摘要：給出S3C2410上觸摸屏的實現(xiàn)原理、硬件結(jié)構(gòu)和軟件程序；對軟件進行優(yōu)化，改進軟件濾波的實現(xiàn)方法。其算法使用C語言實現(xiàn)，可移植到任何操作系統(tǒng)的觸摸屏驅(qū)動程序中。

引言

隨著個人數(shù)字助理（PDA）、瘦容戶機等的普及，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。整個觸摸屏由模向電阻比和縱向電阻線組成，由nYPON、YMON、nXPON、XMON四個控制信號控制4個MOS管（S1、S2、S3、S4）的通斷。S3C2410有8個模擬輸入通道。其中，通道7作為觸摸屏接口的X坐標輸入（圖1的AIN[7]），通道5作為觸摸屏接口的Y坐標輸入（圖1的AIN[5]）。電路如圖2所示。在接入S3C2410觸摸屏接口前，它們都通過一個阻容式低通濾器濾除坐標信號噪聲。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坐標點采集和Y坐標點采集。

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控制階段，X坐標轉(zhuǎn)換階段和Y坐標轉(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。

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，而加入操作系統(tǒng)試驗參數(shù)，每次編譯下載耗費時間過多，不易于試驗的進行，因而我們直接編寫裸機觸摸屏程序。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www.dpj.com.cn。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。

針對坐標點采樣時產(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。整個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)具體的試驗選取，可運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)制計時器（PWM TIMER），選擇計時器4為時鐘，定義10ms中斷1次，提供觸摸屏采樣時間基準，即10ms觸摸屏采樣1次。計數(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時器中斷屏蔽位，接受中斷響應(yīng)，同時計時器開始計時。

3．2 觸摸屏采樣程序

如果gTouchStartSample為TRUE，觸摸屏接口開始對坐標X和Y的模擬量進行采樣，根據(jù)試驗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;

判斷上述計算的色對差值是否都超過差值門限，如果這3個絕對差值都超過門限值，判定這次采樣點為野點，拋棄采樣點，程序返回等待下次采樣。其中的差值門限需要根據(jù)試驗測試得到，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，同時賦值給tmx:

if(dlXDiff0

if(dlXDiff2

tmx=((px[0]+px[2]>>1);

}

else{

tmx=((px[0]+px[1])>>1);

}

}

else if(dlXDiff2

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，根據(jù)不同的硬件有不同的轉(zhuǎn)換方法。本觸摸屏采樣坐標及顯示坐標如圖4、圖5所示。其中TOUCH_MAX_X和TOUCH_MIN_X是觸摸屏X坐標采樣值的最大和最小值；Y坐標同理。可以運行本文程序，同時使用觸摸筆在觸摸屏的4個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 坐標濾波程序

坐標濾波程序Touch_Pen_filtering，考慮人機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)采樣時刻為T1、T2、T3（T3>T2>T1），采樣間隔為10ms。由于采樣間隔遠小于人的反應(yīng)時間，所以在前兩種操作模式下，如果采樣點有效，將T1和T3時刻的采樣值作平均。其平均值和T2時刻的采樣值比較一般不會大于某個門限，否則判定此次采樣點為野點。而對于第三種模式下，采樣點數(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，所以需要在程序中定義一個靜態(tài)數(shù)組x[2]記錄相鄰的兩次采樣數(shù)據(jù)。只有當前后數(shù)據(jù)持續(xù)穩(wěn)定一段時間，才認為這時的采樣點有效。程序中使用的間隔門限FILTER_LIMIT是需要經(jīng)過試驗來選取的。這里只給出X坐標的濾波過程。

//*px為T3時刻的采樣值，count是記錄連續(xù)有效采樣點次數(shù)的靜態(tài)變量，標志當前數(shù)據(jù)持續(xù)穩(wěn)定時間，一旦發(fā)現(xiàn)大于//FILTER_LIMIT,count的值又要從0開始計數(shù)。

Int Touch_Pen_filtering(int *px){

BOOL retVal;

Static int count=0;

count++;

//如果連續(xù)有效采樣點次數(shù)大于2次，開始進行濾波算法

if(count>2){

count=2;

//將T3時刻采樣值和T1時刻采樣值作平均

TmpX=(x[0]+*px)/2;

//計算平均值和T2時刻采樣值的差值

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，判為野點返回值為FALSE。為了避免過大的跳躍，認為觸摸筆坐標沿變，使用T2時刻采樣值來代替本次采樣點，同時靜態(tài)變量x[]中的數(shù)據(jù)不變，count重新開始記錄連續(xù)有效采樣點次數(shù)

if((dx>FIL TER_LIMIT)){

*px=x[1];

retVal=FLASE;

count=0;

}

//否則采樣點有效返回值為TRUE，將T3的采樣點記入到x[1]中，T2的采樣點移到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的畫點函數(shù)，將有效的采樣點在LCD上畫出，以此檢驗參數(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，有很強的實用性。用此算法實現(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語言實現(xiàn)，可以方便地移植到任何操作系統(tǒng)上。