arm9 adc及觸摸屏怎么使用

# ARM9 ADC及觸摸屏使用詳解

## 目錄
1. [ARM9處理器與ADC模塊概述](#1-arm9處理器與adc模塊概述)
2. [ADC硬件電路設計要點](#2-adc硬件電路設計要點)
3. [ADC寄存器配置與驅動開發](#3-adc寄存器配置與驅動開發)
4. [四線電阻式觸摸屏工作原理](#4-四線電阻式觸摸屏工作原理)
5. [觸摸屏校準算法實現](#5-觸摸屏校準算法實現)
6. [Linux輸入子系統集成](#6-linux輸入子系統集成)
7. [常見問題與調試技巧](#7-常見問題與調試技巧)
8. [性能優化建議](#8-性能優化建議)

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## 1. ARM9處理器與ADC模塊概述

### 1.1 ARM9核心特點
ARM9系列處理器采用哈佛架構，典型代表如S3C2440/S3C2410，主要特性包括：
- 5級流水線設計
- 最高運行頻率400MHz
- 集成MMU內存管理單元
- 支持WinCE/Linux等操作系統

### 1.2 內置ADC模塊參數
```c
/* S3C2440 ADC典型參數 */
#define ADC_RESOLUTION   10bit      // 分辨率
#define MAX_SAMPLE_RATE  500KSPS    // 最大采樣率
#define INPUT_CHANNELS   8          // 輸入通道數
#define REF_VOLTAGE      3.3V       // 參考電壓

1.3 典型應用場景

• 電池電壓監測
• 環境傳感器采集（溫濕度、光強）
• 觸摸屏位置檢測
• 模擬信號處理

2. ADC硬件電路設計要點

2.1 參考電壓設計

+3.3V---[10Ω]---+---[0.1μF]---GND
                |
               REF+

2.2 輸入信號調理電路

信號源---[1kΩ]---+---[100nF]---GND
                |
               ADC_IN

2.3 抗干擾措施

• 在ADC電源引腳添加10μF鉭電容+0.1μF陶瓷電容
• 模擬地與數字地單點連接
• 信號走線避免平行于高頻數字信號

3. ADC寄存器配置與驅動開發

3.1 關鍵寄存器映射

3.2 裸機驅動示例

void ADC_Init(void) {
    // 設置預分頻器，使ADC時鐘=50MHz/(49+1)=1MHz
    rADCCON = (1<<14)|(49<<6)|(0<<3)|(0<<2)|(0<<1);
}

uint16_t ADC_Read(int channel) {
    rADCCON &= ~(0x7<<3);       // 清除通道選擇
    rADCCON |= (channel<<3);    // 設置通道
    rADCCON |= (1<<0);          // 啟動轉換
    while(!(rADCCON & (1<<15)));// 等待轉換完成
    return (rADCDAT & 0x3FF);   // 返回10位數據
}

3.3 Linux驅動開發關鍵結構

static struct file_operations adc_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = adc_open,
    .read = adc_read,
    .release = adc_release,
};

static struct miscdevice adc_misc = {
    .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
    .name = "adc",
    .fops = &adc_fops,
};

4. 四線電阻式觸摸屏工作原理

4.1 物理結構

+-------------------+
|  X+  | 導電層(上) |
|------+------------|
|  X-  | 導電層(下) |
|------+------------|
|  Y+  | 絕緣間隔   |
|------+------------|
|  Y-  | 玻璃基板   |
+-------------------+

4.2 坐標檢測流程

1. X坐標測量：

   • Y+接參考電壓，Y-接地
   • X+作為ADC輸入通道
   • 測量電壓值換算為X坐標

2. Y坐標測量：

   • X+接參考電壓，X-接地
   • Y+作為ADC輸入通道
   • 測量電壓值換算為Y坐標

5. 觸摸屏校準算法實現

5.1 三點校準法

x' = A·x + B·y + C
y' = D·x + E·y + F

5.2 校準點采集

struct calibration_point {
    int x_phys;  // 物理坐標
    int y_phys;
    int x_adc;   // ADC原始值
    int y_adc;
};

static struct calibration_point cal_points[3] = {
    {50, 50},   // 左上角
    {300, 200}, // 中心點
    {550, 350}  // 右下角
};

5.3 矩陣運算實現

void calculate_calibration_matrix(void) {
    // 構建矩陣方程
    // [x1 y1 1 0  0  0][A]   [X1]
    // [0  0  0 x1 y1 1][B] = [Y1]
    // ...              [C]
    //                  [D]
    //                  [E]
    //                  [F]
    
    // 使用高斯消元法求解6x6矩陣
}

6. Linux輸入子系統集成

6.1 輸入設備注冊

struct input_dev *ts_input;

ts_input = input_allocate_device();
ts_input->name = "ARM9 Touchscreen";
set_bit(EV_ABS, ts_input->evbit);
input_set_abs_params(ts_input, ABS_X, 0, 1023, 0, 0);
input_set_abs_params(ts_input, ABS_Y, 0, 1023, 0, 0);
input_register_device(ts_input);

6.2 事件上報

// 在中斷處理函數中
input_report_abs(ts_input, ABS_X, x_pos);
input_report_abs(ts_input, ABS_Y, y_pos);
input_sync(ts_input);

6.3 用戶空間測試

# 查看輸入設備
cat /proc/bus/input/devices

# 實時讀取觸摸事件
hexdump /dev/input/event0

7. 常見問題與調試技巧

7.1 ADC采樣異常排查

1. 檢查參考電壓穩定性（波動應<10mV）
2. 測量輸入信號阻抗（應<1kΩ）
3. 驗證時鐘配置（典型1MHz采樣時鐘）

7.2 觸摸屏漂移處理

可能原因：
1. 電源噪聲 → 增加濾波電容
2. 機械應力 → 重新安裝觸摸屏
3. 校準失效 → 重新執行校準流程

7.3 內核Oops分析

# 使用objdump反匯編定位問題
arm-linux-objdump -dS vmlinux | grep -A 20 <故障地址>

8. 性能優化建議

8.1 軟件優化技術

// DMA傳輸代替中斷方式
void __init adc_dma_init(void) {
    dma_cap_zero(mask);
    dma_cap_set(DMA_SLAVE, mask);
    dma_chan = dma_request_channel(mask, filter, NULL);
    
    sg_init_table(&sg, 1);
    sg_dma_address(&sg) = dma_map_single(dev, buf, len, DMA_FROM_DEVICE);
}

8.2 硬件加速方案

• 使用獨立的ADC芯片（如ADS7846）
• 增加硬件濾波電路
• 采用電容式觸摸屏方案

8.3 實時性保障措施

1. 配置高優先級中斷（IRQ_PRIORITY=0）
2. 使用RT-Preempt內核補丁
3. 禁用CPU頻率調節

echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor

附錄A：S3C2440 ADC時序參數

參考文獻 1. S3C2440A User Manual, Samsung, 2004 2. Linux Device Drivers, 3rd Edition, O’Reilly 3. ARM System-on-Chip Architecture, 2nd Edition “`