8096系列单片机与触摸屏芯片的接口设计与实现

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　　图2 准双向口P1内部结构

　　当复位时，P1口呈现微弱上拉。当用作输入输出功能， 其原理是：“输入”： P1口输入数据时实际上是输入到P1口寄存器中， 由寄存器去驱动管脚， 图二上/Q 即为寄存器的输出， CPU 读数据时是直接读管脚。因此在读数据时要保证P1口为输入状态， 应先对P1口寄存器SFR置位， 此时n截止。切记当端口用作输入口时， 决不能向该口写数据“0”。“ 输出”：在此状态下， 当指令对P1. x口的I/O口寄存器输入数据是“0”时， 内部寄存器的/Q输出会打开下拉FET即n， 而关闭全部上拉FET即p1、p2、p3， 这时对应输出脚电平PORT PIN 为“0”; 当指令对P1口的某一个I /O口寄存器输入数据是“1”时， 内部寄存器的/Q输出会关闭n， 打开p1、p2、p3， 这时对应输出脚电平PORT PIN 为 “1”，即输出是一个编程直接“写”的过程。
　　2. 2 X ilinx95144
　　是一款高品质的Comp lex Prog ramm able Logic Device 复杂的可编程逻辑器件（ CPLD）， 典型工作电压为3. 3- 5V， 支持ISP即在线编程功能， 编程次数可达上万次， 管脚到管脚信号延迟7. 5ns， 工作频率可达111MH z， 内部有144个宏单元均是ROM 结构， 掉电后内部的逻辑数据不会丢失。每个I /O管脚在输出状态下： 高电平时典型值- 4mA， 低电平典型值24mA; 每个I /O管脚在输入状态下： 高、低电平时均为uA级。因此输出电气特性： 在通常的TTL电平芯片电路中、外接驱动不多的情况下， 可以不使用上拉电阻； 输入电气特性：
　　一般的集成芯片都可以直接与其相连， 不会出现驱动力不够现象， 更不会出现损坏。
　　2. 3 触摸显示屏
　　显示部分的控制芯片是SED1335， 是日本EPSON 公司生产的一款液晶显示屏专用控制器， 与同类产品相比功能最强。其特点主要是： 有较强功能的I /O 缓冲器； 指令功能丰富； 4位数据并行发送； 图形和文本方式混合显示。触摸部分的控制芯片是模拟数据转换器ADS7843， 是美国T i公司生产的具有同步串行接口的8 位、12位数据输出， 四线电阻触摸屏模数转换接口芯片。它通过标准SPI协议和CPU 通信； 精度高， 当使用12位时精度达到0. 04mm， 可以达到X， Y 方向上的1/256， 1 /4096精度； 最大可接受电流？ 50mA， 典型值为数uA; 工作电压为- 0. 3- + 6V; 工作时钟典型值2MH z即数量级是uS; 当触摸屏被按下时（ 即有触摸事件发生） ，ADS7843会发出中断请求。
　　在出现数次问题后， 我们都发现显示部分正常， 而触摸部分不正常， 也就是ADS7843的使用有问题， 其内部结构原理图如图3所示。从图上我们可以看见主要有四通道信号转换器、逐次逼近寄存器（ SAR ）、电容型数据/转换器（ CDAC ）、比较器、串行接口与控制器功能模块组成。其中与编程有关的信号是DCLK、/CS、DIN、DOUT、BUSY、/PENIRQ，数据流向见图4所示。

　　

　　图3 AD7843内部原理结构

　　

　　图4 ADS7843接口图

　　对于ADS7843来说， 除了电源与地线， 输入模拟信号X+ 、X- 、Y+ 、Y - 、IN3、IN4， 输入数字信号DCLK、/CS、DIN;输出数字信号BUSY、DOUT、/PEN IRQ.与编程有关的均是数字信号， 数据输入、输出、时钟输入均为串行方式， 最高转换速率为1/125KH z， 线路设计结构上比较方便只需要6根端口线单片机就可以建立完全的数据交互。
　　2. 4 现象分析
　　采用80196的P1口的6个端口专门与其打交道， 从硬件上讲是完全可以的。然而由于在编程中P1口有些端口是作输入、有些端口需要作为输出， 80196又没有对位直接进行操作的指令， 对P1某一个端口作输出操作， 通常196会先读P1口的8个管脚， 然后再进行 写！的操作， 根据P1口结构， 必然会带来若作为输入端口的管脚在其外部输入信号为低时， 执行 写！指令后出现了将其输入状态改为了输出状态。此时在80196与ADS7843的DOUT与/PEN IRQ这两根线上都将出现了同一根线上出现两个输出信号、争抢信号的问题， 这是数字电路中绝对不允许的， 它的出现就有可能损坏芯片。
　　根据资料介绍， 在编程操作中， 当P1口中有些管脚作为输入， 有些管脚作为输出时要特别注意对P1 口写指令操作，它是一个读、写过程， 最好借助于一些单元。
　　3 软件设计分析

　　对于按键的处理， 系统采用中断方式， 流程如图5所示。

　　

　　图5按键流程图

　　主要相关程序如下：
　　/* 触摸屏写控制指令、读数据子程序* /
　　LDB R6， # 08H ; 写8位控制指令代码
　　CLRC; LDB AL， COM ; 指令代码准备发送
　　ADS7843_W： SHLB AL， # 1 ; 数据串行发送
　　JC S_D I_1; JMP S_DI_0
　　S_DI_1： LDB BL， IOPORT1 ; 将P1 口状态保存在BL 寄存器中
　　ORB BL， # 03H ; 将数据出DOUT置高， 数据入DIN 为信号输入状态
　　LDB IOPORT1， BL ; 将修改后的状态送至P1口
　　JMP SKCLK
　　S_DI_0： LDB BL， IOPORT1 ; 将P1 口状态保存在BL 寄存器中
　　ANDB BL， # 0FEH ; 将数据出DOUT 置低
　　ORB BL， # 02H ; 数据入D IN为信号输入状态
　　LDB IOPORT1， BL; 将修改后的状态送至P1口
　　SKCLK： LDB BL， IOPORT1 ; 将P1口状态保存在BL寄存器中
　　ANDB BL， # 0F7H ; 时钟信号DCLK为低
　　ORB BL， # 01H ; 将数据出DOUT 置高
　　LDB IOPORT1， BL ; 将修改后的状态送至P1口
　　LDB BL， IOPORT1 ; 将P1口状态保存在BL寄存器中
　　ORB BL， # 09H ; 时钟信号DCLK 为高， 将数据出DOUT置高
　　LDB IOPORT1， BL ; 将修改后的状态送至P1口
　　DJNZ R6， ADS7843_W ; 8位指令送完
　　LDB BL， IOPORT1 ; 将P1口状态保存在BL寄存器中
　　ANDB BL， # 0F7H ; 时钟信号DCLK为低
　　ORB BL， # 01H ; 将数据出DOUT 置高
　　LDB IOPORT1， BL ; 将修改后的状态送至P1口
　　/* 准备接受触摸屏按键读14 位数据数据， 先接受低8位数据* /
　　LDB R6， # 08H ; 键值设定方向读低8位数据程序
　　DATA_OUT： LDB BL， IOPORT1 ; 将P1口状态保存在BL寄存器中
　　ORB BL， # 09H ; 时钟信号DCLK 为高， 将数据出DOUT置高
　　LDB IOPORT1， BL ; 将修改后的状态送至P1口
　　LDB BL， IOPORT1 ; 将P1口状态保存在BL寄存器中
　　ANDB BL， # 0F7H ; 时钟信号DCLK为低
　　ORB BL， # 01H ; 将数据出DOUT 置高
　　LDB IOPORT1， BL ; 将修改后的状态送至P1口
　　SHLB AL， # 1 ; 数据左移一位
　　JBS IOPORT1， 0， DI_O_1 ; 判数据入DIN 高？
　　ANDB AL， # 0FEH ; 数据入DIN低， 输入0
　　JMP DATA_OUT1
　　DI_O_1： ORB AL， # 01H ; 数据入DIN高， 输入1
　　DATA_OUT1： DJNZ R6， DATA_OUT ; 8位数据读完
　　STB AL， FIRST ; 低8位数据保存至FIRST单元同样处理接受数据高4位数据
　　…… …… ; 4位数据读完， 数据保存。读14 位数据程序完成后返回
　　程序上机调试后再没有出现触摸屏与单片机之间指令不执行， 烧坏触摸芯片的问题。也许你会发现， 在程序编程中， 我们使用了BL寄存器作P1口的过渡保护单元， 对输出信号采用了对位的或、与方式达到输出“1”、 “0”电平。保证P1的输入端口不会因其他P1 端口的操作而改变其状态， 在信号线上出现两个输出、争抢信号的现象。这就是触摸屏出问题的主要原因。