中控觸摸屏工作原理及應(yīng)用

2017.10.18

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,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。
 


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觸摸屏工作時(shí),上下導(dǎo)體層相當(dāng)于電阻網(wǎng)絡(luò)。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)。
 
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(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。
 
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。、采用差動(dòng)模式可以消除開(kāi)關(guān)導(dǎo)通壓降帶來(lái)的影響。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。
 
2.3 ADS7843的控制字及數(shù)據(jù)傳輸格式
 
ADS7843的控制字,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)行通道選擇。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。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。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。


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