觸摸屏控制器設(shè)計

0 引 言
??? 隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對電子產(chǎn)品智能化、便捷化、人性化要求也不斷提高，觸摸屏作為一種人性化的輸入輸出設(shè)備，在我國的應(yīng)用范圍非常廣闊，是極富吸引力的多媒體交互沒備。目前，觸摸屏的需求動力主要來自于消費電子產(chǎn)品，如手機、PDA、便攜導(dǎo)航設(shè)備等。隨著觸摸屏技術(shù)的不斷發(fā)展，它在其他電子產(chǎn)品中的應(yīng)用也會得到不斷延伸。現(xiàn)在市面上已有的觸摸屏控制器普遍價格比較高且性能相對比較固定，一些場合下無法滿足用戶的實際需求。本文基于上述考慮，根據(jù)電阻式觸摸屏的工作原理，選用51系列單片機作為控制核心，設(shè)計一種實用且低成本的觸摸屏控制系統(tǒng)。

1 觸摸屏的工作原理
??? 觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器件組成(如圖1所示)；觸摸檢測部件用于檢測用戶觸摸位置，接收后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息送給控制器，它同時能接收控制器發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。

??? 觸摸屏的主要3大種類是：電阻技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏。其中，電阻式觸摸屏憑借低廉的價格以及對于手指及輸入筆觸摸的良好響應(yīng)性，涵蓋了100多家觸摸屏元件制造商中的2／3，成為過去5年中銷售量最高的觸摸屏產(chǎn)品。在這里根據(jù)要設(shè)計應(yīng)用的觸摸屏控制器，重點介紹一下四線電阻式觸摸屏。
??? 電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面相匹配的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層透明導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細小(小于千分之一英寸)的透明隔離點把它們隔開絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時，平常相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在觸摸點位置有了一個接觸，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5 V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇悖@種接通狀態(tài)被控制器偵測到后，進行A／D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5 V相比即可得到觸摸點的Y軸坐標(biāo)，同理得出X軸的坐標(biāo)，這就是四線電阻式觸摸屏基本原理，其原理如圖2所示。

2 觸摸屏控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
??? 根據(jù)四線電阻式觸摸屏的工作原理可以看出，在硬件設(shè)計上的主要工作就在于將觸摸點所在的X軸及Y軸坐標(biāo)通過控制驅(qū)動模塊加以精確識別。

2．1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
??? 觸摸屏控制器的設(shè)計關(guān)鍵在于對驅(qū)動模塊的控制，本文采用AT89C2051作為驅(qū)動電路的控制核心，通過ADS7843模塊接收觸摸屏上得到的信號并控制驅(qū)動電路作出相應(yīng)的反應(yīng)，通過RS232串行通信發(fā)送到計算機上顯示出來。其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

2．2 觸摸屏驅(qū)動原理電路
??? 在本文的觸摸屏驅(qū)動電路設(shè)計中，應(yīng)用了ADS7843芯片作為其中的驅(qū)動模塊，它在控制器的作用下完成了觸摸坐標(biāo)信息采集及A／D轉(zhuǎn)換，并將處理后的信息送到控制器中，實現(xiàn)了信息交互功能。它的內(nèi)部驅(qū)動電路原理如圖4所示。

??? 從圖4中可以看出控制信號通過簡單的電阻與三級管組合來驅(qū)動四線電阻式觸摸屏。通過單片機輸出指令控制三極管的通斷，形成對該驅(qū)動電路的循環(huán)掃描以檢測是否有按壓動作以及讀取XY的坐標(biāo)。

該驅(qū)動電路的主要工作時序為：
??? (1)檢測是否有按壓動作
??? ①YCTR+=1，YCTR-=0此時三極管V2、V3都為關(guān)斷狀態(tài)。
??? ②XCTR+=0，XCTR-=1此時三極管V1、V4都為開通狀態(tài)。
??? ③A／D轉(zhuǎn)換器讀ADC的電壓值，若大于門限值則說明有按壓動作。
??? (2)讀X坐標(biāo)
??? ①YCTR+=1，YCTR-=0此時三極管V2、V3都為關(guān)斷狀態(tài)。
??? ②XCTR+=0，XCTR-=1此時三極管V1、V4都為開通狀態(tài)。
??? ③A／D轉(zhuǎn)換器讀ADX的電壓值。
??? (3)讀Y坐標(biāo)
??? ①XCTR+=1，XCTR-=0此時三極管V1、V4都為關(guān)斷狀態(tài)。
??? ②YCTR+=0，YCTR-=1此時三極管V2、V3都為開通狀態(tài)。
??? ③A／D轉(zhuǎn)換器讀ADY的電壓值。

2．3 觸摸屏控制系統(tǒng)原理電路設(shè)計
??? 本電路以單片機AT89C2051為控制器件，它有較少的精簡I／O端口，體積很小，非常適用做小型應(yīng)用系統(tǒng)的處理器。以ADS7843觸摸屏控制芯片為硬件驅(qū)動模塊，ADS7843內(nèi)部有一個由多個模擬開關(guān)組成的供電測量電路網(wǎng)絡(luò)和12位的A／D轉(zhuǎn)換。ADS7843根據(jù)微控制器發(fā)來的不同測量命令導(dǎo)通不同的模擬開關(guān)，以便向工作面電極對提供電壓，并把相應(yīng)測量電極上的觸點坐標(biāo)位置所對應(yīng)的電壓模擬量引入A／D轉(zhuǎn)換器。在觸摸點X、Y坐標(biāo)的測量過程中，測量電壓與測量點的關(guān)系如圖5所示等效電路，圖中P為測量點。

??? 參見圖6的控制驅(qū)動電路，當(dāng)觸摸屏上有按壓動作時，ADS7843芯片在單片機AT89C2051的作用下完成了觸摸坐標(biāo)X+、X-、Y+、Y-的信息采集及A／D轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)信息返回到單片機，單片機根據(jù)得到的數(shù)字信息作出處理后通過MAX232芯片與計算機進行串行通信，將輸入顯示出來。

3 軟件設(shè)計
??? 根據(jù)硬件電路設(shè)計原理，控制驅(qū)動電路軟件設(shè)計中最為關(guān)鍵的就是根據(jù)ADS7843芯片內(nèi)部原理及時序關(guān)系控制其實現(xiàn)對XY坐標(biāo)的采集，同時將信息通過RS232串行通信發(fā)送到計算機上。程序設(shè)計框圖如圖7所示。

4 結(jié)束語
??? 本系統(tǒng)針對傳統(tǒng)觸摸屏控制器的高成本、低可控性等問題，采用ADS7843觸摸屏驅(qū)動芯片，通過AT89C2051單片機編程產(chǎn)生驅(qū)動信號，并由串行通信對測量過程進行信息傳遞。通過進行實際的設(shè)計調(diào)試，該設(shè)計觸摸響應(yīng)迅速，具有精度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可控性高且軟硬件系統(tǒng)成本預(yù)算低廉等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。