四線電阻觸摸屏的工作原理

1、四線電阻觸摸屏的工作原理摘要：簡要介紹 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。由于輸入坐標(biāo)識(shí)別精度為有效長寬的 1/4096 。ADS7843內(nèi)置 12 位 A/D，理論上觸摸屏的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 I

2、TO 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，并在頂層測量接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道 Y坐標(biāo)。2 觸摸屏的控制實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在很多 PDA應(yīng)用中，將

3、觸摸屏作為一個(gè)輸入設(shè)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(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)通電阻模擬開關(guān) 的串行 接口 芯片。供電電壓2.75 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 為引腳功能說明，圖4 為典型應(yīng)用。2.

4、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)， A2A0和 SER/為控制寄存器中的控制位， 用來進(jìn)行開關(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)模式可以消除開關(guān)導(dǎo)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(yīng)的內(nèi)部開關(guān)狀況。2.3 ADS7843 的控制字及數(shù)據(jù)傳輸格式ADS78

5、43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" 。 A2A0進(jìn)行信道選擇（見表2 和 3）。 MODE用來選擇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

6、電極電壓切換和 A/D 轉(zhuǎn)換，需要先通過 串口 往 ADS7843發(fā)送控制字， 轉(zhuǎn)換完成后再通過串口讀出電壓轉(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。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) P 接口與 51 單片機(jī) 的 P1.3P1.7 相連，現(xiàn)以一次轉(zhuǎn)換

7、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DCLKBITP1.3CSBITP1.4DINBITP1.5BUSYBITP1.6DOUTBITP1.7; 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CH3EQU0A4HCH4EQU0E4HAD_CHEQU35H;信道選擇寄存器AD_DATAHEQU36H;存放 12 bit A/D值A(chǔ)D_DATALEQU37H;存放信道CHX+的 A/D 值CHX_AdHEQU38HCHX_AdLEQU39H;存放信道CHY+的 A/D 值CHY_

8、AdHEQU3AHCHY_AdLEQU3BH;=;采集信道CHX+的程序段 (CHXAD)CHXAD:MOVAD_CH,#CHXLCALLAD_RUNMOVCHX_AdH,AD_DATAHMOVCHX_AdL,AD_DATALRET; 采集信道 CHY+的程序段 (CHYAD)CHYAD:MOVAD_CH,#CHYLCALLAD_RUNMOVCHY_AdH,AD_DATAH MOVCHY_AdL,AD_DATAL RET;=; A/D 轉(zhuǎn)換子程序 (AD_RUN); 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 :

9、R2 ; 輔助工作寄存器AD_RUN:CLRCS; 芯片允許CLRDCLKMOVR2,#8;先寫 8 bit命令字MOVA,AD_CHAD_LOOP:MOVC, ACC.7MOVDIN,C;時(shí)鐘上升沿鎖存DINSETBDCLK;開始發(fā)送命令字CLRDCLK;時(shí)鐘脈沖，一共24 個(gè)RL ADJNZR2,AD_LOOPNOPNOPNOPNOPADW0:JNBBUSY,AD_WAIT;等待轉(zhuǎn)換完成SJMPADW1AD_WAIT:LCALLWATCHDOGNOPSJMPADW0CLRDINADW1:MOVR2,#12;開始讀取12bit結(jié)果SETBDCLKCLRDCLKAD_READ:SETBDCLK

10、CLRDCLK;用時(shí)鐘的下降沿讀取MOVA,AD_DATALMOVC,DOUTRLCAMOVAD_DATAL,AMOVA,AD_DATAHRLCAMOVAD_DATAH,ADJNZR2,AD_READMOVR2,#4;最后是沒用的4 個(gè)時(shí)鐘IGNORE:SETBDCLKCLRDCLKDJNZR2,IGNORESETBCS;禁止芯片ANLAD_DATAH,#0FH;屏蔽高 4 bitRET2.5 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