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时间:2018-05-26 12:47:23

四线电阻触摸屏工作原理及控制芯片概况

  本文简要先容触摸屏的结构及工作原理,并以Burr-Brown企业的触摸屏控制芯片ADS7843为例,先容触摸屏应用的典型电路和操作。由于ADS7843内置12位A/D,理论上触摸屏的输入坐标识别精度为有效长宽的1/4096。
 
  1触摸屏的基本原理
 
  典型触摸屏的工作部分一般由三部分组成
 
  两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。阻性导体层选用阻性材料,如铟锡氧化物(ITO)涂在衬底上构成,上层衬底用塑料,下层衬底用玻璃。隔离层为粘性绝缘液体材料,如聚脂薄膜。电极选用导电性能极好的材料(如银粉墨)构成,其导电性能大约为ITO的1000倍。
 
  触摸屏工作时,上下导体层相当于电阻网络
 
  当某一层电极加上电压时,会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触,则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压,从而知道接触点处的坐标。比如,在顶层的电极(X+,X-)上加上电压,则在顶层导体层上形成电压梯度,当有外力使得上下两层在某一点接触,在底层就可以测得接触点处的电压,再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系,知道该处的X坐标。然后,将电压切换到底层电极(Y+,Y-)上,并在顶层测量接触点处的电压,从而知道Y坐标。
 
  导读: 本文简要先容触摸屏的结构及工作原理,并以Burr-Brown企业的触摸屏控制芯片ADS7843为例,先容触摸屏应用的典型电路和操作。
 
  2 触摸屏的控制实现
 
  现在很多PDA应用中,将触摸屏作为一个输入设备,对触摸屏的控制也有专门的芯片。很显然,触摸屏的控制芯片要完成两件事情:其一,是完成电极电压的切换;其二,是采集接触点处的电压值(即A/D)。本文以BB(Burr-Brown)企业生产的芯片ADS7843为例,先容触摸屏控制的实现。
 
  2.1ADS7843的基本特性与典型应用
 
  ADS7843是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片。供电电压2.7~5V,参考电压VREF为1V~+VCC,转换电压的输入范围为0~VREF,最高转换速率为125kHz。ADS7843的引脚配置。
 
  2.2ADS7843的内部结构及参考电压模式选择
 
  ADS7843之所以能实现对触摸屏的控制,是因为其内部结构很容易实现电极电压的切换,并能进行快速A/D转换。A2~A0和SER/为控制寄存器中的控制位,用来进行开关切换和参考电压的选择。
 
  ADS7843支撑两种参考电压输入模式:一种是参考电压固定为VREF,另一种采取差动模式,参考电压来自驱动电极。这两种模式分别如图6(a)、(b)所示。
 
  采用图6(b)的差动模式可以消除开关导通压降带来的影响。表2和表3为两种参考电压输入模式所对应的内部开关状况。
 
  2.3ADS7843的控制字及数据传输格式
 
  ADS7843的控制字如表4所列,其中S为数据传输起始标志位,该位必为"1"。A2~A0进行信道选择(见表2和3)。MODE用来选择A/D转换的精度,"1"选择8位,"0"选择12位。SER/选择参考电压的输入模式(见表2和3)。PD1、PD0选择省电模式:"00"省电模式允许,在两次A/D转换之间掉电,且中断允许;"01"同"00",只是不允许中断;"10"保留;"11"禁止省电模式。
 
  为了完成一次电极电压切换和A/D转换,需要先通过串口往ADS7843发送控制字,转换完成后再通过串口读出电压转换值。标准的一次转换需要24个时钟周期,如图7所示。
 
  由于串口支撑双向同时进行传送,并且在一次读数与下一次发控制字之间可以重叠,所以转换速率可以提高到每次16个时钟周期,如图8所示。
 
  如果条件允许,CPU可以产生15个CLK的话(比如FPGAs和ASICs),转换速率还可以提高到每次15个时钟周期,如图9所示。
 
  2.4A/D转换时序的程序设计
 
  ADS7843的典型应用如图4所示。假设μP接口与51单片机的P1.3~P1.7相连,现以一次转换需24个时钟周期为例,先容A/D转换时序的程序设计。
 
  ;A/D接口控制线
 
  DCLKBITP1.3
 
  CSBITP1.4
 
  DINBITP1.5
 
  BUSYBITP1.6
 
  DOUTBITP1.7
 
  ;A/D信道选择命令字和工作寄存器
 
  CHXEQU094H;信道X+的选择控制字
 
  CHYEQU0D4H;信道Y+的选择控制字
 
  CH3EQU0A4H
 
  CH4EQU0E4H
 
  AD_CHEQU35H;信道选择寄存器
 
  AD_DATAHEQU36H;存放12bitA/D值
 
  AD_DATALEQU37H
 
  ;存放信道CHX+的A/D值
 
  CHX_AdHEQU38H
 
  CHX_AdLEQU39H
 
  ;存放信道CHY+的A/D值
 
  CHY_AdHEQU3AH
 
  CHY_AdLEQU3BH
 
  ;===============================
 
  ;采集信道CHX+的程序段(CHXAD)
 
  CHXAD:
 
  MOVAD_CH,#CHX
 
  LCALLAD_RUN
 
  MOVCHX_AdH,AD_DATAH
 
  MOVCHX_AdL,AD_DATAL
 
  RET
 
  ;采集信道CHY+的程序段(CHYAD)
 
  CHYAD:
 
  MOVAD_CH,#CHY
 
  LCALLAD_RUN
 
  MOVCHY_AdH,AD_DATAH
 
  MOVCHY_AdL,AD_DATAL
 
  RET
 
  ;=====================================
 
  ;A/D转换子程序(AD_RUN)
 
  ;输入:AD_CH-模式和信道选择命令字
 
  ;输出:AD_RESULTH,L;12bit的A/D转换值
 
  ;使用:R2;辅助工作寄存器
 
  AD_RUN:
 
  CLRCS;芯片允许
 
  CLRDCLK
 
  MOVR2,#8;先写8bit命令字
 
  MOVA,AD_CH
 
  AD_LOOP:
 
  MOVC,ACC.7
 
  MOVDIN,C;时钟上升沿锁存DIN
 
  SETBDCLK;开始发送命令字
 
  CLRDCLK;时钟脉冲,一共24个
 
  RLA
 
  DJNZR2,AD_LOOP
 
  NOP
 
  NOP
 
  NOP
 
  NOP
 
  ADW0:
 
  JNBBUSY,AD_WAIT;等待转换完成
 
  SJMPADW1
 
  AD_WAIT:
 
  LCALLWATCHDOG
 
  NOP
 
  SJMPADW0
 
  CLRDIN
 
  ADW1:
 
  MOVR2,#12;开始读取12bit结果
 
  SETBDCLK
 
  CLRDCLK
 
  AD_READ:
 
  SETBDCLK
 
  CLRDCLK;用时钟的下降沿读取
 
  MOVA,AD_DATAL
 
  MOVC,DOUT
 
  RLCA
 
  MOVAD_DATAL,A
 
  MOVA,AD_DATAH
 
  RLCA
 
  MOVAD_DATAH,A
 
  DJNZR2,AD_READ
 
  MOVR2,#4;最后是没用的4个时钟
 
  IGNORE:
 
  SETBDCLK
 
  CLRDCLK
 
  DJNZR2,IGNORE
 
  SETBCS;禁止芯片
 
  ANLAD_DATAH,#0FH;屏蔽高4bit
 
  RET
 
  2.5A/D转换结果的资料格式
 
  ADS7843转换结果为二进制格式。需要说明的是,在进行公式计算时,参考电压在两种输入模式中是不一样的。而且,如果选取8位的转换精度,1LSB=VREF/256,一次转换完成时间可以提前4个时钟周期,此时串口时钟速率也可以提高一倍。
 
  结束语
 
  在许多嵌入式系统中,CPU提供专门的模块来支撑液晶显示和触摸屏的输入,使得接口非常简单。比如,MOTOROLA的MC68VZ328(称为DragonBall)就提供专门的引脚来支撑8位和4位的液晶显示,对触摸屏的支撑通过SPI2借助ADS7843也很容易完成。
 
  
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