s3c2440裸机编程-电阻触摸屏

1 电阻触摸屏原理#

触摸屏包含上下叠合的两个透明层，一般覆盖在lcd表面，两个透明层是由均匀的电阻介质组成，如下图：

当触摸屏表面受到的压力（如通过笔尖或手指进行按压）足够大时，顶层与底层之间的薄膜会产生接触，此时会形成x方向和y方向的坐标。那么x，y坐标的值是怎么得来的呢？本质上就是通过ADC转换得来的。

触摸屏的等效电路可以看成如下图：

计算触点的X，Y坐标分为如下两步：

1.1 计算Y坐标#

在Y+电极施加驱动电压Vdrive， Y-电极接地，由于上下两层膜形成触点，X+做为触点的引出端，测量得到接触点的电压，触点电压与Vdrive电压之比等于触点Y坐标与屏高度之比。如下图：

1.2 计算X坐标#

在X+电极施加驱动电压Vdrive， X-电极接地，由于上下两层膜形成触点，Y+做为触点的引出端，测量得到接触点的电压，Y+做为引出端测量得到接触点的电压，触点电压与Vdrive电压之比等于触点X坐标与屏宽度之比。如下图：

2 电阻触摸屏的几种模式#

2.1 等待中断模式#

平时的时候上下两层膜并不粘在一起，我们把这种状态称为“等待中断模式”， 等效电路如下图的右边那幅图：

s5、s4闭合，s1、s2、s3断开，这个时候Y_ADC/XP通过S5接上拉电阻，处于高电平状态,X_ADC/YP接地。没法读取x,y坐标。

2.2 读取x坐标模式#

给X方向通电，也就是让S1、S3开关闭合，s2、s4断开，那么当屏幕按下，触点YP的电平就对应x坐标。（XP到XM之间是均匀的电阻介质）

x_adc电压/vcc = x坐标/width, 所以x坐标= width * x_adc电压/vcc

2.3 读取y坐标模式#

给Y方向通电，也就是让S2、S4开关闭合，s1、s3断开，那么当屏幕按下，触点XP的电平就对应y坐标。（YP到YM之间是均匀的电阻介质）

y_adc电压/vcc = Y坐标/height, 所以y坐标= height * y_adc电压/vcc

2.4 TS中断流程#

总结一下单次触发TS中断，使用触摸屏的流程：

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1. 按下触摸屏，产生TS中断
2. 启动ADC(目的是获取x,y方向上的坐标值)
3. ADC转换完成，产生adc中断（adc转换需要一定的时间）
4. ADC中断中来读取x y坐标
5. 松开，结束

我们知道，现在的手机都是支持屏幕滑动翻页和长按的功能。那么这些功能是如何做到的呢？

2.4.1 中断加入定时器#

如何让触摸屏支持长按或者滑动操作（多次触发TS中断）？

答案:定时器，当长按屏幕，会产生多次TS中断，因此我们需要用定时器来判断，当定时一段时间后，还有TS中断产生，那么我们认为是长按操作，进行中断响应。滑动也是类似的道理，当定时时间到后，如果还有TS中断产生，且坐标发生了改变，就认为是滑动操作。

<5> 启动定时器
<6> 一段时间后，定时器中断发生，判断触摸屏是否仍被按下(是否有定时器中断产生)，如果有就循环上述过程<2><3><4><5>

可以用如下流程图概括TSC的整个SW flow.

2.4.2 带定时器的TS中断处理流程#

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3 触摸屏接口模式#

3.1 Normal Conversion Mode#

正常转换模式，一般情况下可以配置ADCCON和ADCDAT0来读取数据。

3.2 Separate X/Y position conversion Mode#


x,y坐标分离转换格式，x坐标会写入ADCDAT0, y坐标会写入ADCDAT1,所以会产生2次中断开分开完成x,y的坐标转换。

3.3 Auto(Sequential) X/Y Position Conversion Mode#

自动转换模式，当触摸屏按下后，会一次性对x,y方向的坐标进行转换，x坐标会写入ADCDAT0, x坐标会写入ADCDAT1。会产生一次中断进行x,y坐标的自动转换。

3.4 Waiting for Interrupt Mode#

等待中断模式 。可以设置rADCTSC=0xd3;也就是对应下图寄存器 // XP_PU, XP_Dis, XM_Dis, YP_Dis, YM_En.当产生中断信号(INT_TC)后，等待中断模式必须清除.(即XY_PST sets to the No operation Mode).

4 触摸屏控制器#

4.1 TS控制寄存器#

电阻触摸屏的原理本质上就是ADC，ADC相关寄存器介绍详见s3c2440裸机-ADC编程或者s3c2440裸机编程-ADC | Hexo (fuzidage.github.io)
TSC相比ADC多了一个ADCTSC寄存器，如下图：
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当bit[2]=0，normal mode时，那么bit[1:0]需要配置成01或者10进行手工测量x,y.
当bit[2]=1，auto mode时，那么bit[1:0]需要配置成0,进行自动测量。

4.2 DATA寄存器#

4.2.1 x坐标ADCDATA0#

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4.2.2 y坐标ADCDATA1#

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4.3 松开按下检测寄存器#

这个寄存器可以检测是否有触摸中断产生，是按下触摸屏了，还是松开触摸屏了。
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5 触摸屏编程示例#

5.1 ADC中断产生#

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5.1.1 中断源#

ADC和TSC共用一个中断源，如下：

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SRCPND表示哪个中断源产生了中断请求。

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5.1.2 中断模式#

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5.1.3 中断屏蔽寄存器#

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5.1.4 中断挂起寄存器#

用来显示当前优先级最高的、正在发生的中断, 需要清除对应位。

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从SRCPND寄存器可以读到ADC和TSC复用的同一个中断源，那么如何区分呢？

可以从SUBSRCPND寄存器配置，如下：

5.1.4.1 SUBSRCPND寄存器#

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当bit 9被置1时，表示TSC中断。那么我们需要打开subsrcmask寄存器：

5.1.4.2 INTSUBMSK寄存器#

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所以TSC中断的产生流程如下：

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5.2 TS触摸屏编程流程#

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1. 初始化TSC，ADCTSC寄存器
2. 设定TSC处于“等待中断模式”
3. 使能TSC中断
　　　　　　INTSUBMSK
　　　　　　MSK/MODE
4. 按下，进入TSC中断
　　　　　　进入自动采集转换模式
　　　　　　启动ADC
5. ADC中断
　　　　　　读数据
　　　　　　再次进入”等待中断模式“
　　　　　　启动定时器（为了处理长按或者滑动操作）
6. 定时器中断
　　　　　　若松开，结束
　　　　　　如任然按下，进入步骤4的启动ADC流程

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5.2.1 初始化#

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void touchscreen_init(void) {
    /* 设置触摸屏接口:寄存器 */
    adc_ts_reg_init();
    /* 设置中断 */
    adc_ts_int_init();
    /* 让触摸屏控制器进入"等待中断模式" */
    enter_wait_pen_down_mode();
}

5.2.1.1 ts寄存器初始化#

主要是设置预分频，产生ADC clk = 1MHz。

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void adc_ts_reg_init(void) {
    /* [15] : ECFLG,  1 = End of A/D conversion
     * [14] : PRSCEN, 1 = A/D converter prescaler enable
     * [13:6]: PRSCVL, adc clk = PCLK / (PRSCVL + 1)
     * [5:3] : SEL_MUX, 000 = AIN 0
     * [2]   : STDBM
     * [0]   : 1 = A/D conversion starts and this bit is cleared after the startup.
     */
    ADCCON = (1<<14) | (49<<6) | (0<<3);
    ADCDLY = 0xff;    
}

5.2.1.2 ts 中断初始化#

为了将中断源开启，这里设置SUBSRCPND 和INTSUBMSK让中断源开启。通过register_irq（）注册中断号和中断服务程AdcTsIntHandle，查表得出中断号为31，这样当硬件产生中断后可以从INTOFFSET区分是哪个中断号。如下图：

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void adc_ts_int_init(void) {
    SUBSRCPND = (1<<TC_INT_BIT) | (1<<ADC_INT_BIT);/*清中断*/
    /* 注册中断处理函数 */
    register_irq(31, AdcTsIntHandle);    /*31号中断*/
    /* 使能中断 */
    INTSUBMSK &= ~((1<<ADC_INT_BIT) | (1<<TC_INT_BIT));//防止屏蔽（SUBMSK）
    //INTMSK    &= ~(1<<INT_ADC_TC);//reg_irq已经使能了31中断号
}

5.2.1.3 进入”等待中断模式”#

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进入等待中断模式，YM闭合， YP， XP， XM断开，需要pull up，WAIT_PEN_DOWN表示要等待的是按下中断，当触摸屏按下时就会产生一个TSC irq,反之WAIT_PEN_UP表示要等待的是松开中断。

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#define ADC_INT_BIT (10)
#define TC_INT_BIT  (9)
#define INT_ADC_TC   (31)
/* ADCTSC's bits */
#define WAIT_PEN_DOWN    (0<<8) /*触摸笔按下*/
#define WAIT_PEN_UP      (1<<8) /*触摸笔松开*/
#define YM_ENABLE        (1<<7)
#define YM_DISABLE       (0<<7)
#define YP_ENABLE        (0<<6)
#define YP_DISABLE       (1<<6)
#define XM_ENABLE        (1<<5)
#define XM_DISABLE       (0<<5)
#define XP_ENABLE        (0<<4)
#define XP_DISABLE       (1<<4)
#define PULLUP_ENABLE    (0<<3)
#define PULLUP_DISABLE   (1<<3)
#define AUTO_PST         (1<<2) /*自动转换*/
#define WAIT_INT_MODE    (3)    /*等待中断模式*/
#define NO_OPR_MODE      (0)    /*禁止模式*/

void enter_wait_pen_down_mode(void)/*等待按下模式*/ {
	ADCTSC = WAIT_PEN_DOWN | PULLUP_ENABLE | YM_ENABLE | YP_DISABLE | XP_DISABLE | XM_DISABLE | 	WAIT_INT_MODE;
}
void enter_wait_pen_up_mode(void)/*等待松开模式*/ {
	ADCTSC = WAIT_PEN_UP | PULLUP_ENABLE | YM_ENABLE | YP_DISABLE | XP_DISABLE | XM_DISABLE | WAIT_INT_MODE;
}

5.2.2 ts中断服务程序#

SUBSRCPND的bit9, bit10可以区分是TC中断还是ADC中断。

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void Isr_Tc(void)/*触摸屏中断服务程序*/ {
　　	printf("ADCUPDN = 0x%x, ADCDAT0 = 0x%x, ADCDAT1 = 0x%x, ADCTSC = 0x%x\n\r", ADCUPDN, ADCDAT0, ADCDAT1, ADCTSC);
　　	if (ADCDAT0 & (1<<15)) { //dat寄存器的第15位判断按下还是松开
　　　　	printf("pen up\n\r");
　　　　	enter_wait_pen_down_mode();
　　	} else {
　　　　	printf("pen down\n\r");
　　　　	/* 进入"等待触摸笔松开的模式" */
　　　　	enter_wait_pen_up_mode();
　　	}
}
void AdcTsIntHandle(int irq) {
　　	if (SUBSRCPND & (1<<TC_INT_BIT)) /* 如果是触摸屏中断 */
　　　　	Isr_Tc();
　　	// if (SUBSRCPND & (1<<ADC_INT_BIT)) /* ADC中断 */
　　	// Isr_Adc();
　　	SUBSRCPND = (1<<TC_INT_BIT) | (1<<ADC_INT_BIT);/*清中断*/
　　	//SRCPND = 1<<31;/*在interrupt.c已经清中断了*/
}
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AdcTsIntHandle函数： 这里先注解掉ADC中断，只检测单独的按下松开触摸屏操作。那当isr处理完后为了能够正常响应下一次中断，需要清中断，否则会一直触发interrupt。
Isr_Tc函数：ADCDAT0 寄存器的第15位判断按下还是松开。那么当按下后，要将控制器进入”等待松开模式“，当松开后，要将控制器配置进入”等待按下模式“。

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5.2.2.1 获取触摸屏坐标#

5.2.2.1.1 进入自动测量模式#

Auto(Sequential) X/Y Position Conversion Mode。打开TS控制寄存器，也就是ADCTSC寄存器：

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让bit[2] =1, bit[1:0]=00，则会进入auto measurement。如果bit[2]=0，则需配置bit[1::0]=01 or 10是手动测量x,y坐标。

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#define AUTO_PST         (1<<2) /*自动转换*/
#define WAIT_INT_MODE    (3)        /*等待中断模式*/
#define NO_OPR_MODE      (0)        /*禁止模式*/
void enter_auto_measure_mode(void) {
　　ADCTSC = AUTO_PST | NO_OPR_MODE;
}
5.2.2.1.2 启动ADC#

触摸屏坐标就是通过ADC获取的。

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ADCCON |= (1<<0);

所以TSC isr程序如下：

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void Isr_Tc(void) {/*触摸屏中断服务程序*/
      if (ADCDAT0 & (1<<15)) {
            printf("pen up\n\r");
            enter_wait_pen_down_mode();
      } else {
            printf("pen down\n\r");
            /* 进入"自动测量"模式 */
            enter_auto_measure_mode();
            /* 启动ADC */
            ADCCON |= (1<<0);
      }
}

那么当检测到按下后，需要进入auto measure mode，启动adc，然后就会进行自动坐标转换，转换结束后又会触发ADC中断，再次进入AdcTsIntHandle函数，进而进入Isr_Adc，SUBSRCPND可以区分中断源 。如下:

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void AdcTsIntHandle(int irq) {
　　if (SUBSRCPND & (1<<TC_INT_BIT))  /* 如果是触摸屏中断 */
　　　　Isr_Tc();
　　if (SUBSRCPND & (1<<ADC_INT_BIT))  /* ADC中断 */
　　　　Isr_Adc();
　　SUBSRCPND = (1<<TC_INT_BIT) | (1<<ADC_INT_BIT);/*清中断*/
}

我们知道ADC进行坐标转换结束后，那么会产生ADC中断，在Isr_Adc中即可获取我们的x,y坐标数据。由于我们按下后是进入了 “自动测量” 模式，因此那当数据获取完后我们得进入 “等待松开” 模式。

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void Isr_Adc(void) {
      int x = ADCDAT0;
      int y = ADCDAT1;
      if (!(ADCDAT0 & (1<<15))) { /* 在isr_Tc按下后，如果仍然按下才打印 */
            x &= 0x3ff;
            y &= 0x3ff;
            printf("x = %08d, y = %08d\n\r", x, y);
      }
      enter_wait_pen_up_mode();
}

有可能触摸屏的测量过程非常长，那当ADC转换结束后，它已经松开了，这时不应该进行打印出坐标，所以这里在isr_Tc按下后，如果仍然按下才打印。

5.2.2.2 ADCDLY寄存器#

由于触摸屏采样的转换速率问题，按下后需要过一段电压才能稳定下来，那么数据才能稳定可能需要一定的延迟，所以需要配置ADC delay，让ADC慢一点产生中断，也就是等坐标稳定后在通知用户。

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ADCDLY就是用来延时ADC启动的时间，让数据稳定后再进行转换。

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可以看到，进行auto or manual measure 坐标转换的时序要满足：A = Dx,D表示ADCDLY的值。 现在晶振的频率是12Mhz, 那么根据触摸屏规格书我们取A= 5ms，那么D= 0.005s *12*1000000 = 60000，所以ADCDLY配置成60000.

修改前面的adc_ts_reg_init函数:

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void adc_ts_reg_init(void) {
      /* [15] : ECFLG,  1 = End of A/D conversion
       * [14] : PRSCEN, 1 = A/D converter prescaler enable
       * [13:6]: PRSCVL, adc clk = PCLK / (PRSCVL + 1)
       * [5:3] : SEL_MUX, 000 = AIN 0
       * [2]   : STDBM
       * [0]   : 1 = A/D conversion starts and this bit is cleared after the startup.
       */
      ADCCON = (1<<14) | (49<<6) | (0<<3);
      /*  按下触摸屏, 延时一会再发出TC中断
       *  延时时间 = ADCDLY * 晶振周期 = ADCDLY * 1 / 12000000 = 5ms
       */
      ADCDLY = 60000;        
}

5.3 TS触摸屏测试#

从左往右依次点击触摸屏，可以看到x坐标没有明显变化，y坐标反而线性变大。

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同理，从上往下依次按下触摸屏，可以看到y坐标没有明显变化，x坐标反而线性变大。

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这里是由于硬件上xp与yp接反了，ym与xm接反了，如下图：但这里并不影响我们的时候，这里我们软件上可以进行x,y坐标的转换：

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我们软件上可以对x,y轴进行flip， mirror, rotaion旋转等一系列操作即可。比如：

Case1：ts与lcd吻合

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Case2：ts与lcd相反

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5.4 利用定时器支持屏幕长按和滑动#

5.4.1 改进定时器#

前面s3c2440裸机-异常中断 | Hexo (fuzidage.github.io)有讲到在handle_irq_c()中去区分中断源，执行不同的isr。

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那现在通过register_timer注册对应的定时器中断服务程序，timer_irq进行执行不同的定时器中断服务程序。

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#define TIMER_NUM  32
#define NULL  ((void *)0)
typedef void(*timer_func)(void);
typedef struct timer_desc {
　　char *name;
　　timer_func fp;
}timer_desc, *p_timer_desc;

timer_desc timer_array[TIMER_NUM];
 
int register_timer(char *name, timer_func fp) {
　　int i;
　　for (i = 0; i < TIMER_NUM; i++) {
　　　　if (!timer_array[i].fp) {
　　　　　　timer_array[i].name = name;
　　　　　　timer_array[i].fp   = fp;
　　　　　　return 0;
　　　　}
　　}
　　return -1;
}
void unregister_timer(char *name) {
　　int i;
　　for (i = 0; i < TIMER_NUM; i++) {
　　　　if (!strcmp(timer_array[i].name, name)) {
　　　　　　timer_array[i].name = NULL;
　　　　　　timer_array[i].fp   = NULL;
　　　　　　return 0;
　　　　}
　　}
　　return -1;
}
void timer_irq(void) {
　　int i;
　　for (i = 0; i < TIMER_NUM; i++) {
　　　　if (timer_array[i].fp) {
　　　　　　timer_array[i].fp();
　　　　}
　　}        
}

我们想要用timer来进行进行流水灯实验，那么假如点灯函数为:
Isr_timer_led(){}

那么则只需要在led init的时候进行调用register_timer(“led”, Isr_timer_led), 那么当时间到后触发定时器中断，便会执行timer_irq.进入Isr_timer_led。

5.4.2 初始化定时器#

前面s3c2440裸机-异常中断 | Hexo (fuzidage.github.io)有具体讲解，这里采用PWM定时器。

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void timer_init(void) {
　　/* 设置TIMER0的时钟 */
　　/* Timer clk = PCLK / {prescaler value+1} / {divider value}
             = 50000000/(49+1)/16
             = 62500
 　　*/
　　TCFG0 = 49;  /* Prescaler 0 = 49, 用于timer0,1 */
　　TCFG1 &= ~0xf;
　　TCFG1 |= 3;  /* MUX0 : 1/16 */
　　/* 设置TIMER0的初值 */
　　TCNTB0 = 625;  /* 10Ms中断一次 */
　　/* 加载初值, 启动timer0 */
　　TCON |= (1<<1);   /* Update from TCNTB0 & TCMPB0 */
　　/* 设置为自动加载并启动 */
　　TCON &= ~(1<<1);
　　TCON |= (1<<0) | (1<<3);  /* bit0: start, bit3: auto reload */
　　/* 设置中断 */
　　register_irq(10, timer_irq);
}

5.4.2.1 支持长按和滑动#

我们之前是2s timer触发一次中断，那如果是要支持触摸屏，我们必须让定时器10ms就触发一次中断。因此需要修改timer_init中的寄存器参数。

当按下触摸屏会产生TSC中断，然后启动ADC进而产生adc中断的时候，在Isr_Adc函数中进行定时器的设置，检测长按和滑动操作。

5.4.2.1.1 定义touchscreen_timer_irq#
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static volatile int g_ts_timer_enable = 0;
static void ts_timer_enable(void) {
　　g_ts_timer_enable = 1;
}
static void ts_timer_disable(void) {
　　g_ts_timer_enable = 0;
}
static int get_status_of_ts_timer(void) {
　　return g_ts_timer_enable;
}
/* 每10ms该函数被调用一次
 */
void touchscreen_timer_irq(void) {
　　if (get_status_of_ts_timer() == 0)
　　　　return;

　　if (ADCDAT0 & (1<<15)) { /* 如果松开 */
　　　　ts_timer_disable();
　　　　enter_wait_pen_down_mode();
　　　　return;
　　}
　　/* 如果触摸屏仍被按下, 进入"自动测量模式", 启动ADC */
　　else {  /* 按下状态 */
　　　　/* 进入"自动测量"模式 */
　　　　enter_auto_measure_mode();
　　　　/* 启动ADC */
　　　　ADCCON |= (1<<0);
　　}
}

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来分析一下这个程序的过程：

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1. 在touchscreen_init的时候我们先注册了一个timer，然后修改了定时器的产生中断的时间间隔为10ms中断一次，所以touchscreen_timer_irq会每间隔10ms调用一次。没有按下，则touchscreen_timer_irq虽然也有走，但是就直接return.

2. 然后如果按下触摸屏，产生tsc中断，启动adc，产生adc中断。

如果产生了adc中断，但是读取状态发现已经松开了，则进入”等待按下状态“，并且让touchscreen_timer_irq失效。那么要是状态是被按下，则开启ts_timer_enable。

3. 当使能touchscreen_timer_irq这个定时器中断服务程序后，并且10ms到了touchscreen_timer_irq函数执行生效。

如果松开了，则进入”等待按下状态“，并且让touchscreen_timer_irq失效，表示没有长按或者滑动。

如果任然按下，输出长按或者滑动后的坐标结果。