基于TSC2007的触摸屏设计方案

0 引言

TSC2007 是美国 TI 公司推出的新一代 4 线制触摸屏控制器，它在与触摸屏连接后，一旦有笔或手指触摸在屏上时，便可以迅速得到该点的位置信号，从而达到在触摸屏表面上寻址的目的。

TSC2007 是典型的逐步逼近寄存器型 A ／ D 变换器，其结构以电容再分布为基础，同时内部包含有取样／保持功能。 TSC2007 具有片内温度测量、触摸压力测量和预处理三项功能。 TSC2007 的主要特点如下：

◇具有 4 线制触摸屏接口；

◇可单电源工作，电压范围为 1.2 ～ 3.6 V ；

◇带有 I 2C 接口，能以标准模式、高速模式和超高速模式进行数据传输与通讯；

◇具有可编程 8 位或 12 位分辨率；

◇具有 1 路辅助模拟量输入；

◇具有静电保护。

TSC2007 可广泛用于有触摸屏的应用中，如个人数字助理 (PDA) 、笔记本电脑等。

1 TSC2007 触摸屏控制器

1.1 引脚功能

TSC2007 的引脚和 TSC2003 的引脚完全兼容，可以插入和 TSC2003 相适应的插座中，因此，可以很方便地替换原来使用的 TSC2003 以进行更新升级。 TSC2007 采用 CMOS 工艺制作，具有 TSSOP16 和 WCSP12 两种引脚封装形式，其工作温度范围为 -40 ～ + 85 ℃ 。

图 1 所示是 TSC2046 在 TSSOP 16 封装形式下的引脚排列，各引脚功能如下：

◇工作电压： +1.2 ～ +3.6V ；

◇ AD 采样时间：≥ 160 ns ( 在 SCL=1.7 MHz 情况下 ) ；

◇ AD 转换时间：≤ 150ns( 条件同上 ) ；

◇开关延时时间：≤ 30ns ；

◇参考电压范围： +1.2 ～ +3.6 V ；

◇温度范围： -40 ～ + 85 ℃ ；

◇静电保护电压：≤± 8kV ；

◇功耗：≤ 53.32 μ W( 在 2.7 V ，高速模式情况下 ) 。

1.3 TSC2007 的工作方式

由于在触摸屏被点击之后，一般都需要确定所点击点的 X 、 Y 坐标参数，以备系统处理并发送相应的消息。为此，设计时就需要对 TSC2007 进行读写操作。

TSC2007 的写操作时序如图 2 所示。当 SCL 为高电平时， SDA 由高电平向低电平跳变，系统开始传送数据。数据的前五位为固定的 10010 ，后两位为地址，可表示四个从设备，第八位为 0( 表示 write) 。

当 TSC2007 收到数据后，会确认一位 0 。然后由 MCU 收到确认后，再发送一个字节的命令字，然后再等 TSC2007 确认，从而完成写操作，最后，再由 MCU 发送一个结束信号以结束操作。其中的命令字节含义如表 1 所列。

中的 PD1-PD0 为节能 bit 位； M 为模式位，该位为 0 表示 TSC2007 是 12 bit 模式，为 1 时是 8 bit 模式； X 为无关位。

TSC2007 的读操作时序图如 3 所示。读操作时，首先由 MCU 发送一个开始信息，然后传送 8bit 地址信息，该信息与写操作时传送的前 7 个 bit 位一样，只是第 8 个 bit 为 1( 表示 read) 。此后，经 TSC2007 确认后， MCU 便可接受 8bit 或 12bit 数据，也就是 TSC2007 发送的 x 值或者 y 值。

1.4 TSC2007 的读写操作注意事项

SDA 引脚及 SCL 引脚上数据的改变必须延时一段适当的时间，延时太短，数据读入可能不成功，太长则浪费系统资源。一般可在 20 μ s 左右。读写操作时的时序非常重要。 SDA 线上的数据状态仅在 SCL 为低电平期间才能改变，而在 SCL 为高电平期间， SDA 状态的改变则被用来表示数据传输的起始和停止条件。因此，若时序控制不好，则将得不到正确的读数。同时，当主处理器在对 TSC2007 进行写操作时。还应该屏蔽它的中断脚 PENIRQ ，这样可以阻止中断脚的不停下降而触发中断。

2 硬件设计

2.1 TSC2007 的硬件连接电路

基于 TSC2007 的触摸屏接口电路连接图如图 4 所示。其中， 10 脚 (PENIRQ) 、 11 脚 (SDA) 、 12 脚 (SCL) 分别与 MCU 的 3 个 GPIO 口 ( 通用输入输出脚 ) 进行通信。通过程序模拟在 SCL 脚上产生方波，就可在 SDA 脚上进行数据的传输，并在 PENIRQ 脚上传输中断信号。

2.2 I 2C 总线原理

I 2C 总线是由数据线 SDA 和时钟 SCI 胸成的串行总线，可用于发送和接收数据。其 CPU 与被控 IC 之间、 IC 与 IC 之间进行双向传送的最高传送速率可达 100 kbps 。各种被控制电路均可并联在这条总线上，但就像电话机一样，只有拨通各自的号码才能工作，所以，每个电路和模块都有唯一的地址。在信息传输过程中， I 2C 总线上并接的每一模块电路既是主控器 ( 或被控器 ) ，又是发送器 ( 或接收器 ) ，这取决于它所要完成的功能。 CPU 发出的控制信号分为地址码和控制量则用于两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别 ( 如对比度、亮度等 ) 及需要调整的量。这样。各控制电路虽然挂在同一条 I 2C 总线上，但却彼此独立，互不相关。

I 2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。其中，开始信号用于在 SCL 为高电平时，通过 SDA 由高向低的跳变来开始传送数据；而结束信号 SCL 为低电平时，通过 SDA 由低向高的跳变来结束数据传送；应答信号则是在接收数据的 IC 在接收到 8 bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲应答，以表示收到数据。

当 CPU 向受控单元发出一个信号后，系统将等待受控单元发回应答信号， CPU 接收到应答信号后，将根据情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，则判断为受控单元出现故障。

I 2C 规程采用主／从双向通讯方式。向总线发送数据的器件定义为发送器，从总线接收数据则为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。但总线必须由主器件 ( 通常为微控制器 ) 控制，主器件可产生串行时钟 (SCL) 以控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。

3 软件实现

设计软件时，可采用系统轮询或者中断方式来实现触摸屏功能。在嵌入式系统中，如果系统多数时间处于空闲状态，则可考虑采用轮询；否则可考虑采用中断方式来处理触摸屏信号。本方案采取中断方式，其中断入口程序流程图如图 5 所示。系统初始化时，首先将 TSC2007 设成 PowerDown 模式，当触摸屏上有点击时，上将产生一个下降脉冲，以引发中断。此时系统进入触摸屏的中断向量。当中断处理程序判断数据有效后，即设置一个 timer ，每隔大约 20 μ s 进行一次 X 、 Y 值的读写，并将取得的值存入 buffer 中，然后进行去抖、校正处理，同时判断当前状态 (PRESS 、 MOVE 、 RELEASE 等 ) ，最后将有效的 X 、 Y 值取平均值后发送到系统的消息队列。

4 结束语

在实际应用的基础上，本文介绍了利用触摸屏控制器 TSC2007 实现触摸屏功能的设计方案。通过这款功能强大，操作简便的触摸屏控制器，能精确快速地在诸如手机、 Mp3 、 ATM 机等设备上实现便携式电子产品及其他多媒体设备的触摸屏功能。可以预见，随着触摸屏技术的迅速发展，触摸屏对于计算机技术的普及利用将发挥重要作用。