摘要：该文介绍了以AVR为核心的触摸屏和LCD的应用。通过AVR单片机对触摸屏信号的采集和计算，获得触摸点在触摸屏幕上的坐标，根据不同的坐标获取液晶屏上相应的显示内容，并利用8条并行数据线将显示的内容送至LCD显示。当LCD液晶屏被刷新后会进入相应的显示界面，最终实现人机界面系统的设计。
关键词：触摸屏；AVR单片机；人机交互
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）23-5357-03
触摸屏是一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的而且又适用于中国多媒体信息查询国情的输入设备，触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点，极大地方便了那些不懂电脑操作的用户。其优点是操作简便直观、图像清晰、坚固耐用及节省空间，它可配用于一切电子显示器，并可与显示器制成一体，人机交互性佳，操作方便，使用灵活，效率高及输入速度快。触摸屏技术广泛应用于家用电器、销售终端机（POS）、多媒体教学、房地产预售、银行、医院、飞机与车船预订和城市导游机等领域，将会发展成为未来诸种信息产品的主流技术之一。
1 系统设计思路
系统应包含信号采集、数据处理、数据显示和通信接口这四大功能模块，如图1所示。以下分别对这几个部分的功能作简要介绍。
触摸屏信号采集模块：此模块的主要部件是触摸屏，主要负责感应外界对触摸屏表面的触摸动作。由于屏幕表面上的触摸位置不同，触摸屏输出端将向单片机发送不同的数据，完成触摸信号的采集。是人机交互模块重要部件之一。
MCU控制器：此模块主要功能是数据的接收和运算处理，并将数据传送给其他设备，上至PC机，下至液晶屏。
界面显示模块：此模块接收由单片机发来的数据，并在单片机的显示控制下，将数据按预期显示在屏幕上，提供给操作者人性化的界面。单从人机交互这一模块来说，也是重要部件之一。
通信接口模块：单片机接收到数据采集模块传来的数据后，通过通信接口与上位机相连，并将处理后的数据送至上位机，完成进一步的系统调试（如：软件仿真等），或进行系统延伸、扩展。
2 系统硬件设计
整个硬件系统的系统框图设计如图2所示。
系统硬件设计框图中，四线电阻式触摸屏用来感应外界触摸动作，在AVR单片机ATmega16的协作下完成触摸信号的采集，并将采集到的信号送入ATmega16的8路（实际电路设计中只需要用4路）10位ADC输入端口，完成整个系统的输入部分。紧接着AVR单片机对采集到的信号进行有效性判断，若采集到的信号无效，单片机内部已烧制的控制程序会使触摸屏返回初始状态，继续等待有效的触摸信号产生。若单片机接受到有效的输入信号，经过内部运算处理，得到触摸点在触摸屏幕上的坐标，根据不同的坐标单片机会向LCD发送不同的数据，在LCD显示驱动程序的控制下，完成不同界面的显示，从而实现界面系统的设计。图中电源管理模块提供+5V的电压，作用于LCD显示器、AVR单片机和指示灯。
3 系统软件设计
3.1 设计思路及系统框图
整个系统以实现人机界面系统设计为目的，设计要达到这个目的，首先就必须触摸信号的采集控制程序，其次要对采集到的信号进行有效性的判别，最后通过单片机把显示指令和显示的数据送至LCD显示。实际的软件模块设计中，将上述过程细划分为系统初始化模块、触摸屏信号采集模块、数据处理模块、串口通信模块、LCD显示模块五大部分。
对系统进行初始化设置，也就是各外设初始状态的设定（包括AVR单片机自身I/O口的初始化，触摸屏初始化、LCD初始化）。信号采集是整个系统人机交互时的输入部分，即触摸屏与单片机的协作运行，完成触摸信号的采集工作，并将采集到的有效信号提供单片机。串口通信的数据传输，是方便系统的软件调试和系统扩展而设计的，它主要完成向上位机（或其他嵌入式系统的MCU）传送数据。发送的信息是具有特定协议的数据。人机交互模块是针对触摸屏和LCD两大模块的综合设计。
3.2 触摸屏信号采集模块
触摸屏驱动程序主要是指点坐标的测量及运算。触摸点坐标的测量，从单片机模数转换原理上讲，就是完成一次A/D转换，只要发送两次控制字分别读出X和Y的坐标。其采集模块软件设计流程如图3所示。
此模块的程序设计实现了这样的功能：当系统上电复位后，单片机会对触摸屏进行扫描，当触摸屏的屏幕上产生有效的触摸动作时，才对X、Y面进行分时的电压采集（在对X、Y坐标进行分时电压采集时，采集互换的时间很短，通常在0.01ms左右，因此一般手指的触摸动作，这个分时电压采集的过程已完成了几百或几千次），得到相应的X坐标和Y坐标，从而确定触摸点的坐标。
3.3 LCD显示模块
3.4 人机交互模块
当触摸屏被按下时，将调用触摸屏的扫描程序。扫描程序负责除去触摸屏被按下时，那段极短时间内的抖动，以及触摸屏被按下经过一定的延时将其释放。整个去抖过程的波形呈现准方波波形，从而达到消除抖动的目的。
4 结束语
本文介绍了一种基于AVR单片机的触摸屏人机界面系统的设计。通过调试，系统正常工作时，根据手对触摸屏表面不同位置的触摸，系统能进行界面切换，通过点击模式选择，能完成字符和汉字的显示。触摸屏技术方便了人们对计算机的操作使用，是一种极有发展前途的交互式输入技术。
参考文献：
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