嵌入式系統(tǒng)觸摸屏設(shè)計(jì)

1、5.6.1 觸摸屏工作原理與結(jié)構(gòu) 觸摸屏附著在顯示器的表面，根據(jù)觸摸點(diǎn)在顯示屏上對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的顯示內(nèi)容或圖形符號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的操作。 觸摸屏按其工作原理可分為矢量壓力傳感式、電阻式、電容式、紅外線式和表面聲波式5類。在嵌入式系統(tǒng)中常用的是電阻式觸摸屏。 電阻觸摸屏結(jié)構(gòu)如圖5.6.1（c）所示，最上層是一層外表面經(jīng)過(guò)硬化處理、光滑防刮的塑料層，內(nèi)表面也涂有一層導(dǎo)電層（ITO或鎳金）；基層采用一層玻璃或薄膜，內(nèi)表面涂有叫作ITO的透明導(dǎo)電層；在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小（小于千分之一英寸）的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣。在每個(gè)工作面的兩條邊線上各涂一條銀膠，稱為該工作面的一對(duì)電極，一端加5V電壓，一端加0V

2、，在工作面的一個(gè)方向上形成均勻連續(xù)的平行電壓分布。當(dāng)給X方向的電極對(duì)施加一確定的電壓，而Y方向電極對(duì)不加電壓時(shí)，在x平行電壓場(chǎng)中，觸點(diǎn)處的電壓值可以在Y（或Y）電極上反映出來(lái)，通過(guò)測(cè)量Y電極對(duì)地的電壓大小，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，便可得知觸點(diǎn)的X坐標(biāo)值。同理，當(dāng)給Y電極對(duì)施加電壓，而X電極對(duì)不加電壓時(shí)，通過(guò)測(cè)量X電極的電壓，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換便可得知觸點(diǎn)的Y坐標(biāo)。 當(dāng)手指或筆觸摸屏幕時(shí)（如圖5.6.1（c）所示），兩個(gè)相互絕緣的導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)處接觸，因其中一面導(dǎo)電層（頂層）接通X軸方向的5V均勻電壓場(chǎng)（如圖5.6.1（a）所示），使得檢測(cè)層（底層）的電壓由零變?yōu)榉橇悖刂破鳈z測(cè)到這個(gè)接通后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換

3、，并將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點(diǎn)的X軸坐標(biāo)為（原點(diǎn)在靠近接地點(diǎn)的那端）： 同理也可以得出Y軸的坐標(biāo)。圖5.6.1 觸摸屏坐標(biāo)識(shí)別原理+電阻式觸摸屏有四線式和五線式兩種。四線式觸摸屏的X工作面和Y工作面分別加在兩個(gè)導(dǎo)電層上，共有4根引出線：X、X，Y、Y分別連到觸摸屏的X電極對(duì)和Y電極對(duì)上。四線電阻屏觸摸壽命小于100萬(wàn)次。+五線式觸摸屏是四線式觸摸屏的改進(jìn)型。五線式觸摸屏把X工作面和Y工作面都加在玻璃基層的導(dǎo)電涂層上，工作時(shí)采用分時(shí)加電，即讓兩個(gè)方向的電壓場(chǎng)分時(shí)工作在同一工作面上，而外導(dǎo)電層則僅僅用來(lái)充當(dāng)導(dǎo)體和電壓測(cè)量電極。五線式觸摸屏需要引出5根線。五線電阻屏的觸摸壽命可以達(dá)到35

4、00萬(wàn)次。五線電阻屏的ITO層可以做得更薄，因此透光率和清晰度更高，幾乎沒(méi)有色彩失真。+注意：電阻觸摸屏的外層復(fù)合薄膜采用的是塑膠材料，太用力或使用銳器觸摸可能劃傷觸摸屏，從而導(dǎo)致觸摸屏報(bào)廢。 ADS7843是TI公司生產(chǎn)的4線式電阻觸摸屏轉(zhuǎn)換接口芯片，是一款具有同步串行接口的12位取樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在125KHz吞吐速率和2.7V電壓下的功耗為750W，而在關(guān)閉模式下的功耗僅為0.5W，ADS7843采用SSOP-16引腳封裝形式，溫度范圍是40+85。 ADS7843具有兩個(gè)輔助輸入（IN3和IN4）可設(shè)置為8位或12位模式，X+、X-、Y+、Y-為轉(zhuǎn)換器模擬輸入端，DCLK為外部時(shí)鐘輸入引

5、腳端，/CS片選端，其外部連接電路如圖2-44所示。電路的工作電壓VCC為2.75.25V，基準(zhǔn)電壓VREF為1V+VCC ，基準(zhǔn)電壓確定了轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。輸出數(shù)據(jù)中每個(gè)數(shù)字位代表的模擬電壓等于基準(zhǔn)電壓除以4096。平均基準(zhǔn)輸入電流由ADS7843的轉(zhuǎn)換率來(lái)確定。 采用ADS7843專用芯片對(duì)觸摸屏進(jìn)行控制，處理是否有筆或手指按下觸摸屏，并在按下時(shí)分別給兩組電極通電，然后將其對(duì)應(yīng)位置的模擬電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后送到微處理器。圖2-44 ADS7843觸摸屏控制接口 ADS7843送到微控制器的X與Y值僅是對(duì)當(dāng)前觸摸點(diǎn)的電壓值的A/D轉(zhuǎn)換值，這個(gè)值的大小不但與觸摸屏的分辨率有關(guān)，而且也與觸摸

6、屏與LCD貼合的情況有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，LCD分辨率與觸摸屏的分辨率不一樣，坐標(biāo)也不一樣。因此，要想使LCD坐標(biāo)與觸摸屏坐標(biāo)一致，還需要在程序中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。假設(shè)LCD分辨率是320240，坐標(biāo)原點(diǎn)在左上角；觸摸屏分辨率是900900，坐標(biāo)原點(diǎn)在左上角，則轉(zhuǎn)換公式如下： xLCD=320（xx2）（x1x2）； yLCD=240（yy2）（y1y2）。 如果坐標(biāo)原點(diǎn)不一致，比如LCD坐標(biāo)原點(diǎn)在右下角，而觸摸屏原點(diǎn)在左上角，則轉(zhuǎn)換公式如下： xLCD=320320（xx2）（x1x2）； yLCD=240240（yy2）（y1y2）。1S3C2410A與觸摸屏的接口電路結(jié)構(gòu)與觸摸屏的接口電路結(jié)構(gòu) S3C

7、2410A內(nèi)部具有觸摸屏接口，觸摸屏接口包含1個(gè)外部晶體管控制邏輯和1個(gè)帶有中斷產(chǎn)生邏輯的ADC接口邏輯，它使用控制信號(hào)nYPON、YMON、nXPON和XMON控制并選擇觸摸屏面板，使用模擬信號(hào)AIN7和AIN5分別連接X(jué)方向和Y方向的外部晶體管，與觸摸屏的接口電路如圖5.6.2所示。 在圖5.20中，XP（X+）與S3C2410A的A7口相連，YP（Y+）與S3C2410A的A5口相連。需要注意的是，外部電壓源應(yīng)當(dāng)是3.3V，外部晶體管的內(nèi)部電阻應(yīng)該小于5，當(dāng)S3C2410A的nYPON、YMON、nXPON和XMON輸出不同的電平時(shí)，外部晶體管的導(dǎo)通狀況不同，分別連接X(jué)的位置（通過(guò)A7）

8、和丫的位置（通過(guò)A5）輸入。 當(dāng)nYPON、YMON、nXPON和XMON輸出等待中斷狀態(tài)電平時(shí)，外部晶體管控制器輸出低電平，與VDDA_ADC相連的晶體管導(dǎo)通，中斷線路處于上拉狀態(tài)。當(dāng)觸筆單擊觸摸屏?xí)r，與AIN7相連的XP出現(xiàn)低電平，于是AIN7是低電平，內(nèi)部中斷線路出現(xiàn)低電平，進(jìn)而引發(fā)內(nèi)部中斷。觸摸屏XP口需要接一個(gè)上拉電阻。圖5.6.2 CPU與觸摸屏連接圖2使用觸摸屏的配置過(guò)程使用觸摸屏的配置過(guò)程 在S3C2410A構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)中使用觸摸屏，配置過(guò)程如下：（1）通過(guò)外部晶體管將觸摸屏引腳連接到S3C2410A上；（2）選擇分開的X/Y位置轉(zhuǎn)換模式或者自動(dòng)（順序）X/Y位置轉(zhuǎn)換模式，

9、來(lái)獲取X/Y位置；（3）設(shè)置觸摸屏接口為等待中斷模式；（4）如果中斷發(fā)生，將激活相應(yīng)的轉(zhuǎn)換過(guò)程（X/Y位置分開轉(zhuǎn)換模式或者X/Y位置自動(dòng)（順序）轉(zhuǎn)換模式）；（5）得到X/Y位置的正確值以后，返回等待中斷模式。3觸摸屏的接口模式觸摸屏的接口模式 S3C2410A與觸摸屏接口有5種接口模式。 （1）普通的A/D轉(zhuǎn)換模式 在普通的A/D轉(zhuǎn)換模式，AUTO_PST=0，XY_PST=0。這個(gè)模式可以在初始化設(shè)置時(shí)，讀ADCDAT0 (ADC 數(shù)據(jù)寄存器0)的XPDATA數(shù)值，通過(guò)設(shè)置ADCCON和ADCTSC完成。 （2）分開的X/Y位置轉(zhuǎn)換模式 分開的X/Y位置轉(zhuǎn)換模式由X位置模式和Y位置模式兩種轉(zhuǎn)

10、換模式組成。分開的X/Y位置轉(zhuǎn)換模式下的轉(zhuǎn)換條件如表5.6.1所列。X位置模式（ADCTSC寄存器的AUTO_PST0和XY_PST1）寫X的位置轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到ADCDAT0寄存器的XPDATA位，完成轉(zhuǎn)換后，觸摸屏接口產(chǎn)生中斷請(qǐng)求（INT_ADC）到中斷控制器；Y位置模式（ADCTSC寄存器的AUTO_PST=0和XY_PST=2）寫Y的位置轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到ADCDAT1寄存器的YPDA_TA位，完成轉(zhuǎn)換后，觸摸屏接口產(chǎn)生中斷請(qǐng)求（INT_ADC）到中斷控制器。表5.6.1 分開的X/Y位置轉(zhuǎn)換模式的轉(zhuǎn)換條件 XPXM YP YM X位置轉(zhuǎn)換 外部電壓GND（地）AIN5 Hi-Z（高阻狀態(tài)） Y位置

11、轉(zhuǎn)換AIN7 Hi-Z （高阻狀態(tài)）外部電壓 GND （地）（3）自動(dòng)（順序）X/Y位置轉(zhuǎn)換模式 當(dāng)ADCTSC寄存器的AUTO_PST=1和XY_PST=0時(shí)進(jìn)入自動(dòng)（順序）X/Y位置轉(zhuǎn)換模式模式。首先寫X的位置轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到ADCDAT0寄存器的XPDATA位，然后寫Y的位置轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到ADCDAT1寄存器的YPDA_TA位，完成轉(zhuǎn)換后，觸摸屏接口產(chǎn)生中斷請(qǐng)求(INT_ADC)到中斷控制器。 轉(zhuǎn)換條件與分開的X/Y位置轉(zhuǎn)換模式下的轉(zhuǎn)換條件相同。（4）等待中斷模式 當(dāng)ADCTSC寄存器的XY_PST=3時(shí)，進(jìn)入等待中斷模式模式。在等待中斷模式，等待觸筆點(diǎn)下。當(dāng)觸筆點(diǎn)下觸摸屏后，它將產(chǎn)生INT_TC

12、中斷。進(jìn)入等待中斷模式的條件如表5.6.2所示。表5.6.2 等待中斷模式下的轉(zhuǎn)換條件模式XPXMYPYM等待中斷模式上拉高阻AIN5GND（5）待機(jī)模式（Standby Mode） 當(dāng)ADCCON寄存器的STDBM位設(shè)置為1時(shí)，進(jìn)入待機(jī)模式。進(jìn)入待機(jī)模式模式后， A/D轉(zhuǎn)換停止，ADCDAT0的XPDATA和ADCDAT1的YPDATA保持上次轉(zhuǎn)換的數(shù)值。 與ADC和觸摸屏相關(guān)的需要設(shè)置的寄存器有3個(gè)：ADCCON、ADCTSC和ADCDLY，另外還有2個(gè)只讀的寄存器：ADCDAT0和ADCDAT1。有關(guān)這些寄存器的位描述請(qǐng)參閱“5.2.2 S3C2410A的A/D轉(zhuǎn)換器”一節(jié)。4S3C24

13、10A的觸摸屏坐標(biāo)轉(zhuǎn)換控制電路的觸摸屏坐標(biāo)轉(zhuǎn)換控制電路 S3C2410A的觸摸屏坐標(biāo)轉(zhuǎn)換控制電路如圖5.6.3所示。在圖5.6.3中，AIN7與觸摸屏的X+連接，AIN5與觸摸屏的Y+連接。圖5.6.3中使用了4個(gè)MOSFET， nYPON、YMON、nXPON和XMON等控制信號(hào)分別與4個(gè)MOSFET相連。圖5.6.3 觸摸屏坐標(biāo)轉(zhuǎn)換控制電路 5觸摸屏控制程序例觸摸屏控制程序例一個(gè)觸摸屏控制程序例如下所示：在Ts_Sep函數(shù)中進(jìn)行觸摸屏初始化、啟動(dòng)觸摸屏測(cè)試等動(dòng)作。 觸摸屏初始化主要是對(duì)rADCCON和rADCTSC兩個(gè)寄存器進(jìn)行配置。并設(shè)置為等待中斷模式。 初始化完畢后就設(shè)置觸摸屏中斷服務(wù)函數(shù)Adc_or_TsSep)并啟動(dòng)觸摸屏中斷，然后在主程序中等待。 此時(shí)，一旦有觸摸動(dòng)作將引發(fā)觸摸屏中斷，而轉(zhuǎn)入到Adc or TsS即進(jìn)行處理。 通過(guò)rADCTSC的bit8可以判斷觸摸筆是按下或者抬起。 在采集之后就可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，開始的兩次采集認(rèn)為是屏幕準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，分別保存到ts_lefttop_x，ts_lefttop_y，ts_rightbot_x，ts_ri