觸摸屏作為人機界面應用于氣相色譜儀控制系統(tǒng)，在彩色 LCD 的配合下可實現(xiàn)可視化控制。本系統(tǒng)是基于 S3C44B0 嵌入式開發(fā)平臺，但是此處理器無 SPI 總線接口寄存器，只能通過軟件模擬 SPI，實現(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 語言實現(xiàn)的模擬 SPI 通信程序。
1 引言
氣相色譜儀是應用面極廣，數(shù)量較大的分析儀器中最重要的一大類科學儀器。在石油、天然氣、精細化工、冶金、電力、醫(yī)學、衛(wèi)生、糧油、食品、環(huán)保、氣體、技術監(jiān)督和國防科研等領域中，幾乎成為現(xiàn)代分析化學實驗室必備的分析儀器之一。隨著氣相色譜儀的普及，客戶對系統(tǒng)的要求逐步提高，不僅要求其有良好的運轉(zhuǎn)性能，而且需要實時、直觀地顯示工作狀態(tài)，要求操作人員根據(jù)實際情況方便地調(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，我們設計開發(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)
色相色譜儀技術的基本原理是（如圖 1）：當氣 體樣品通過一定的進樣方式送入色譜系統(tǒng)后，樣品中混合物的各組分在流動相（載氣）的帶動下，通過稱為色譜柱的固定相，利用各組分在流動相中具有不同的吸附能力，當二相作相對運動時，樣品中各組分就會在二相中反復多次（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入檢測器的系統(tǒng)，獲得非電量轉(zhuǎn)換，將化學成分轉(zhuǎn)變成與其濃度成正比的電信號，然后通過這些電信號的不同來分析樣品成分。
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）、一個溫度檢測器、一個載氣流量檢測控制器和一個樣品流量檢測控制、再加一個高阻抗放大器（帶光電隔離器）組成，其主要特點是 MCU 外接了帶觸摸屏的彩色 LCD作為人機界面。本系統(tǒng)的工作原理是首先通過觸摸屏上不同的觸點使 MCU 分別向載氣和樣品流量控制器發(fā)送參數(shù)設定指令，為了達到可靠性，此命令通過 RS485 串口總線發(fā)送；啟動這個檢測系統(tǒng)后，可以通過觸摸屏實時的發(fā)送查詢各檢測器狀態(tài)的指令，當溫度檢測器，流量檢測控制器收到指令后，符合自己的，則把自己的狀態(tài)信息也通過 RS485 串口總線發(fā)送到 MCU，MCU收到數(shù)據(jù)后在彩色 LCD 顯示相應的信息，如溫度曲線、流量曲線等；色譜儀的檢測器把檢測到的信息通過高阻抗放大器變化以后把檢測到的結(jié)果顯示在 LCD 上，直觀的查看樣品的成分。同時，MCU 通過以太網(wǎng)把收到的數(shù)據(jù)傳到 PC 機上，做備份；PC 終端也可通過 MCU 對系統(tǒng)進行參數(shù)設定。為了協(xié)調(diào) MCU 和各檢測控制器的通信，我們自己制定了一套內(nèi)部通信協(xié)議。整個系統(tǒng)都是按照 LCD 上的提示，通過觸摸屏來控制的。
3 硬件實現(xiàn)
我們開發(fā)了 ARM7 開發(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 66MHZ）作為中低端嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺。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 個異步串口控制器（支持 IrDA1.0，16 字節(jié)的 FIFO）；提供復合功能的 71 個通用I/O 端口，供我們外接其他設備。
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合薄膜，由一層有機玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導電層，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電層，在兩層導電層之間有許多細小（小于 1/1000 英寸）的透明隔離點把它們隔開絕緣。當筆觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在 X 和 Y 兩個方向上產(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器，計算出（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。除了基本的觸摸點位置的測量外，還可進行觸摸壓力的測量。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)控器和溫度測量。其自動節(jié)電功能可以保證很低的功率損耗，對于低功耗的嵌入式系統(tǒng)電路非常適合。本文只應用其作為觸摸屏控制器的基本功能。
ADS7846 經(jīng)過 A/D 把坐標值傳給 MCU，MCU 經(jīng)過處理后在 LCD 上顯示相應的信息或通過RS485 發(fā)出相應的指令；ADS7846 同時能接收 MCU 發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。ADS7846 和外部進行數(shù)據(jù)交換是使用 SPI 總線，而 S3C44B0 沒有 SPI 總線接口，所以只能采用通用 I/O 口軟件模擬 SPI，詳細硬件接線如圖 2。
4 軟件實現(xiàn)
為了獲得一個坐標值，ADS7846 與 MCU 之間需經(jīng)過 3 個 SPI 的時鐘傳送（見圖 4）。第一次從 DIN 向 ADS7846 發(fā)送測量命令字（見表 1，設置見表 2）。當 ADS7846 接收到命令字的前五位后，A/D 轉(zhuǎn)換器進入采樣階段。控制字節(jié)輸入完畢后，等待 BUSY 為低后，在每個 DCLK的下降沿，A/D 轉(zhuǎn)換的坐標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 DCLK 時鐘傳送完畢。因此，有效數(shù)據(jù)是前 12 位，后面 4 位補0。
由于筆與觸摸屏接觸的壓力大小、時間長短，會導致觸點的抖動，這對于采集正確的觸點位置值有一定的影響。本文采用兩次采樣的方法來消除觸點的抖動，在程序中定義了一個計數(shù)器count，計算采樣次數(shù)，當讀取兩次后跳出采樣程序。得到兩次坐標值分別為（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；否則判為采樣錯誤，重新采樣。通過觸摸屏和 LCD 的配合，此種方法取得了較好的實際效果，基本上消除了觸點抖動的影響。
5 總結(jié)
本文所介紹的程序已經(jīng)在 S3C44B0 平臺上經(jīng)過實際驗證，并與彩色 LCD 相配合，可提供可視化的人機界面。本系統(tǒng)應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器、流量控制器的運行狀況，同時可以實時地修改控制參數(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。
