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基于触摸屏的LED彩色台灯控制系统设计.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.41M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    Ofweek电子工程网 基于触摸屏的 LED 彩色台灯控制系统设计 本系统是利用触摸屏控制的可调颜色的照明灯具。灯源为大功率超高亮三基 色发光二极管组成。本设计最大的亮点是触摸屏上所指示的颜色与实际灯照出的 颜色一致。到通过 C 语言程序对单片机的 PWM 功能进行控制实现相应的坐标变 换使灯具实现调色调亮的效果，为使用者提供一个随心调节室内气氛的良好工具。 一、控制硬件总体设计 系统的总体框图如图 1 所示。系统可有输入，输出，控制三部分组成，当 触摸屏被按下触摸屏芯片读取触摸屏上 X 轴与 Y 轴的值，然后通过 SPI 协议传 送到控制器，控制器负责信号的处理，把处理完毕的信号以 PWM 方式输出驱动 LED. 图 1 系统总体框图 二、触摸屏的使用 本系统选择电阻式触摸屏，它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 坐标的电压其触摸屏结构如图 2 所示。图 3 显示了四线触摸 屏在两层相接触时的简化模型。对于四线触摸屏，最理想的连接方法是将偏置为 VREF 的总线接 ADC 的正参考输入端，并将设置为 0V 的总线接 ADC 的负参考输 入端。
    Ofweek电子工程网 图 2 电阻触摸屏结构。
    Ofweek电子工程网 图 3 电阻触摸屏简化模型。 三、接口电路设计 1. 控制器与触摸屏连接 本系统采用美国 TI 公司生产的 ADS7843,该芯片内置 12 位 AD 转换、低导 通电阻模拟开关的 SPI 总线接口触摸屏控制。供电电压为 2.7 ~ 5.25V,参考电 压 VREF 为 1V~+VCC,转换电压范围为 0 ~ VREF,控制器可通过内置的 SPI 输出口 MOSI、MISO、SCK 与触摸屏芯片进行连接，如图 4 所示。
    Ofweek电子工程网 图 4 单片机与触摸屏接口电路图。 2. LED 驱动电路 控制器输出 PWM 波形作为驱动电路的驱动信号，三极管 Q1 作为斩波器件。 当驱动信号为高电平时三极管处于截止状态，LED 不亮；当输入信号为低电平三 极管处于导通状态，LED 点亮。红色 LED 的驱动电路如图 5 所示，绿色与蓝色 LED 的驱动电路的结构与红色的相同，单片机的 PB7 端为绿色 LED 的驱动信号， PD4 为蓝色 LED 的驱动信号。 图 5 红色 LED 的驱动电路图(点击看大图) 四、系统的程序设计
    1.系统总流程图 Ofweek电子工程网 系统硬件可以分为输入、控制、输出部分，其中控制部分是连接输入、输出。 单片机程序决定输入如何影响输出，输出如何响应输入，其具体框图如图 6 所 示。单片机对 ADS7843 进行读取后对数据进行坐标变换，最后把处理的值输出 驱动 LED. 图 6 系统软件流程图。 2.触摸屏坐标读取 所谓的触摸点坐标是指当触摸屏被按下时触摸芯片读出的 X 轴与 Y 轴的数 值。触摸坐标的读取时非常关键的，它是触摸屏使用过程中最重要的环节，若触 摸点坐标有误，将导致单片机错误处理。首先使能 ADS7843,然后向 ADS7843 写 入测量 X 坐标的控制字，延时若干毫秒后，读取 ADS7843 的转换数据。读取的 数据即 X 的坐标值；再把测量 Y 坐标控制字写入 ADS7843,延时若干毫秒后，读
    Ofweek电子工程网 取 ADS7843 的转换数据，就得到了 Y 坐标的值，然后禁止 ADS7843.这样既完成 了一次读取坐标值的过程。其具体流程如图 7 所示。 图 7 ADS7843 读取框图 3.系统坐标校准处理 由于任意两个触摸屏上的点密度都不可能完全一致，所以要求在使用触摸屏 之前，必须进行校准。校准方式有两点校准，三点校准，四点校准等。其中，校 准的点数越多，触摸屏数据越精确，校准也越繁琐。本系统使用两点校准的方法 对触摸屏进行校准。
    Ofweek电子工程网 （1） 先分别测试触摸屏左下角及右上角的坐标 （ads7843_xmin,ads7843_ymin）；（ads7843_xmax,ads7843_ymax）； （2） 计算水平方向的比率（ads7843_xts）和垂直方向的比率（ads7843_yts）； （3）假设液晶屏中的当前点是液晶屏坐标（X,Y）： 当前点的触摸屏的 X 坐标=X× ads7843_xts+ ads7843_xmin ; 当前点的触摸屏的 Y 坐标=Y× ads7843_yts+ ads7843_ymin ; 系统执行校准程序后把触摸屏左下角， 右下角的坐标值与水平方向的比率 存放如单片机 EEPROM 中，每当系统重新启动时调用对应的数值有于对触摸位置 的判别。 4.控制器 SPI 通讯 控制器 ATmega48 内部集成 SPI 通讯所需的软硬件功能，主机和从机之间的 SPI 连接如图 8 所示。系统包括两个移位寄存器和一个主机时钟发生器，通过将 从机的 SS 引脚拉低，主机启动一次通讯过程。主机和从机将需要发送的数据放 入相应的移位寄存器。主机在 SCK 引脚上产生时钟脉冲以交换数据。主机的数据 从主机的 MOSI 移出，从从机的 MOSI 移入；从机的数据从从机的 MISO 移出，从 主机的 MISO 移入。主机通过将从机的 SS 拉高实现与从机的同步。 图 8 控制器 SPI 通讯框图 A D S 7 8 4 3 读写时序如图 9 所示。由此可见 ADS7843 SPI 接口的一次 完整操作需要 3×8=24 个 DCLK 时钟周期，前 8 个脉冲接收 8 位的命令，并在第 6 个脉冲的上升沿开始 A/D 转换器进入采样阶段，从第 9 个脉冲开始进入转换阶 段，输出 12 位采样值，转换结束进入空闲阶段。直到 24 个 DCLK 结束，CS 置高 电平，一次测量结束。
    Ofweek电子工程网 图 9 单端模式的数据读写(点击看大图) 5.控制器 PWM 输出 系统使用了控制器快速 PWM 模式对驱动控制，当系统采用 8MHz 晶振频率是 快速 PWM 模式频率最大值为 31.25KHz.计数器从 BOTTOM 计到 MAX,然后立即回到 BOTTOM 重新开始。 对于普通的比较输出模式，输出比较引脚 OCRn 在 TCNTn 与 OCRn 匹配时清 零， 在 BOTTOM 时置位；对于反向比较输出模式，OCRn 的动作正好相反。具体 的时序图如图 10 所示。图中柱状的 TCNTn 表示这是单边斜坡操作。方框图同时 包含了普通的 PWM 输出以及方向 PWM 输出。 TCNTn 斜坡上的短水平线表示 OCRn 和 TCNTn 的比较匹配。产生 PWM 波形的 机理是 OCRn 寄存器在 OCRnX 与 TCNTn 匹配时置位（ 或清零），以及在计数器 清零（ 从 TOP 变为 BOTTOM）的那一个定时器时钟周期清零（ 或置位）。输出 的 PWM 频率可以通过如下公式计算得到： 变量 N 代表分频因子（1、8、64、256 或 1024）。 图 10 快速 PWM 时序图 五、结论
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