觸摸屏的LED彩色臺(tái)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】觸摸屏的LED彩色臺(tái)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是利用觸摸屏控制的可調(diào)顏色的照明燈具。燈源為大功率超高亮三基色發(fā)光二極管組成。本設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)是觸摸屏上所指示的顏色與實(shí)際燈照出的顏色一致。到通過(guò)c語(yǔ)言程序?qū)纹瑱C(jī)的PWM功能開(kāi)展控制實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的坐標(biāo)變換使燈具實(shí)現(xiàn)調(diào)色調(diào)亮的效果，為使用者提供一個(gè)隨心調(diào)節(jié)室內(nèi)氣氛的良好工具。

一、控制硬件總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)可有輸入，輸出，控制三部分組成，當(dāng)觸摸屏被按下觸摸屏芯片讀取觸摸屏上X軸與Y軸的值，然后通過(guò)SPI協(xié)議傳送到控制器，控制器負(fù)責(zé)信號(hào)的處理，把處理完畢的信號(hào)以PWM方式輸出驅(qū)動(dòng)LED.

圖1系統(tǒng)總體框圖

二、觸摸屏的使用

本系統(tǒng)選擇電阻式觸摸屏，它將矩形區(qū)域中觸摸點(diǎn)（X,Y）的物理位置轉(zhuǎn)換為代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓其觸摸屏構(gòu)造如圖2所示。圖3顯示了四線(xiàn)觸摸屏在兩層相接觸時(shí)的簡(jiǎn)化模型。對(duì)于四線(xiàn)觸摸屏，理想的連接方法是將偏置為VREF的總線(xiàn)接ADC的正參考輸入端，并將設(shè)置為0V的總線(xiàn)接ADC的負(fù)參考輸入端。

圖2電阻觸摸屏構(gòu)造。

圖3電阻觸摸屏簡(jiǎn)化模型。

三、接口電路設(shè)計(jì)

1.控制器與觸摸屏連接

本系統(tǒng)采用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的ADS7843,該芯片內(nèi)置12位AD轉(zhuǎn)換、低導(dǎo)通電阻模擬開(kāi)關(guān)的SPI總線(xiàn)接口觸摸屏控制。供電電壓為2.7~5.25V,參考電壓VREF為1V~+VCC,轉(zhuǎn)換電壓范圍為0~VREF,控制器可通過(guò)內(nèi)置的SPI輸出口MOSI、MISO、SCK與觸摸屏芯片開(kāi)展連接，如圖4所示。

圖4單片機(jī)與觸摸屏接口電路圖。

2.LED驅(qū)動(dòng)電路

控制器輸出PWM波形作為驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，三極管Q1作為斬波器件。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，LED不亮；當(dāng)輸入信號(hào)為低電平三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，LED點(diǎn)亮。紅色LED的驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示，綠色與藍(lán)色LED的驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)造與紅色的相同，單片機(jī)的PB7端為綠色LED的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，PD4為藍(lán)色LED的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

圖5紅色LED的驅(qū)動(dòng)電路圖。

四、系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)總流程圖

系統(tǒng)硬件可以分為輸入、控制、輸出部分，其中控制部分是連接輸入、輸出。單片機(jī)程序決定輸入如何影響輸出，輸出如何響應(yīng)輸入，其具體框圖如圖6所示。單片機(jī)對(duì)ADS7843開(kāi)展讀取后對(duì)數(shù)據(jù)開(kāi)展坐標(biāo)變換，把處理的值輸出驅(qū)動(dòng)LED.

圖6系統(tǒng)軟件流程圖。

2.觸摸屏坐標(biāo)讀取

所謂的觸摸點(diǎn)坐標(biāo)是指當(dāng)觸摸屏被按下時(shí)觸摸芯片讀出的X軸與Y軸的數(shù)值。觸摸坐標(biāo)的讀取時(shí)非常關(guān)鍵的，它是觸摸屏使用過(guò)程中重要的環(huán)節(jié)，若觸摸點(diǎn)坐標(biāo)有誤，將導(dǎo)致單片機(jī)錯(cuò)誤處理。首先使能ADS7843,然后向ADS7843寫(xiě)入測(cè)量X坐標(biāo)的控制字，延時(shí)若干毫秒后，讀取ADS7843的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。讀取的數(shù)據(jù)即X的坐標(biāo)值；再把測(cè)量Y坐標(biāo)控制字寫(xiě)入ADS7843,延時(shí)若干毫秒后，讀取ADS7843的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，就得到了Y坐標(biāo)的值，然后禁止ADS7843.這樣既完成了讀取坐標(biāo)值的過(guò)程。其具體流程如圖7所示。

圖7ADS7843讀取框圖

3.系統(tǒng)坐標(biāo)校準(zhǔn)處理

由于任意兩個(gè)觸摸屏上的點(diǎn)密度都不可能完全一致，所以要求在使用觸摸屏之前，必須開(kāi)展校準(zhǔn)。校準(zhǔn)方式有兩點(diǎn)校準(zhǔn)，三點(diǎn)校準(zhǔn)，四點(diǎn)校準(zhǔn)等。其中，校準(zhǔn)的點(diǎn)數(shù)越多，觸摸屏數(shù)據(jù)越，校準(zhǔn)也越繁瑣。本系統(tǒng)使用兩點(diǎn)校準(zhǔn)的方法對(duì)觸摸屏開(kāi)展校準(zhǔn)。

（1）先分別測(cè)試觸摸屏左下角及右上角的坐標(biāo)（ads7843_xmin,ads7843_ymin）；（ads7843_xmax,ads7843_ymax）；

（2）計(jì)算水平方向的比率（ads7843_xts）和垂直方向的比率（ads7843_yts）；

（3）假設(shè)液晶屏中的當(dāng)前點(diǎn)是液晶屏坐標(biāo)（X,Y）：

當(dāng)前點(diǎn)的觸摸屏的X坐標(biāo)=X×ads7843_xts+ads7843_xmin;

當(dāng)前點(diǎn)的觸摸屏的Y坐標(biāo)=Y×ads7843_yts+ads7843_ymin;

系統(tǒng)執(zhí)行校準(zhǔn)程序后把觸摸屏左下角，右下角的坐標(biāo)值與水平方向的比率存放如單片機(jī)EEPROM中，每當(dāng)系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)調(diào)用對(duì)應(yīng)的數(shù)值有于對(duì)觸摸位置的判別。

4.控制器SPI通訊

控制器ATmega48內(nèi)部集成SPI通訊所需的軟硬件功能，主機(jī)和從機(jī)之間的SPI連接如圖8所示。系統(tǒng)包括兩個(gè)移位存放器和一個(gè)主機(jī)時(shí)鐘發(fā)生器，通過(guò)將從機(jī)的SS引腳拉低，主機(jī)啟動(dòng)通訊過(guò)程。主機(jī)和從機(jī)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的移位存放器。主機(jī)在SCK引腳上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖以交換數(shù)據(jù)。主機(jī)的數(shù)據(jù)從主機(jī)的MOSI移出，從從機(jī)的MOSI移入；從機(jī)的數(shù)據(jù)從從機(jī)的MISO移出，從主機(jī)的MISO移入。主機(jī)通過(guò)將從機(jī)的SS拉高實(shí)現(xiàn)與從機(jī)的同步。

圖8控制器SPI通訊框圖

ADS7843讀寫(xiě)時(shí)序如圖9所示。由此可見(jiàn)ADS7843SPI接口的完整操作需要3×8=24個(gè)DCLK時(shí)鐘周期，前8個(gè)脈沖接收8位的命令，并在第6個(gè)脈沖的上升沿開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入采樣階段，從第9個(gè)脈沖開(kāi)始進(jìn)入轉(zhuǎn)換階段，輸出12位采樣值，轉(zhuǎn)換結(jié)束進(jìn)入空閑階段。直到24個(gè)DCLK結(jié)束，CS置高電平，測(cè)量結(jié)束。

圖9單端模式的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)

5.控制器PWM輸出

系統(tǒng)使用了控制器快速PWM模式對(duì)驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng)系統(tǒng)采用8MHz晶振頻率是快速PWM模式頻率值為31.25KHz.計(jì)數(shù)器從BOTTOM計(jì)到MAX,然后立即回到BOTTOM重新開(kāi)始。

對(duì)于普通的比較輸出模式，輸出比較引腳OCRn在TCNTn與OCRn匹配時(shí)清零，在BOTTOM時(shí)置位；對(duì)于反向比較輸出模式，OCRn的動(dòng)作正好相反。具體的時(shí)序圖如圖10所示。圖中柱狀的TCNTn表示這是單邊斜坡操作。方框圖同時(shí)包含了普通的PWM輸出以及方向PWM輸出。

TCNTn斜坡上的短水平線(xiàn)表示OCRn和TCNTn的比較匹配。產(chǎn)生PWM波形的機(jī)理是OCRn存放器在OCRnX與TCNTn匹配時(shí)置位（或清零），以及在計(jì)數(shù)器清零（從TOP變?yōu)锽OTTOM）的那一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期清零（或置位）。輸出的PWM頻率可以通過(guò)如下公式計(jì)算得到：

變量N代表分頻因子（1、8、64、256或1024）。

圖10快速PWM時(shí)序圖

五、結(jié)論

多彩LED照明系統(tǒng)是一個(gè)極具開(kāi)發(fā)前景的課題，隨著國(guó)家對(duì)大功率LED的進(jìn)一步推廣LED的造價(jià)會(huì)繼續(xù)下降，LED燈具