基于觸摸屏的某型雷達(dá)干擾機(jī)的人機(jī)接口設(shè)計(jì)

摘要：為滿足某型火控雷達(dá)干擾機(jī)小型化、人機(jī)對(duì)話方便快捷的要求，提出一種采用觸摸屏作為干擾機(jī)人機(jī)交互設(shè)備的設(shè)計(jì)方案。介紹了基于三星$3C2440微處理器的觸摸屏及液晶顯示屏接口電路，闡述了基于Windows CE 5．0操作系統(tǒng)對(duì)觸摸屏驅(qū)動(dòng)的開發(fā)思想。該方案對(duì)于提高干擾機(jī)的便攜性和能耗方面，具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：觸摸屏；ARM微處理器；人機(jī)接口；干擾機(jī)

中圖分類號(hào)：TM334 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1001—1390(2010)8A一0139-03

引言

    為增強(qiáng)防空部隊(duì)某型號(hào)火控雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)能力，完善抗干擾訓(xùn)練手段，提高部隊(duì)在干擾環(huán)境下訓(xùn)練的針對(duì)性和有效性，使部隊(duì)電子對(duì)抗作戰(zhàn)能力得到有效提升，研制了一款便攜式的訓(xùn)練用于擾機(jī)。干擾機(jī)由嵌入式ARM9微處理器$3C2440A、干擾源模塊以及觸摸屏人機(jī)對(duì)話模塊組成，具有干擾樣式豐富、干擾效果顯著、顯示直觀、操作簡便、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

1 硬件設(shè)計(jì)

    電子干擾訓(xùn)練器由人機(jī)接口模塊、干擾源模塊、主控模塊三大部分等組成。如圖1所示。

 

雷達(dá)電子干擾訓(xùn)練器組成方框圖
 

1．1主控模塊

    主控模塊為整個(gè)訓(xùn)練器的控制核心。通過它可控制鍵盤選擇需要的干擾樣式、干擾頻率、干擾強(qiáng)度等干擾信號(hào)參數(shù)，同時(shí)控制觸摸屏顯示干擾模擬器當(dāng)前的干擾樣式、頻率、強(qiáng)度等信息，并以菜單方式提示其使用方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬器工作狀態(tài)清楚，操作簡單、易學(xué)的要求，達(dá)到人機(jī)對(duì)話過程實(shí)時(shí)反饋信息的目的。主控模塊采用三星公司生產(chǎn)的S3C2440A處理器，S3C2440A是三星公司生產(chǎn)的基于ARM 920T內(nèi)核的RISC微處理器，其集成的LCD控制器相當(dāng)于顯卡，用于傳輸視頻數(shù)據(jù)和產(chǎn)生必要的控制信號(hào)。$3C2440A自帶觸摸屏控制器，可實(shí)現(xiàn)用觸摸屏作為輸入設(shè)備。

1．2干擾源模塊

    干擾源模塊是訓(xùn)練器的關(guān)鍵部件，主要由微波固態(tài)振蕩源、微波功率放大器以及天線組成。微波固態(tài)振蕩源采用先進(jìn)的數(shù)字式直接頻率合成(DDS)技術(shù)，具有頻率穩(wěn)定度高、可靠性高以及體積小等特點(diǎn)。其高頻振蕩頻率可在規(guī)定的范圍內(nèi)由ARM微處理器串口直接發(fā)送數(shù)碼控制得到。微波功率放大器將高頻能量進(jìn)行放大，從而提高干擾的輻射距離，放大器的功率可根據(jù)實(shí)際需要選擇。

1．3人機(jī)接口模塊

    人機(jī)交互是指通過輸入輸出設(shè)備實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的對(duì)話。決定接口方式的主要因素是成本和實(shí)際應(yīng)用的需要。液晶顯示器(LCD)功耗低、體積小、重量輕，特別適用于便攜式儀器。觸摸屏附在顯示器的表面，與顯示器相配合使用，只要能澳8量出觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)位置，則可根據(jù)屏上對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的顯示內(nèi)容或圖符獲知觸摸者的意圖，進(jìn)而進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互團(tuán)。由于電阻式觸摸屏能夠承受惡劣環(huán)境因素的干擾以及其表面經(jīng)硬度及防化學(xué)處理，適合野外作業(yè)等實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，故選用電阻式觸摸屏作為本裝置的人機(jī)交互的輸入設(shè)備。本系統(tǒng)采用NEC公司生產(chǎn)的帶觸摸屏的NL2432LCD顯示屏作為人機(jī)交互通道，該屏為3．5英寸320x240TFT LCDM。

    S3C2440A內(nèi)部集成LCD控制器，支持STN和ⅡT的各種型號(hào)的LCD屏。LCD控制器的功能是傳遞數(shù)據(jù)并產(chǎn)生顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)LCD。

 

圖2 LCD控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖
 

    S3C2440A內(nèi)置的LCD控制器由REGBANK、LCDCDMA、VIDPRCS、TIMEGEN和LPC3600組成。REGBANK是LCD控制器的寄存器組，用來對(duì)LCD控制器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；LCDCDMA是LCD控制器專用的DMA信道，負(fù)責(zé)將視頻資料從系統(tǒng)總線上取來，通過VIDPRCS從VD[23：0](像素輸出端口)發(fā)送給LCD屏；同時(shí)1f1MEGEN和LPC3600負(fù)責(zé)產(chǎn)生LCD屏所需要的控制時(shí)序，例如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN，然后從VIDEO MUX送給LCD屏。

    LCD的控制信號(hào)由TIMEGEN產(chǎn)生，主要有以下幾個(gè)重要控制信號(hào)LWCLK：像素時(shí)鐘信號(hào)；HSYNC：行同步信號(hào)，表明LCD屏開始顯示新的一行數(shù)據(jù)；VSYNC：幀同步信號(hào)，表明LCD屏開始顯示新的一幀數(shù)據(jù)；VDEN：數(shù)據(jù)使能信號(hào)，用來標(biāo)明視頻資料的有效。LCD的24根數(shù)據(jù)線VD[23：01直接與處理器的LCD數(shù)據(jù)線相連，觸摸屏的4根信號(hào)線(xP、XM、YP、YM)與S3C2440A對(duì)應(yīng)名稱引腳直接相連，控制信號(hào)和電源與相應(yīng)信號(hào)也是直接相連。連接方式如圖3所示。

 

圖3 S3C2440A與LCD觸模屏連接示意圖
 

2 軟件設(shè)計(jì)

    在S3C2440A芯片上提供了專門的觸摸屏接口，并且有4種工作模式：本系統(tǒng)采用的四線電阻式觸摸屏驅(qū)動(dòng)只采用了觸摸屏接口的其中兩種工作模式：中斷模式和正常轉(zhuǎn)化模式。當(dāng)觸摸屏被點(diǎn)擊后，進(jìn)人中斷模式，將寄存器ADCTSC設(shè)置為Oxff，產(chǎn)生中斷INT TC，中斷源消失后，進(jìn)入正常轉(zhuǎn)換模式。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是提供操作系統(tǒng)和硬件之間接口的模塊．驅(qū)動(dòng)程序用來描述某個(gè)物理或者虛擬設(shè)備的具體功能，并管理這些設(shè)備的操作。大多數(shù)的驅(qū)動(dòng)程序是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)管理器加載的，而觸摸屏驅(qū)動(dòng)由圖形窗口消息子系統(tǒng)加載。觸摸屏采用本地驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)自己的中斷服務(wù)程序。

    Windows CE 5．0下的觸摸屏驅(qū)動(dòng)直接納入到了GWES(圖形窗口消息子系統(tǒng))的管理下，而不是象流驅(qū)動(dòng)由Device Manager-來管理。觸摸屏驅(qū)動(dòng)采用分層式結(jié)構(gòu)，模板驅(qū)動(dòng)(model driver interface，MDD)和平臺(tái)驅(qū)動(dòng)(Platform dependent driver，PDD)。MDD層實(shí)現(xiàn)了觸摸屏驅(qū)動(dòng)的整個(gè)邏輯架構(gòu)，提供了供系統(tǒng)調(diào)用的DDI函數(shù)接口，定義了在PDD層中實(shí)現(xiàn)的DDSI函數(shù)接口rdevice driver眙1wice provider interface)o MDD層的源代碼在WINCE500WUBLIC＼COMMONXOAK、DRIVERSWOUCHWCHMAIN路徑下，PDD層一般在OEM廠商提供的BS咆中，WINCE500WLATFORM＼8mdk2440＼DRIvERS＼TOUCHPo對(duì)于Platform Builder提供的有關(guān)觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)層(MDD)部分不需要進(jìn)行修改，只需要根據(jù)硬件設(shè)備修改依賴平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序?qū)?PDD)的代碼來實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸屏的支持。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)加載觸摸屏驅(qū)動(dòng)，此時(shí)DDI函數(shù)接口TouchPanelEnable被調(diào)用，觸摸屏的硬件初始化就是在該函數(shù)下完成的，包括采樣功能和硬件中斷。接下來創(chuàng)建分支線程，并在該線程中調(diào)用WaifforSingleObject等待中斷事件的觸法。當(dāng)觸摸屏被點(diǎn)擊中斷觸發(fā)，該線程從阻塞狀態(tài)恢復(fù)執(zhí)行，在該線程中調(diào)用PDD層的DDSI接口函數(shù)DdsiTouchPanelGetPoim，返回最近的一次數(shù)據(jù)采樣坐標(biāo)值囹。

    完成驅(qū)動(dòng)開發(fā)后還要進(jìn)行校準(zhǔn)，常用的校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量為5。校準(zhǔn)程序?qū)⒃谛?zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)處相應(yīng)顯示一個(gè)十字叉，用戶需要精確地在該十字叉位置按下觸摸屏，驅(qū)動(dòng)通過TouehPanelReadCaliBrationPoint函數(shù)讀取相應(yīng)的觸摸屏坐標(biāo)值，然后開始下一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)。循環(huán)設(shè)定5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)后，將采集到的觸摸屏坐標(biāo)值和校準(zhǔn)點(diǎn)屏幕坐標(biāo)送到TouchPanelsetCaUBration函數(shù)中進(jìn)行處理口。

3 結(jié)束語

    本文以三星公司ARM9內(nèi)核芯片S3C2440A、東華3．5英寸啾晶顯示屏和4線電阻式觸摸屏為硬件基礎(chǔ)，結(jié)合干擾機(jī)的小型化、易操作的需求，采用Windows CE 5．O操作系統(tǒng)，通過對(duì)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，形成了某型號(hào)的干擾機(jī)的人機(jī)接口模塊。這套裝置具有體積
小、重量輕、功耗低、控制靈活、操作簡單方便、界面友好、輸入速度快等特點(diǎn)，用戶可以通過觸摸屏畫面提示信息進(jìn)行操作。本課題對(duì)其它智能儀器的人機(jī)交互接口設(shè)計(jì)也具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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【2】蔣夏林．基于觸摸屏的便攜式生化儀人機(jī)接口設(shè)計(jì)忉．電測(cè)與儀表，2008
【3降海輝．基于Al珊9處理器的數(shù)據(jù)傳輸終端的設(shè)計(jì)刪．桂林電子科技大學(xué)，2009．

作者簡介：
郭瑞玲(1979一)，女，碩士研究生。從事測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器研究。

鄒向陽(1964--)，男。碩士研究生導(dǎo)師，從事炮瞄雷達(dá)、電子對(duì)抗、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)接口等方面的研究。