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[導(dǎo)讀] 本文簡(jiǎn)要介紹觸摸屏的結(jié)構(gòu)及工作原理,并以Burr-Brown公司的觸摸屏控制芯片ADS7843為例,介紹觸摸屏應(yīng)用的典型電路和操作。由于ADS7843內(nèi)置12位A/D,理論上觸摸屏的輸入坐標(biāo)識(shí)別精度為有效長(zhǎng)寬的1/4096。1 觸摸屏的

本文簡(jiǎn)要介紹觸摸屏的結(jié)構(gòu)及工作原理,并以Burr-Brown公司的觸摸屏控制芯片ADS7843為例,介紹觸摸屏應(yīng)用的典型電路和操作。由于ADS7843內(nèi)置12位A/D,理論上觸摸屏的輸入坐標(biāo)識(shí)別精度為有效長(zhǎng)寬的1/4096。

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(dǎo)體層、兩層導(dǎo)體之間的隔離層、電極。阻性導(dǎo)體層選用阻性材料,如銦錫氧化物(ITO)涂在襯底上構(gòu)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(dǎo)電性能極好的材料(如銀粉墨)構(gòu)成,其導(dǎo)電性能大約為ITO的1000倍。

觸摸屏工作時(shí),上下導(dǎo)體層相當(dāng)于電阻網(wǎng)絡(luò),如圖2所示。

當(dāng)某一層電極加上電壓時(shí),會(huì)在該網(wǎng)絡(luò)上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸,則在電極未加電壓的另一層可以測(cè)得接觸點(diǎn)處的電壓,從而知道接觸點(diǎn)處的坐標(biāo)。比如,在頂層的電極(X+,X-)上加上電壓,則在頂層導(dǎo)體層上形成電壓梯度,當(dāng)有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸,在底層就可以測(cè)得接觸點(diǎn)處的電壓,再根據(jù)該電壓與電極(X+)之間的距離關(guān)系,知道該處的X坐標(biāo)。然后,將電壓切換到底層電極(Y+,Y-)上,并在頂層測(cè)量接觸點(diǎn)處的電壓,從而知道Y坐標(biāo)。

7

2 觸摸屏的控制實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)在很多PDA應(yīng)用中,將觸摸屏作為一個(gè)輸入設(shè)備,對(duì)觸摸屏的控制也有專(zhuān)門(mén)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(diǎn)處的電壓值(即A/D)。本文以BB(Burr-Brown)公司生產(chǎn)的芯片ADS7843為例,介紹觸摸屏控制的實(shí)現(xiàn)。

  2.1 ADS7843的基本特性與典型應(yīng)用

ADS7843是一個(gè)內(nèi)置12位模數(shù)轉(zhuǎn)換、低導(dǎo)通電阻模擬開(kāi)關(guān)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(zhuǎn)換電壓的輸入范圍為0~ VREF,最高轉(zhuǎn)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(shuō)明,圖4為典型應(yīng)用。

7

  2.2 ADS7843的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及參考電壓模式選擇

ADS7843之所以能實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸屏的控制,是因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)很容易實(shí)現(xiàn)電極電壓的切換,并能進(jìn)行快速A/D轉(zhuǎn)換。

圖5所示為其內(nèi)部結(jié)構(gòu),A2~A0和SER/為控制寄存器中的控制位,用來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)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(dòng)模式,參考電壓來(lái)自驅(qū)動(dòng)電極。這兩種模式分別如圖6(a)、(b)所示。

采用圖6(b)的差動(dòng)模式可以消除開(kāi)關(guān)導(dǎo)通壓降帶來(lái)的影響。表2和表3為兩種參考電壓輸入模式所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部開(kāi)關(guān)狀況。

7

  2.3 ADS7843的控制字及數(shù)據(jù)傳輸格式

ADS7843的控制字如表4所列,其中S為數(shù)據(jù)傳輸起始標(biāo)志位,該位必為"1"。A2~A0進(jìn)行信道選擇(見(jiàn)表2和3)。MODE用來(lái)選擇A/D轉(zhuǎn)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(jiàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換,需要先通過(guò)串口往ADS7843發(fā)送控制字,轉(zhuǎn)換完成后再通過(guò)串口讀出電壓轉(zhuǎn)換值。標(biāo)準(zhǔn)的一次轉(zhuǎn)換需要24個(gè)時(shí)鐘周期,如圖7所示。

由于串口支持雙向同時(shí)進(jìn)行傳送,并且在一次讀數(shù)與下一次發(fā)控制字之間可以重疊,所以轉(zhuǎn)換速率可以提高到每次16個(gè)時(shí)鐘周期,如圖8所示。

如果條件允許,CPU可以產(chǎn)生15個(gè)CLK的話(比如FPGAs和ASICs),轉(zhuǎn)換速率還可以提高到每次15個(gè)時(shí)鐘周期,如圖9所示。

7

  2.4 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序的程序設(shè)計(jì)

ADS7843的典型應(yīng)用如圖4所示。假設(shè)μP接口與51單片機(jī)的P1.3~P1.7相連,現(xiàn)以一次轉(zhuǎn)換需24個(gè)時(shí)鐘周期為例,介紹A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序的程序設(shè)計(jì)。

; A/D 接口控制線

DCLKBITP1.3

CSBITP1.4

DINBITP1.5

BUSYBITP1.6

DOUTBITP1.7[!--empirenews.page--]

; A/D 信道選擇命令字和工作寄存器

CHXEQU094H;信道X+的選擇控制字

CHYEQU0D4H;信道Y+的選擇控制字

CH3EQU0A4H

CH4EQU0E4H

AD_CHEQU35H;信道選擇寄存器

AD_DATAHEQU36H;存放12 bit A/D值

AD_DATALEQU37H

; 存放信道CHX+的A/D值

CHX_AdHEQU38H

CHX_AdLEQU39H

; 存放信道CHY+的A/D值

CHY_AdHEQU3AH

CHY_AdLEQU3BH

;===============================

; 采集信道CHX+的程序段(CHXAD)

CHXAD:

MOVAD_CH,#CHX

LCALLAD_RUN

MOVCHX_AdH,AD_DATAH

MOVCHX_AdL,AD_DATAL

RET

; 采集信道CHY+的程序段(CHYAD)

CHYAD:

MOVAD_CH,#CHY

LCALLAD_RUN

MOVCHY_AdH,AD_DATAH

MOVCHY_AdL,AD_DATAL

RET

;=====================================

; A/D轉(zhuǎn)換子程序(AD_RUN)

7

; 輸入: AD_CH-模式和信道選擇命令字

; 輸出: AD_RESULTH,L ;12 bit的A/D轉(zhuǎn)換值

; 使用: R2 ;輔助工作寄存器

AD_RUN:

CLRCS; 芯片允許

CLRDCLK

MOVR2,#8;先寫(xiě)8 bit命令字

MOVA,AD_CH

AD_LOOP:

MOVC, ACC.7

MOVDIN,C;時(shí)鐘上升沿鎖存DIN

SETBDCLK;開(kāi)始發(fā)送命令字

CLRDCLK;時(shí)鐘脈沖,一共24個(gè)

RL A

DJNZR2,AD_LOOP

NOP

NOP

NOP

NOP

ADW0:

JNBBUSY,AD_WAIT;等待轉(zhuǎn)換完成

SJMPADW1

AD_WAIT:

LCALLWATCHDOG

NOP

SJMPADW0

CLRDIN

ADW1:

MOVR2,#12;開(kāi)始讀取12bit結(jié)果

SETBDCLK

CLRDCLK

AD_READ:

SETBDCLK

CLRDCLK;用時(shí)鐘的下降沿讀取

MOVA,AD_DATAL

MOVC,DOUT

RLCA

MOVAD_DATAL,A

MOVA,AD_DATAH

RLCA

MOVAD_DATAH,A

DJNZR2,AD_READ

MOVR2,#4;最后是沒(méi)用的4個(gè)時(shí)鐘

IGNORE:

SETBDCLK

CLRDCLK

DJNZR2,IGNORE

SETBCS;禁止芯片

ANLAD_DATAH,#0FH;屏蔽高4 bit

RET

7

2.5 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的資料格式

ADS7843轉(zhuǎn)換結(jié)果為二進(jìn)制格式。需要說(shuō)明的是,在進(jìn)行公式計(jì)算時(shí),參考電壓在兩種輸入模式中是不一樣的。而且,如果選取8位的轉(zhuǎn)換精度,1LSB=VREF/256,一次轉(zhuǎn)換完成時(shí)間可以提前4個(gè)時(shí)鐘周期,此時(shí)串口時(shí)鐘速率也可以提高一倍。

結(jié)束語(yǔ)

在許多嵌入式系統(tǒng)中,CPU提供專(zhuān)門(mén)的模塊來(lái)支持液晶顯示和觸摸屏的輸入,使得接口非常簡(jiǎn)單。比如,MOTOROLA的MC68VZ328(稱(chēng)為Dragon Ball)就提供專(zhuān)門(mén)的引腳來(lái)支持8位和4位的液晶顯示,對(duì)觸摸屏的支持通過(guò)SPI2借助ADS7843也很容易完成。

7
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