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觸摸屏的工作原理及典型應用

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-10-21     來源:[標簽:出處]     作者:[標簽:作者]     瀏覽次數:153
核心提示:

1 觸摸屏的基本原理

  典型觸摸屏的工作部分一般由三部分組成,如圖1所示:兩層透明的阻性導體層、兩層導體之間的隔離層、電極。阻性導體層選用阻性材料,如銦錫氧化物(ITO)涂在襯底上構成,上層襯底用塑料,下層襯底用玻璃。隔離層為粘性絕緣液體材料,如聚脂薄膜。電極選用導電性能極好的材料(如銀粉墨)構成,其導電性能大約為ITO的1000倍。
  觸摸屏工作時,上下導體層相當于電阻網絡,如圖2所示。當某一層電極加上電壓時,會在該網絡上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點接觸,則在電極未加電壓的另一層可以測得接觸點處的電壓,從而知道接觸點處的坐標。比如,在頂層的電極(X+,X-)上加上電壓,則在頂層導體層上形成電壓梯度,當有外力使得上下兩層在某一點接觸,在底層就可以測得接觸點處的電壓,再根據該電壓與電極(X+)之間的距離關系,知道該處的X坐標。然后,將電壓切換到底層電極(Y+,Y-)上,并在頂層測量接觸點處的電壓,從而知道Y坐標。

2 觸摸屏的控制實現

  現在很多PDA應用中,將觸摸屏作為一個輸入設備,對觸摸屏的控制也有專門的芯片。很顯然,觸摸屏的控制芯片要完成兩件事情:其一,是完成電極電壓的切換;其二,是采集接觸點處的電壓值(即A/D)。本文以BB(Burr-Brown)公司生產的芯片ADS7843為例,介紹觸摸屏控制的實現。

2.1 ADS7843的基本特性與典型應用

  ADS7843是一個內置12位模數轉換、低導通電阻模擬開關的串行接口芯片。供電電壓2.7~5 V,參考電壓VREF為1 V~+VCC,轉換電壓的輸入范圍為0~ VREF,最高轉換速率為125 kHz。ADS7843的引腳配置如圖3所示。表1為引腳功能說明,圖4為典型應用。

2.2 ADS7843的內部結構及參考電壓模式選擇

  ADS7843之所以能實現對觸摸屏的控制,是因為其內部結構很容易實現電極電壓的切換,并能進行快速A/D轉換。圖5所示為其內部結構,A2~A0和SER/為控制寄存器中的控制位,用來進行開關切換和參考電壓的選擇。

  ADS7843支持兩種參考電壓輸入模式:一種是參考電壓固定為VREF,另一種采取差動模式,參考電壓來自驅動電極。這兩種模式分別如圖6(a)、(b)所示。采用圖6(b)的差動模式可以消除開關導通壓降帶來的影響。表2和表3為兩種參考電壓輸入模式所對應的內部開關狀況。
2.3 ADS7843的控制字及數據傳輸格式

  ADS7843的控制字如表4所列,其中S為數據傳輸起始標志位,該位必為"1"。A2~A0進行通道選擇(見表2和3)。MODE用來選擇A/D轉換的精度,"1"選擇8位,"0"選擇12位。SER/選擇參考電壓的輸入模式(見表2和3)。PD1、PD0選擇省電模式:"00"省電模式允許,在兩次A/D轉換之間掉電,且中斷允許;"01"同"00",只是不允許中斷;"10"保留;"11"禁止省電模式。
為了完成一次電極電壓切換和A/D轉換,需要先通過串口往ADS7843發送控制字,轉換完成后再通過串口讀出電壓轉換值。標準的一次轉換需要24個時鐘周期,如圖7所示。由于串口支持雙向同時進行傳送,并且在一次讀數與下一次發控制字之間可以重疊,所以轉換速率可以提高到每次16個時鐘周期,如圖8所示。如果條件允許,CPU可以產生15個CLK的話(比如FPGAs和ASICs),轉換速率還可以提高到每次15個時鐘周期,如圖9所示。
2.4 A/D轉換時序的程序設計

  ADS7843的典型應用如圖4所示。假設μP接口與51單片機的P1.3~P1.7相連,現以一次轉換需24個時鐘周期為例,介紹A/D轉換時序的程序設計。

; A/D 接口控制線
DCLK BIT P1.3
CS BIT P1.4
DIN BIT P1.5
BUSY BIT P1.6
DOUT BIT P1.7
; A/D 通道選擇命令字和工作寄存器
CHX EQU 094H ;通道X+的選擇控制字
CHY EQU 0D4H;通道Y+的選擇控制字
CH3 EQU 0A4H
CH4 EQU 0E4H
AD_CH EQU 35H ;通道選擇寄存器
AD_RESULTH EQU 36H ;存放12 bit A/D值
AD_RESULTL EQU 37H
; 存放通道CHX+的A/D值
CHXAdResultH EQU 38H
CHXAdResultL EQU 39H; 存放通道CHY+的A/D值
CHYAdResultH EQU 3AH
CHYAdResultL EQU 3BH
; 采集通道CHX+的程序段(CHXAD)
 

CHXAD: MOV AD_CH,#CHX
LCALL AD_RUN   MOV CHXAdResultH,AD_RESULTH
MOV CHXAdResultL,AD_RESULTL
RET

; 采集通道CHY+的程序段(CHYAD)
CHYAD: MOV AD_CH,#CHY
LCALL AD_RUN
MOV CHYAdResultH,AD_RESULTH
M

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