JZ2440 裸机驱动 第14章 ADC和触摸屏接口
电车怪谈 2017-11-28
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
14.1.1S3C2410/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：
1 行号
2 94行 /*
3 95行 *测试ADC
4 96行 *通过AD转换，测量可变电阻的电压值
5 97行 */
6 98行 void Test_Adc(void)
7 99行 {
8 100行 float vo10, vo11;
9 101行 int t0, t1;
10 102行
11 103行 printf("Measuring the voltage of AIN0 and AIN1, press any key to exit\n\r");
12 104行 while(!awaitkey(0)) //串口无输入，则不断测试
13 105行 {
14 106行 vo10 = ((float)ReadAdc(0)*3.3)/1024.0; //计算电压值
15 107行 vo11 = ((fooat)ReadAdc(1)*3.3)/1024.0; //计算电压值
16 108行 t0 = (vo10 - (int)vo10)*1000; //计算小数部分，程序中的printf无法打印浮点数
17 109行 t1 = (vo11 - (int)voll)*1000; //计算小数部分，程序中的printf无法打印浮点数
18 110行 printf("AIN0 = %d.%-3dV AIN1 = %d.%-3dV\r", (int)vo10, t0, (int)vo11, t1);
19 111行 }
20 112行 printf("\n");
21 113行 }
22 114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：
1 68行 /*
2 69行 *使用查询方式读取AD转换值
3 70行 *输入参数：
4 71行 * ch：模拟信号通道，取值为0~7
5 72行 */
6 73行 static int ReadAdc(int ch)
7 74行 {
8 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)
9 76行 ADCCON = PRESCALE_EN | PRSCVL(49) | ADC_INPUT(ch);
10 77行
11 78行 //清除位[2]，设为普通转换模式
12 79行 ADCTSC &= ~(1 << 2);
13 80行
14 81行 //设置位[0]为1，启动AD转换
15 82行 ADCCON |= ADC_START;
16 83行
17 84行 //当AD转换真正开始时，位[0]会自动清0
18 85行 while(ADCCON & ADC_START)；
19 86行
20 87行 //检测位[15]，当它为1时表示转换结束
21 88行 while(!(ADCCON & ADC_ENDCVT));
22 89行
23 90行 //读取数据
24 91行 return (ADCDAT0 & 0x3ff);
25 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：
1 187行/*
2 188行 *测试触摸屏，打印触点坐标
3 189行 */
4 190行 void Test_Ts(void)
5 191行 {
6 192行 isr_handle_array[ISR_ADC_OFT] = AdcTsIntHandle; //设置ADC中断服务程序
7 193行 INTMSK &= ~BIT_ADC; //开启ADC总中断
8 194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
9 195行 INTSUBMSK &= ~(BIT_SUB_ADC); //开启INT_ADC中断，即AD转换结束时产生中断
10 196行
11 197行 //使能预分频功能，设置AD转换器的时钟 = PCLK/(49+1)
12 198行 ADCCON = PRESCALE_EN | PRSCVL(49);
13 199行
14 200行 /*采样延时时间 = (1/3.6864M) * 50000 = 13.65ms
15 201行 *即按下触摸屏后，13.5ms后才采样
16 202行 */
17 203行 ADCDLY = 50000;
18 204行
19 205行 wait_down_int(); /*进入“等待中断模式”，等待触摸屏被按下*/
20 206行
21 207行 printf("Touch the screen to test, press any key to exit\n\r");
22 208行 getc();
23 209行
24 210行 //屏蔽ADC中断
25 211行 INTSUBMSK |= BIT_SUB_TC;
26 212行 INTSUBMSK |= BIT_SUB_ADC;
27 213行 INTMSK |= BIT_ADC;
28 214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
