触摸屏的工作原理及典型应用

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1、触摸屏的工作原理及典型应用摘要：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。关键词：触摸屏ITOADS7843嵌入式系统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：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

2、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。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

3、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。2.1ADS7843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

4、配置如图3所示。表1为引脚功能说明，图4为典型应用。5/52.2ADS7843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。图5所示为其内部结构，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。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

5、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进行通道选择（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。5/5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

6、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。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。5/52.4A/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，介绍A/D转换时序的程序设计。;A/D接口控制线DCLKBITP1.3CSBITP

7、1.4DINBITP1.5BUSYBITP1.6DOUTBITP1.7;A/D通道选择命令字和工作寄存器CHXEQU094H;通道X+的选择控制字CHYEQU0D4H;通道Y+的选择控制字CH3EQU0A4HCH4EQU0E4HAD_CHEQU35H;通道选择寄存器AD_RESULTHEQU36H;存放12bitA/D值AD_RESULTLEQU37H;存放通道CHX+的A/D值CHXAdResultHEQU38HCHXAdResultLEQU39H;存放通道CHY+的A/D值CHYAdResultHEQU3AHCHYAdResultLEQU3BH;采集通

8、道CHX+的程序段(CHXAD)CHXAD:MOVAD_CH,#C