觸摸屏作為人機(jī)界面應(yīng)用于氣相色譜儀控制系統(tǒng)，在彩色 LCD 的配合下可實(shí)現(xiàn)可視化控制。本系統(tǒng)是基于 S3C44B0 嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，但是此處理器無(wú) SPI 總線接口寄存器，只能通過(guò)軟件模擬 SPI，實(shí)現(xiàn)與 ADS7846 通信。文中給出了觸摸屏數(shù)據(jù)采集的流程和用 C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的模擬 SPI 通信程序。
1 引言
氣相色譜儀是應(yīng)用面極廣，數(shù)量較大的分析儀器中最重要的一大類科學(xué)儀器。在石油、天然氣、精細(xì)化工、冶金、電力、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生、糧油、食品、環(huán)保、氣體、技術(shù)監(jiān)督和國(guó)防科研等領(lǐng)域中，幾乎成為現(xiàn)代分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室必備的分析儀器之一。隨著氣相色譜儀的普及，客戶對(duì)系統(tǒng)的要求逐步提高，不僅要求其有良好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，而且需要實(shí)時(shí)、直觀地顯示工作狀態(tài)，要求操作人員根據(jù)實(shí)際情況方便地調(diào)整系統(tǒng)的工作參數(shù)，數(shù)據(jù)的采集、分析、判斷、參數(shù)顯示。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了可視化的控制系統(tǒng)，能夠可視化地顯示系統(tǒng)狀態(tài)、提供完全圖形化的操作方法，而且成本較低。
2 氣相色譜儀原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
色相色譜儀技術(shù)的基本原理是（如圖 1）：當(dāng)氣 體樣品通過(guò)一定的進(jìn)樣方式送入色譜系統(tǒng)后，樣品中混合物的各組分在流動(dòng)相（載氣）的帶動(dòng)下，通過(guò)稱為色譜柱的固定相，利用各組分在流動(dòng)相中具有不同的吸附能力，當(dāng)二相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，樣品中各組分就會(huì)在二相中反復(fù)多次（103～106）受到上述各種作用 力的作用，從而使混合物中各組分獲得分離，被分離后的單一組分隨載氣進(jìn)入檢測(cè)器的系統(tǒng)，獲得非電量轉(zhuǎn)換，將化學(xué)成分轉(zhuǎn)變成與其濃度成正比的電信號(hào)，然后通過(guò)這些電信號(hào)的不同來(lái)分析樣品成分。
如圖1 所示，該氣相色譜儀的控制系統(tǒng)主要由嵌 入式控制系統(tǒng)（MCU）、一個(gè)溫度檢測(cè)器、一個(gè)載氣流量檢測(cè)控制器和一個(gè)樣品流量檢測(cè)控制、再加一個(gè)高阻抗放大器（帶光電隔離器）組成，其主要特點(diǎn)是 MCU 外接了帶觸摸屏的彩色 LCD作為人機(jī)界面。本系統(tǒng)的工作原理是首先通過(guò)觸摸屏上不同的觸點(diǎn)使 MCU 分別向載氣和樣品流量控制器發(fā)送參數(shù)設(shè)定指令，為了達(dá)到可靠性，此命令通過(guò) RS485 串口總線發(fā)送；啟動(dòng)這個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)后，可以通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)的發(fā)送查詢各檢測(cè)器狀態(tài)的指令，當(dāng)溫度檢測(cè)器，流量檢測(cè)控制器收到指令后，符合自己的，則把自己的狀態(tài)信息也通過(guò) RS485 串口總線發(fā)送到 MCU，MCU收到數(shù)據(jù)后在彩色 LCD 顯示相應(yīng)的信息，如溫度曲線、流量曲線等；色譜儀的檢測(cè)器把檢測(cè)到的信息通過(guò)高阻抗放大器變化以后把檢測(cè)到的結(jié)果顯示在 LCD 上，直觀的查看樣品的成分。同時(shí)，MCU 通過(guò)以太網(wǎng)把收到的數(shù)據(jù)傳到 PC 機(jī)上，做備份；PC 終端也可通過(guò) MCU 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。為了協(xié)調(diào) MCU 和各檢測(cè)控制器的通信，我們自己制定了一套內(nèi)部通信協(xié)議。整個(gè)系統(tǒng)都是按照 LCD 上的提示，通過(guò)觸摸屏來(lái)控制的。
3 硬件實(shí)現(xiàn)
我們開(kāi)發(fā)了 ARM7 開(kāi)發(fā)板（處理器為 SAMSUNG 公司的 ARM7TDMI 內(nèi)核的 S3C44B0，數(shù)據(jù)位寬是32 位，主頻可達(dá) 66MHZ）作為中低端嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。此處理器內(nèi)建了 LCD 控制器（最大支持 256 色 STN，使用專用 DMA）；2 個(gè)異步串口控制器（支持 IrDA1.0，16 字節(jié)的 FIFO）；提供復(fù)合功能的 71 個(gè)通用I/O 端口，供我們外接其他設(shè)備。
本系統(tǒng)的觸摸屏采用了 AMD 公司的電阻式觸摸屏 AMT 9502 型，該電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復(fù)合薄膜，由一層有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面涂有一層透明導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)?。ㄐ∮?1/1000 英寸）的透明隔離點(diǎn)把它們隔開(kāi)絕緣。當(dāng)筆觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在 X 和 Y 兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號(hào)，然后送觸摸屏控制器，計(jì)算出（X，Y）的位置。
觸摸屏控制芯片采用的是 TI 公司的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADS7846，此芯片是一種典型的 12 位取樣的逐步近似寄存器（SAR）A/D 轉(zhuǎn)換器。除了基本的觸摸點(diǎn)位置的測(cè)量外，還可進(jìn)行觸摸壓力的測(cè)量。芯片內(nèi)部提供的 2.5v 參考電壓可用于輔助輸入，電池監(jiān)控器和溫度測(cè)量。其自動(dòng)節(jié)電功能可以保證很低的功率損耗，對(duì)于低功耗的嵌入式系統(tǒng)電路非常適合。本文只應(yīng)用其作為觸摸屏控制器的基本功能。
ADS7846 經(jīng)過(guò) A/D 把坐標(biāo)值傳給 MCU，MCU 經(jīng)過(guò)處理后在 LCD 上顯示相應(yīng)的信息或通過(guò)RS485 發(fā)出相應(yīng)的指令；ADS7846 同時(shí)能接收 MCU 發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行。ADS7846 和外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是使用 SPI 總線，而 S3C44B0 沒(méi)有 SPI 總線接口，所以只能采用通用 I/O 口軟件模擬 SPI，詳細(xì)硬件接線如圖 2。
4 軟件實(shí)現(xiàn)
為了獲得一個(gè)坐標(biāo)值，ADS7846 與 MCU 之間需經(jīng)過(guò) 3 個(gè) SPI 的時(shí)鐘傳送（見(jiàn)圖 4）。第一次從 DIN 向 ADS7846 發(fā)送測(cè)量命令字（見(jiàn)表 1，設(shè)置見(jiàn)表 2）。當(dāng) ADS7846 接收到命令字的前五位后，A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)入采樣階段?？刂谱止?jié)輸入完畢后，等待 BUSY 為低后，在每個(gè) DCLK的下降沿，A/D 轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)值從高位到低位逐位從 DOUT 引腳向 MCU 輸出。12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)在第 13 個(gè) DCLK 時(shí)鐘傳送完畢。因此，有效數(shù)據(jù)是前 12 位，后面 4 位補(bǔ)0。
由于筆與觸摸屏接觸的壓力大小、時(shí)間長(zhǎng)短，會(huì)導(dǎo)致觸點(diǎn)的抖動(dòng)，這對(duì)于采集正確的觸點(diǎn)位置值有一定的影響。本文采用兩次采樣的方法來(lái)消除觸點(diǎn)的抖動(dòng)，在程序中定義了一個(gè)計(jì)數(shù)器count，計(jì)算采樣次數(shù)，當(dāng)讀取兩次后跳出采樣程序。得到兩次坐標(biāo)值分別為（fisrt.x，first.y）、（second.x，second.y），然后比較其差值，如果小于一定的值，則有效，并取其平均值；否則判為采樣錯(cuò)誤，重新采樣。通過(guò)觸摸屏和 LCD 的配合，此種方法取得了較好的實(shí)際效果，基本上消除了觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。
5 總結(jié)
本文所介紹的程序已經(jīng)在 S3C44B0 平臺(tái)上經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，并與彩色 LCD 相配合，可提供可視化的人機(jī)界面。本系統(tǒng)應(yīng)用到了氣相色譜儀工作站上，操作者可以直觀的查看溫度檢測(cè)器、流量控制器的運(yùn)行狀況，同時(shí)可以實(shí)時(shí)地修改控制參數(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。
