMSK |= BIT_SUB_TC;
 212行    INTSUBMSK |= BIT_SUB_ADC;
 213行    INTMSK    |= BIT_ADC;
 214行 }

Test_Ts()

    第192行设置ADC中断处理函数。

    本程序中，PCLK为50MHz，所以AD转换器的时钟为50MHz/(49+1) = 1MHz，小于最大AD转换时钟2.5MHz。

    第205行调用宏wait_down_int()，令触摸屏控制器进入“等待中断模式”，等待触摸屏被按下。

    wait_down_int()、wait_up_int()、mode_auto_xy()都是宏定义，用于设置触摸屏进入

“等待Pen Down中断模式”、“等待Pen Up中断模式”、“自动x/y轴坐标转换模式”。读者可

以参考14.1.3节的“S3C2410/S3C2440触摸屏接口”理解这些代码。

    需要注意以下几点：

    （1）对于S3C2410，ADCTSC的位[8]属于保留位，只能设为0；

            当处于“等待中断模式”时，无论“Pend Down”中断还是“Pen Up”中断都可以检测到。

    （2）对于S3C2440，ADCTSC的位[8]为0、1时分别表示等待Pen Down中断或Pen Up

中断。

    （3）要进入“自动x/y轴坐标转换模式”，XP、XM、YP、YM的状态不必理会，触摸屏在

采样时会自动控制它们。

    这些宏的定义如下：

/*设置进入等待中断模式，XP_PU、XP_Dis、XM_Dis、YP_Dis、YM_En
 *（1）对于S3C2410，位[8]只能为0，所以只能使用下面的wait_down_int;
 *    它既等待Pen Down中断，也等待Pen Up中断。
 *（2）对于S3C2440，位[8]为0、1时分别表示等待Pen Down中断或Pen Up中断
 */
/*进入“等待中断模式”，等待触摸屏被按下*/
#define wait_down_int()    { ADCTSC = DOWN_INT | XP_PULL_UP_EN | \
                                      XP_AIN | XM_HIZ | YP_AIN | YM_GND | \
                                      XP_PST(WAIT_INT_MODE); }
/*进入“等待中断模式”，等待触摸屏被松开*/
#define wait_up_int()      { ADCTSC = UP_INT   | XP_PULL_UP_EN | \
                                      XP_AIN | XM_HIZ | YP_AIN | YM_GND | \
                                      XP_PST(WAIT_INT_MODE); }

/*进入自动x/y轴坐标转换模式*/
#define mode_auto_xy()     { ADCTSC = CONVERT_AUTO | XP_PULL_UP_DIS | \
                                      XP_PST(NOP_MODE); }

    然后，程序就在第208行等待串口输入，以退出等待。等待期间，完全通过中断来驱

动触摸屏的操作。

    最后，退出时，第211~213行屏蔽ADC中断。

2.触摸屏中断处理函数：转换触摸屏的工作模式

    从图14.10可知，执行Test_Ts函数之后，触摸屏控制器处于“等待Pen Down中断模

式”。这时，如果按下触摸屏，则发生INT_TC中断，进入AdcTsIntHandle中断处理函数。

它很简单，只是判断当前中断是否是INT_TC还是INT_ADC，然后分别调用它们的中断

服务程序，代码如下：

 174行/*
 175行 *ADC,触摸屏的中断服务函数
 176行 *对于INT_TC、INT_ADC中断，分别调用它们的处理程序
 177行 */
 178行 void AdcTsIntHandle(void)
 179行 {
 180行    if(SUBSRCPND & BIT_SUB_TC)
 181行        Isr_Tc();
 182行
 183行    if(SUBSRCPND & BIT_SUB_ADC)
 184行        Isr_Adc();
 185行 }

AdcTsIntHandle()

 INT_TC的中断服务程序Isr_Tc代码如下：

 115行 /*
 116行  *INT_TC的中断服务程序
 117行  *按下时，进入自动x/y轴坐标转换模式
 118行  *松开始，进入等待中断模式，再次等待INT_TC中断
 119行  */
 120行 static void Isr_Tc(void)
 121行 {
 122行    if(ADCDAT0 & 0x8000)                //松开中断
 123行    {
 124行        printf("\nStylus Up!!\n");
 125行        wait_down_int();                /*进入“等待中断模式”，等待按下*/
 126行    }
 127行    else                                //按下中断
 128行    {
 129行        printf("\nStylus Down: ");
 130行
 131行        mode_auto_xy();                /*进入自动x/y轴坐标转换模式*/
 132行
 133行        /*设置位[0]为1，启动AD转换
 134行         *注意：ADCDLY为50000，PCLK = 50MHz
 135行         *     要经过(1/50MHz) * 50000 = 1ms之后才开始转换x坐标
 136行         *     再经过1ms之后才开始转换y坐标
 137行         */
 138行        ADCCON |= ADC_START;
 139行    }
 140行
 141行    //清除INT_TC中断
 142行    SUBSRCPND |= BIT_SUB_TC;
 143行    SRCPND    |= BIT_ADC;
 144行    INTPND    |= BIT_ADC;
 145行 }

Isr_Tc()

    第122行首先判断是按下还是松开中断，如果是松开中断，表示触碰完成。

    第125行中通过wait_down_int()宏令触摸屏控制器进入“等待Pen Down

中断模式”，等待下一次操作。

    如果是按下中断，则在131行通过mode_auto_xy()宏令触摸屏控制器进入

“自动x/y轴坐标转换模式”，然后在138行启动AD转换。也可以使用“分离的x/y

轴坐标转换模式”手动地分别转换x、y坐标。

3. 在ADC中断处理函数中获取x、y坐标

    在“自动x/y轴坐标转换模式”下，x、y坐标都转换完毕之后，产生INT_ADC

中断，进入AdcTsIntHandle中断处理函数，它进而调用INT_ADC的中断服务

程序Isr_Adc，代码如下：

 148行 /*
 149行  *INT_ADC的中断服务程序
 150行  *AD转换结束时发生中断
 151行  *先读取x\y坐标值，再进入等待中断模式
 152行  */
 153行 static void Isr_Adc(void)
 154行 {
 155行    //打印x、y坐标值
 156行    printf("xdata = %4d, ydata = %4d\r\n", (int)(ADCDAT0 & 0x3ff), (int)(ADCDAT1 & 0x3ff));
 157行
 158行    /*判断是2410还是2440*/
 159行    if((GSTATUS1 == 0x32410000) || (GSTATUS1 == 0x32410002))
 160行    {    //S3C2410
 161行        wait_down_int();    /*进入“等待中断模式”，等待触摸屏松开*/
 162行    }
 163行    else
 164行    {    //S3C2440
 165行        wait_up_int();       /*进入“等待中断模式”，等待触摸屏松开*/
 166行    }
 167行
 168行    //清除INT_ADC中断
 169行    SUBSRCPND |= BIT_SUB_ADC;
 170行    SRCPND    |= BIT_ADC;
 171行    INTPND    |= BIT_ADC;
 172行 }

Isr_Adc()

    首先，第156行从ADCDAT0、ADCDAT1寄存器中读出x、y坐标值，并打印出来。

    然后，通过第161或165行(对于S3C2410)或158行(对于S3C2440)令触摸屏控制器

进入“等待Pen Up中断模式”，等待触摸屏松开。

    S3C2410的触摸屏控制器既等待PenDown中断，也等待Pen Up中断；

    S3C2440触摸屏中断器可以分开设置：等待按下或等待松开。

14.2.5 实例测试

    本程序在main函数中通过串口输出一个菜单，用于选择测试ADC或触摸屏。操作步骤

如下：

    （1）使用串口将开发板的COM0和PC的串口相连，打开PC上的串口工具 并设置其波

特率为115200、8N1。

    （2）生成可执行程序，adc_ts_2410或adc_ts_2440，烧入NAND Flash后运行。

               在ADC_TS目录下执行“make”命令，生成adc_ts.bin。

    （3）在PC上串口工具可以看到如下菜单：

        #### Test ADC and Touch Screem ####

        [A] Test ADC

        [B] Test Touch Screen

        Enter your selection:

    （4）输入"A"以测试ADC，可以看到如下字样：

        Measuring the voltage of AIN0 and AIN1，press any key to exit

        AIN0 = 1.102V    AIN1 = 1.108V

        然后使用螺丝刀调整可变电阻ADJ0、ADJ1，可以在串口工具上看到它们的电压值不断变化。

        最后，按任意键退回选择菜单。

    （5）输入“T”以测试触摸屏，可以看到如下字样：

        Touch the screem to test, press any key to exit

        点击触摸屏可以在串口工具上看到触点坐标，可以看到类似下面字样：

        Stylus Down: xdata = 489, ydata =516

        松开触摸屏时可以看到如下提示：

        Stylus Up!!

        最后按任意键返回选择菜单。

        注意：触摸屏的实际使用中还要考虑初始校正、去抖动、拖曳等功能。

附：代码：

链接: https://pan.baidu.com/s/1kV24a9L 密码: tfab