基于C8051F021和ADS7846的触摸屏系统设计
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2020-10-19
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基于基于C8051F021和和ADS7846的触摸屏系统设计的触摸屏系统设计
触摸屏凭借其独特的操作特性，应用日益广泛，它配合微控制器使用，能使嵌入式设备或手持式设备具有更加
良好的人机交互界面，操作更加方便快捷。本文给出了一个基于C8051F021单片机和ADS7846 触摸屏控制器的
触摸屏控制系统的设计方法。
0 引言引言
随着现代电子产品设计技术的不断发展，电子产品的设计，尤其是人机交互界面的设计越来越趋向于人性化。
1 触摸屏工作原理触摸屏工作原理
触摸屏有电阻式、电容式、红外线式、表面声波式等多种。其中电阻式触摸屏是目前应用较为广泛的一种，可分为四线、
五线、七线等几类。其中四线制电阻式触摸屏采用的是四线电阻模拟量技术，即两个阻性层工作时，每层均加有5 V恒定电
压，一个竖直方向，一个水平方向，含四根导线；其特点主要是传输反应快，解析度高，稳定性好，一次校正，不易漂移，比
较适合于工业控制领域，但使用时要注意防止外导电层被划伤。
电阻式触摸屏实际上是一种传感器，它采用分压器原理将矩形区域中的触摸点(X，Y)的物理位置转换为代表X坐标和Y坐
标的电压，图1所示是其原理图。四线制触摸屏一般包含两个阻性层：其中一层在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线，而另一
层在屏幕的底部和顶部各有一条水平总线。为了在X轴方向进行测量，可将左侧总线偏置为0 V，右侧总线偏置为VREF，并将
顶部或底部总线连接到ADC，这样，当两个阻性层相接触时(即有触摸时)即可作一次测量；为了在Y轴方向进行测量，可将底
部总线偏置为0 V，顶部总线偏置为VREF，并将左侧或右侧总线连接到ADC，这样，当两个阻性层相接触时，即可对电压进
行测量；该屏最理想的连接方法是将偏置为 VREF职的总线接在ADC的正参考输入端，而将偏置为OV的总线接在ADC的负参
考输入端。
2 系统的硬件设计与实现系统的硬件设计与实现
2．．1 C8051F021的主要功能特点的主要功能特点
本系统选用性能优良且成本较低的SOC单片机C8051F021作为控制核心。它是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具
有32个数字I／O引脚。其主要的内部资源有8通道12位ADC，2通道12位DAC，4 KB的RAM，64 KB的FLASH，以及硬件实
现的SPI、SMBus／I2C和两个UART串行接口，同时带有时钟振荡器，看门狗定时器，VDD监视器，温度传感器等。其所有
模拟和数字外设均可由IDE软件使能／禁止和配置。同时，它还采用了与8051兼容的CIP－51微控制器内核，因采用流水线结
构，其指令执行速度有了很大的提高。此外，C8051F021还配置了标准的JTAG接口，在IDE软件的支持下，可对安装在最终
产品上的MCU进行非侵入式、全速、在系统调试。该器件的封装为TQFP－64，可在工业温度范围内(－45℃~+85℃)使用
2．7~3．6 V的电压工作。
2．．2 ADS7846的主要功能和特点的主要功能和特点
ADS7846是BB公司生产的一种四线制触摸屏控制器。可广泛应用在电阻式触摸屏系统中。ADS7846的核心是一个具有采
样和保持功能的12位逐次逼近式A／D转换器，其转换速率可达125kHz．且分辨率可编程为8位或12位。该器件不仅具有X、Y
坐标测量功能，还具有电池电压、芯片温度、触摸压力和外模拟量4种测量功能，其工作方式可由控制字决定，片内的6选1模
拟多路开关可根据微控制器送来的命令字来选择6个电压量之一(X+、Y+、Y-、 VBAT、TEMP、AUX-IN)，并将其送入A／D
转换器转换，然后再通过SPI接口将转换值送入微控制器。此外，ADS7846还集成有触摸识别电路，当检测到有触摸时，该电
路会在PENIRQ(笔中断)引脚输出一个低电平信号，并以该信号向微控制器提出测量触点坐标的中断请求。该芯片采用单电源
供电，工作电压为2．2~5．25 V，且内部自带+2．5 V的参考电压。
2．．3 C8051F021和和ADS7846的硬件接口的硬件接口
基于C8051F021单片机和ADS7846触摸屏控制器的触摸屏控制系统的硬件接口电路如图2所示。
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