触摸屏算法

2008年 12月 December 2008 —255— 计 算 机 工 程 Computer Engineering 第 34 第 23期 Vol 卷 .34 No.23 ·工程应用技术与实现· 文章编号：1000—3428(2008)23—0255—03 文献标识码：A 中图分类号：TP391 触摸屏数据处理算法 宋学瑞，蔡子裕，段青青 (中南大学信息科学与工程学院，长沙 410083) 摘 要：介绍触摸屏系统的工作原理，影响电阻式触摸屏坐标定位精度的若干因素，提出一种提高坐标定位精度的“3步法”，包括采 用中断和轮询相结合的方法去抖、中值平均滤波法滤波、三点法校准 3个过程。在 S3C44B0X开发板上进行算法测试，结果证明，用该方 法校准的触摸屏系统的稳定性和精度得到很大改善。 关键词：触摸屏；滤波；校准 Data Processing Algorithm of Touch Screen SONG Xue-rui, CAI Zi-yu, DUAN Qing-qing (College of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083) 【Abstract】This paper introduces the principle of touch screen, analyses the reasons that influence the precision of coordinate location of resistive touch screen, and proposes a “three steps” method to improve the precision of coordinate location, including eliminate jitter method by using interrupt and polling, median filtering method and three points calibration method. It tests the algorithm based on developing board of S3C44B0X. Results show that the stability and precision of touch screen system are greatly improved. 【Key words】touch screen; filtering; calibration 伴随着公众对信息查询、检索的大量需求，触摸屏技术 越来越受到人们的关注。触摸屏分为红外线、表面声波、电 容式、电阻式等类别，电阻式触摸屏是应用较多的类型之一。 为了提高电阻式触摸屏数据的准确性，本文分析了影响触摸 屏数据精度的若干因素，提出一种简单有效的数据处理算法。 1 触摸屏系统工作原理 触摸屏系统一般包括：触摸屏控制器和触摸检测装置。 触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信 息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU。它同时能接收CPU 发来的命令并加以执行。触摸检测装置一般安装在显示器的 前端，主要作用是检测用户的触摸位置，再将该处的信息传 送给触摸屏控制器。触摸屏输入系统见图 1。在该系统中， 触摸屏控制器采用TI公司的ADS7843，触摸屏采用SHARP公 司的 4 线电阻式触摸屏，微控制器采用SAMSUNG公司的 S3C44B0X[1]。ADS7843与微控制器的通信方式、芯片的控制 字以及该芯片的时序图等其他方面的具体内容可查阅TI公司 的ADS7843数据手册。 EXINT5 SIOCLK SIORXD SIOTXD GPF6 S3C44B0X PENIRQ DCLK X+ DOUT X- DIN Y+ CS Y- ADS7843 触摸屏 图 1 触摸屏输入系统 当触摸屏检测到有落笔时，PENIRQ产生一个中断信号， 触发外部中断，S3C44B0X进入落笔中断服务程序。在中断服 务程序中，首先清中断源，关外部中断，使外部中断电路无 效，然后向ADS7843发送控制字，此时触摸屏控制器开始对 X轴、Y轴电压进行AD转换，等待转换结束后S3C44B0X读取 转换数据并存储，最后通过一个坐标变换公式转化为显示屏 上的坐标供操作系统[2]进行后续处理。 2 影响触摸屏数据精度的因素 由上述原理可知，所得坐标值的精度受几个因素的影响： 触摸屏本身电阻材料的均匀性；ADS7843 模拟电子开关和 AD 转换器自身的转换精度；触摸时不规则的抖动导致中断 服务程序被错误触发；突发性的脉冲干扰导致电压值读取产 生偏差；电阻式触摸屏的电阻分布不是理想的线性分布。这 些问题的存在会造成触摸屏点击不准确、线条不流畅、图形 失真等误差，如果不进行数据处理将会直接影响设备的功能， 甚至可能造成设备无法使用。前 2 种带来的是固有误差，无 法用软件消除，只能靠改变器件本身加以校正。针对后 3种， 本文提出一种简便触摸屏数据处理方法——3 步法，采用中 断和轮询相结合的方法去抖，用中值平均滤波算法滤波，通 过 3点校正算法实现触摸屏和液晶屏坐标数据的一一对应。 3 3步法触摸屏采集数据的处理 每个触摸屏系统在使用之前，都要进行滤波及校准，以 往的滤波算法有算术平均值法、加权平均值法、一阶滞后滤 波法等，这些方法都有一定的滤波效果，精度较高，但都不 是很理想，有的程序编写太过冗长，占用有限的存储空间， 有的不能对用户的动作做出快速的反应。而在校准方法上有 4点定位法、5点定位法等，普遍存在的问题是对数据的处理 耗时过长，这对实时系统[3]来说是不允许的。本文提出的“3 步法”改进了上述缺陷，对程序进行最大限度的简化，且能 作者简介：宋学瑞(1957－)，男，副教授，主研方向：嵌入式系统， ASIC设计；蔡子裕、段青青，硕士研究生 收稿日期：2008-04-28 E-mail：caiziyu1983@163.com 对触摸动作做出快速而准确的反应，是目前最优的一种方法。 3.1 消除抖动原理 当用户点击触摸屏时，ADS7843的 PENIRQ引脚会被置 低，当触摸屏被弹起时，PENIRQ 引脚会被置高。在实际情 况下，PENIRQ引脚电压由高到低(或由低到高)跳变时，都会 产生一定时间的抖动，如图 2所示。如果不能正确消除抖动， 可能会导致触摸屏驱动的中断服务程序被错误触发。因此， 在设计触摸屏驱动程序时，采用中断和轮询相结合的方法。 P E N IR Q 图 2 点击触摸屏 PENIRQ引脚的电压变化 当触摸屏被点击时，PENIRQ 引脚会被置低，外部中断 被触发，在中断服务程序里启动 1个 10 ms的定时器，同时 清中断源，关外部中断。在定时器中断服务程序里面轮询 PENIRQ引脚，如果为低，则意味着触摸屏被点击，启动 AD 转换，读取到 X, Y的坐标值，同时再启动 1个 10 ms的定时 器。一旦检测到 PENIRQ 引脚被置高，延时 10 ms 再判断 PENIRQ 引脚，如果被置高，则意味着触摸屏被弹起。同时 开中断源，等待下次点击。这样就完成 1次触摸屏被“点击” 和“弹起”的操作。采用中断和轮询相结合的方法，保证了 触摸屏点击事件能及时被响应，同时消除了抖动。 3.2 滤波算法原理 在读取 X, Y坐标值时，有可能因为突发性脉冲干扰使读 取到的坐标值产生重大偏差，所以必须在坐标变换前对读取 到的数据进行滤波。在分析比较各种滤波方式并伴以实际测 量试验的基础上，本文采用中值平均滤波法。该方法对突发 性的脉冲干扰起到很好的消除作用，同时也具有平均值的作 用，即很好的平滑作用，是一种比较全面的方法。 首先对坐标 X和 Y进行多次采样，本文使用 9次采样， 分别记录到 xa[9]和 ya[9]数组中，为减少运算量，将 xa[9]和 ya[9]分别分 3 组取平均值，存储在 xb[3]和 yb[3]中。以处理 X坐标为例： xb[0]=(xa[0]+xa[1]+xa[2])/3 xb[1]=(xa[3]+xa[4]+xa[5])/3 xb[2]=(xa[6]+xa[7]+xa[8])/3 计算 3组数据的差值： m0=xb[0]-xb[1] m1=xb[1]-xb[2] m2=xb[2]-xb[0] 然后对上述差值取绝对值，所得结果简称为绝对差值： m0=m0>0? m0:(-m0) m1=m1>0? m1:(-m1) m2=m2>0? m2:(-m2) 判断绝对差值是否都超过差值门限，如果这 3 个绝对差 值都超过门限值，则判定这次采样点为野点，抛弃采样点， 程序返回等待下次采样。其中，差值门限须根据实验测试得 到，经测试本文取值为 3。反之，找出其中绝对差值最小的 2组数据，计算它们的平均值，同时赋值给 tmx。 if(m0标准

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