觸摸屏的工作原理及典型應用

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(xiàn)

　　現(xiàn)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(xiàn)。

2.1 ADS7843的基本特性與典型應用

　　ADS7843是一個內置12位模數(shù)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(xiàn)對觸摸屏的控制，是因為其內部結構很容易實現(xiàn)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(shù)據傳輸格式

　　ADS7843的控制字如表4所列，其中S為數(shù)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(fā)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(shù)與下一次發(fā)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(xiàn)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