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1、详细介绍四线电阻触摸屏的工作原理字体：大中小日期：2011-04-16来源：指尖划过 作者：摘要：简要介绍 触摸屏 的结构及工作原理，并以 Burr-Brown 公司的触 摸屏控制 芯片ADS7843为例，介绍触摸屏应用的典型电路 和操作。由于ADS 7843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，如图1所示：透明导体电极；comIIJIIIIIIIhttp:/w:-T7,.,.：-u.，-.-.：.：.-.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
2、）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，如图2所示。x+Y+g 2 工作时的导侔愣:www.防爾呦.畧m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
3、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。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) 公司生产的芯片 ADS7843 为例，介绍触摸屏控制的实现。2.1 ADS7843 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2.75 V，
4、参考电压VREF为1 V+VCC，转换电压的输入范围为 0 VREF，最高转换速率为125 kHz。ADS7843的引脚配置如图3所示。肚诚1.O16DCLKX+215CSY+3-14DINX-4.ADS7843.13BUSYY-5送DOUTGND6.11PENIRQIN3710+V cc；-IN48: 9Vref图 3表1 为引脚功能说明，图 4 为典型应用。表1引脚功能说明引脚号引脚名功能描述1J0+VCC供电电源2.75. V2,3X+?Y+接融摸屏正电极，內部A/D通道4,5X-;Y-接融摸屏负电极6GND电源地7,8IN3?IN4两个附属A/D输入通道9YrefA/D参考电压输入.1
5、1FENIRQ：中断输岀，：须接外拉电阻(10k 或 100 k).12,14,16DQUT;DIN;DCLK串行接口引脚，在时钟下降沿数 据移岀，上升沿移迸13BUSY忙指示、低电平有效15CSWVHAA?2.2 ADS7843 的内部结构及参考电压模式选择V阮DCLKX+CSY+DINx-BUSYY-DOUIGNBPENIRQIN3+Vtc-IN4VrefADS7843 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。图5所示为其内部结构，A2A0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。IN4GNI)IN+R
6、EFA/D转换-IN -KEF图 5 ADS7843 内部结构http/www.gcidffq.eamADS7843支持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。o-Y-GND 图6参考电压输入模式o:GNP代)http:/www, go-g d dq m十 IN+REPr IN -REFr+IN忌坯IN -KEF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。表2参考电压非差动输入模式（.SER/DFR- “广曲,A1A0+Y+IN3-
7、IN4-IN簾开关Y开关+ REF-REFa+INGNL飞FFON+=认 REFGND1-01+INGNBON CfF.REFGNBQ1 Q+INGNDOFF.OFF叱 REFGND1-10+INGNP.OFF-OFFtJrefGNB表3参考电压差动输入模式：SER/DFR =2.3 ADS7843 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 。A2A0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
8、/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。表4 ADS7843-的控制字bit6bit5bit4bit3bit2bitlbitOSA2AlAOMDErnm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。fiUifULn令/ms亠nni?由于串口支持双向同时进行传送，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。控制字BUSYE & 叮D转换时序f.毎次转换雲1弓亍时钟周tp
9、j/www.go-+-!dclk1 nnnnnnnn _ nnnnnnnn qrmnriTLunrLiinn18181e 3DOUT|训】1计9|町7血1引 対則打诃_nnrinnmuuuuuuuuwijrnr nn_nrnn inn nriAj r1LJ 115 1Isgj風4 II!|呂*郎山片诃如果条件允许，CPU可以产生15个CLK的话（比如FPGA s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。D（N1冷邸1闌丨肌?池_ri艸几=i”in画歹间工科打iiqi!盹住比12叭訂mnn图客a/d转换时序每农转换需】5半討钟馬歆打;“v阳w.gigdMq.口j徵2.
10、4 A/D 转换时序的程序设计ADS7843的典型应用如图4所示。假设“P接口与51单片机 的P1.3P1.7 相连，现以一次转换需24个时钟周期为例，介绍A/D转换时序的程序设计。; A/D 接口控制线DCLKBITP1.3CSBITP1.4DINBITP1.5BUSYBITP1.6DOUTBITP1.7; 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CH3EQU0A4HCH4EQU0E4HAD_CHEQU35H; 信道选择寄存器AD_DATAHEQU36H;存放 12 bit A/D 值AD_DATALEQU37H;
11、存放信道CHX+的A/D值CHX_AdHEQU38HCHX_AdLEQU39H;存放信道CHY+的A/D值CHY_AdHEQU3AHCHY_AdLEQU3BH采集信道CHX+的程序段(CHXAD)CHXAD:MOVAD_CH,#CHXLCALLAD_RUNMOVCHX_AdH,AD_DATAHMOVCHX_AdL,AD_DATALRET; 采集信道 CHY+ 的程序段 (CHYAD)CHYAD:MOVAD_CH,#CHYLCALLAD_RUNMOVCHY_AdH,AD_DATAHMOVCHY_AdL,AD_DATALRET; A/D 转换子程序 (AD_RUN); 输入 : AD_CH- 模式
12、和信道选择命令字; 输出 : AD_RESULTH,L ;12 bit 的 A/D 转换值; 使用 : R2 ; 辅助工作寄存器AD_RUN:CLRCS; 芯片允许CLRDCLKM0VR2,#8;先写8 bit命令字MOVA,AD_CHAD_LOOP:MOVC, ACC.7MOVDIN,C;时钟上升沿锁存DINSETBDCLK; 开始发送命令字CLRDCLK;时钟脉冲，一共24个RL ADJNZR2,AD_LOOPNOPNOPNOPNOPADW0:JNBBUSY,AD_WAIT; 等待转换完成SJMPADW1AD_WAIT:LCALLWATCHDOGNOPSJMPADW0CLRDINADW1:
13、M0VR2,#12;开始读取12bit结果SETBDCLKCLRDCLKAD_READ:SETBDCLKCLRDCLK;用时钟的下降沿读取MOVA,AD_DATALMOVC,DOUTRLCAMOVAD_DATAL,AMOVA,AD_DATAHRLCAMOVAD_DATAH,ADJNZR2,AD_READM0VR2,#4;最后是没用的4个时钟IGNORE:SETBDCLKCLRDCLKDJNZR2,IGNORESETBCS; 禁止芯片ANLAD_DATAH,#0FH; 屏蔽高 4 bitRET2.5 A/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=VR EF/256, 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持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 Dragon Ball） 就提供专门的引脚来支持 8 位和 4 位的液晶显示，对触摸屏的支
