觸摸式車載影音系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

楊保亮，張旭東

（1.重慶文理學(xué)院 電子電氣工程學(xué)院，重慶 402160；2.浙江博聲電子有限公司，浙江 寧波 315000）

觸摸式車載影音系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

楊保亮1，張旭東2

（1.重慶文理學(xué)院 電子電氣工程學(xué)院，重慶 402160；2.浙江博聲電子有限公司，浙江 寧波 315000）

介紹了一種新型的嵌入式車載影音系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。從車載影音系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)出發(fā)，介紹了觸摸屏模塊、AM/FM模塊和前面板模塊的設(shè)計(jì)。最后介紹了軟件系統(tǒng)的消息處理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)原理并給出了主程序流程圖。

車載影音；觸摸屏；AM/FM；消息處理機(jī)制

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，特別是21世紀(jì)信息時(shí)代的到來和我國汽車行業(yè)的興起，與之相關(guān)的汽車多媒體技術(shù)也蓬勃發(fā)展起來了，人們對(duì)汽車音響需求與日俱增，簡單的、功能單一的低端音響不能滿足人們的需求，研發(fā)一種清晰度更好、聽覺視聽效果更好、集各種功能于一體的車載影音系統(tǒng)迫在眉睫，因此本文介紹一種觸摸式的具有Radio、IRDA、MP3、AM/FM、CD、DVD等功能的汽車影音系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)方法，目前該產(chǎn)品已投入市場且取得了很好的效益。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本文介紹的汽車影音系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由DVD伺服系統(tǒng)、AM/FM收音機(jī)模塊、前面板模塊、紅外遙控模塊、觸摸顯示屏、U盤和SD卡接口模塊、音視頻控制和功放電路模塊等組成，其中前面板主要是播放功能鍵和各種模式的切換功能鍵等，U盤和SD卡接口模塊主要用來播放U盤和SD卡中音視頻，DVD伺服系統(tǒng)主要完成DVD機(jī)芯的伺服控制，同時(shí)完成各種音視頻解碼、編碼等。

圖1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

根據(jù)汽車影音系統(tǒng)的控制功能，結(jié)合外圍模塊的工作器件和接口原理，在軟硬件的設(shè)計(jì)中，采用高集成度、低耦合度的結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，力爭硬件結(jié)構(gòu)模塊化、軟件通用化、控制可靠、軟硬件協(xié)調(diào)工作。同時(shí)考慮到生產(chǎn)成本問題，選擇性價(jià)比高的器件，特別是合適的主控MCU，既要滿足系統(tǒng)軟件和硬件性能要求，又要降低成本。

2.1 微控制器的選擇

主控MCU的主要功能是協(xié)調(diào)各個(gè)功能模塊按著一定的時(shí)序有條不紊地工作，其中包括收音機(jī)鎖相環(huán)的控制、LCD顯示、按鍵的處理、音視頻的控制和切換、DVD伺服系統(tǒng)的通信等。鑒于MCU在處理速度、外部資源和價(jià)格等方面的考慮，MCU要具有豐富的I/O資源、串行數(shù)據(jù)的通信能力、較多的中端源、實(shí)時(shí)的處理能力、較低的價(jià)格，所以選擇了ST公司的ST72F321。ST72F321是在工業(yè)控制領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用的ST7系列產(chǎn)品中的一員，ST7系列產(chǎn)品內(nèi)嵌工業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)的8位微控制器核，具備增強(qiáng)型指令系統(tǒng)，提供Flash和ROM版本，在軟件的控制下有四種控制方式。ST72F321單片機(jī)片內(nèi)能提供較多的軟硬件資源，片內(nèi)具有60 KB高容量閃存程序存儲(chǔ)器，2 KB的RAM。ST72F321的中斷管理有14個(gè)中斷向量加TRAP和 RESET，還有 15個(gè)外部中斷輸入（占用4個(gè)向量）。ST72F321單片機(jī)有48個(gè)多功能雙向I/O腳、5個(gè)定時(shí)器、16個(gè)輸入通道的10位A/D。此外ST72F321提供了 3種通信接口：SCI、SPI、I2C總線接口，可以方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

2.2 觸摸屏的設(shè)計(jì)

觸摸技術(shù)以其直觀、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)就是采用觸摸技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的。

ADS7846是BB公司生產(chǎn)的一種四線制觸摸屏控制器，廣泛應(yīng)用在電阻式觸摸屏系統(tǒng)中，ADS7846的核心是一個(gè)具有采樣和保持功能的12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速率可達(dá) 125 kHz，且分辨率可編程為8位或12位。該器件不僅具有X、Y坐標(biāo)測量功能，還具有電池電壓、芯片溫度、觸摸壓力和外模擬量4種測量功能，其工作方式可由控制字決定，片內(nèi)的6選1模擬多路開關(guān)可根據(jù)微控制器送來的命令字來選擇6個(gè)電壓量之一（X+、Y+、Y-、VBAT、TEMP、AUXIN），并將其送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，再通過SPI接口將轉(zhuǎn)換值送入微控制器。此外，ADS7846還集成有觸摸識(shí)別電路，當(dāng)檢測到有觸摸時(shí)，該電路會(huì)在PENIRQ（筆中斷）引腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)，并以該信號(hào)向微控制器提出測量觸點(diǎn)坐標(biāo)的中斷請(qǐng)求。該芯片采用單電源供電，工作電壓為2.2～5.25 V，且內(nèi)部自帶+2.5 V的參考電壓。ST72F321和ADS7846觸摸屏控制器的觸摸系統(tǒng)硬件接口電路如圖2所示， 其中 TX+、TX-、TY+、TY-為位置輸入端，分別對(duì)應(yīng)四線制電阻式觸摸屏的四線制接口，BUSY為忙信號(hào)指示，ADSCS為片選輸入，DIN和DOUT為串行數(shù)據(jù)的輸入和輸出，DCL為外部時(shí)鐘輸入引腳，PENIRQ為筆中斷引腳，工作時(shí)應(yīng)通過10～100 kΩ的電阻上拉，當(dāng)有出發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可以向控制器發(fā)出中斷請(qǐng) 求 ，所 以 在 本 系 統(tǒng) 中 ADSCS、DCLK、DIN、BUSY、DOUT、PENIRQ 分 別 接 ST72F321 單 片 機(jī) 的 PE3、PB6、PB7、PE5、PE2、PB4。 另外，IN3、IN4 為兩個(gè)附屬 A/D 輸入通道，本系統(tǒng)沒有用到，使用時(shí)可將其接地。

2.3 收音機(jī)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的收音機(jī)部分采用了數(shù)字PLL芯片控制高頻頭專用模塊的形式來完成數(shù)字調(diào)諧功能，其中數(shù)字PLL芯片采用日本東芝公司的TC9257，高頻頭采用LA1787。數(shù)字PLL芯片的主要功能為PLL頻率合成系統(tǒng)中的參考分頻器、可編程分頻器和相位比較器等。ST72F321單片機(jī)發(fā)出控制命令后，經(jīng)過PLL芯片處理，從芯片的相位比較器輸出端輸出參考頻率和可編程計(jì)數(shù)器分頻信號(hào)之間的相位差，通過外圍的低通濾波電路控制LA1787產(chǎn)生相應(yīng)的本振信號(hào)，其中TC9257的接口電路如圖3所示。

2.4 前面板控制電路

圖4 前面板的電路圖

前面板的電路主要是處理用戶的輸入命令以實(shí)現(xiàn)用戶的操作，為了節(jié)約主控芯片的I/O資源，不是采用矩陣模式的鍵盤，而是采用A/D按鍵，因?yàn)镾T72F321提供了兩通道的A/D轉(zhuǎn)換器，結(jié)合車載音響的常用功能按鍵，其實(shí)現(xiàn)電路如圖4所示。其中主程序定時(shí)檢測KEY0、KEY1的電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換器獲取電壓值，然后查表得到按鍵值發(fā)送到消息隊(duì)列中，讓主程序處理，其中電路串聯(lián)的電阻值不相同，是為了實(shí)現(xiàn)按鍵按下后電壓值可以均勻分布。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在汽車影音系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不僅要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各個(gè)功能和各種指標(biāo)，而且要考慮軟件的可維護(hù)性和擴(kuò)展性，所以采用了結(jié)構(gòu)化編程思路，將各個(gè)功能模塊劃分為相互獨(dú)立的模塊。本系統(tǒng)主要包括主程序和電源管理、消息處理、模式控制、解碼DVD、收音機(jī)處理、UI處理、DVD通信、音量控制等子程序。下面主要介紹主程序和觸摸屏子程序的設(shè)計(jì)。

3.1 主程序的設(shè)計(jì)

汽車影音系統(tǒng)的主程序流程圖如圖5所示，輸入主要包括按鍵和觸摸屏幕，遙控器數(shù)據(jù)、DVD狀態(tài)，輸出部分為LCD、輸出DVD命令等。為了本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)滿足系統(tǒng)各種性能指標(biāo)和實(shí)時(shí)性的要求，同時(shí)使程序更易維護(hù)和擴(kuò)展，主程序采用了基于消息驅(qū)動(dòng)的編程方法。

基于消息驅(qū)動(dòng)的編程方法，即通過在中斷服務(wù)程序中，向主程序的消息隊(duì)列添加相應(yīng)的消息，將中斷服務(wù)程序中的數(shù)據(jù)處理部分分離出來。在主程序中，通過讀取消息隊(duì)列的消息，根據(jù)相應(yīng)的處理函數(shù)進(jìn)行處理，然后銷毀執(zhí)行完成的消息。

3.2 觸摸屏程序的設(shè)計(jì)

ADS7846可通過片內(nèi)模擬多路開關(guān)的切換，將X+/Y+端接VCC，將X-/Y-端接地，并將X+/Y+和X-/Y-以差分形式接到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。這樣，當(dāng)點(diǎn)擊觸摸屏的不同位置時(shí)，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器中的電壓就不相同，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，就可得到觸點(diǎn)的輸出值，該輸出值與觸點(diǎn)的位置成近似線性關(guān)系。ADS7846與ST72F321之間通過標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口相連，并由ST72F321啟動(dòng)三次SPI傳送來完成轉(zhuǎn)換。第一次SPI傳送由ST72F3211向ADS7846發(fā)送控制字，含起始位、通道選擇、8/12位模式選擇、差分／單端選擇和掉電模式選擇；后兩次SPI傳送則是ST72F321讀取A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果數(shù)據(jù)，至此便完成了ADS7846和ST72F321之間的一次通信。其中觸摸屏軟件設(shè)計(jì)的流程如圖6所示。

本文的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的產(chǎn)品經(jīng)過測試取得良好的效果，現(xiàn)在該產(chǎn)品已經(jīng)投入生產(chǎn)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)的硬件電路可靠、穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，軟件的設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，而且軟件具有模塊化、集成化、通用化的特點(diǎn)，易于維護(hù)和升級(jí)，同時(shí)該系統(tǒng)成本低，對(duì)設(shè)備的要求低，易于生產(chǎn)。

[1]鄭旭琴，程恩.基于 SPCE061A的車載DVD播放器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]，微計(jì)算機(jī)信息，2005，21（10-2）：150-152.

[2]鄧亞平，賈顥.基于 C8051F021和 ADS7846的觸摸屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子元器件應(yīng)用，2009，11（8）：31-32.

[3]Burr-Brown Corporation.ADS7846 Touch Screen Controller Datasheet.2005.

[4]ST.ST72F321B DATASHEET.2006.

[5]TOSHIBA.TC9257P/F DATASHEET.1998.

[6]ST.ST7 Program Manual Datasheet.2005.

The design and research of touch car video and audio system

Yang Baoliang1，Zhang Xudong2

（1.Chongqing University of Arts and Sciemces，Chongqing 402160，China；2.Zhejiang Bosen Electronic Corp，Ningbo 315000，China）

A new form of embedded car video and audio systems is introduced.Both hardware and software are discussed and the design of hardware and software and the touch screen module design，AM/FM module design，the design of the module key board are detailed given in this paper，F(xiàn)inally，the paper analyzed the whole system of information processing mechanism of realization of principles and explained the main program block diagram.

car video and audio；touch screen；AM/FM；message handling mechanism

TP202

B

1674-7720（2011）01-0086-04

2010-08-12）

楊保亮，男，1979年生，碩士研究生，主要研究方向：測控技術(shù)，嵌入系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用。

張旭東，男，1983年生，工程師，主要研究方向：音視頻信息處理。