一种电感式触摸屏控制器设计

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1、一种电感式触摸屏控制器设计2013年3月4日  来源:大比特半导体器件网引言触摸屏是目前最友好的计算机用户接口界面,在消费电子业的应用越来越广泛.触摸屏主要由两部分组成：触摸检测装置和触摸屏控制器.目前主流触摸屏产品的触摸检测装置都是采用前置的方式，在触摸过程中会对检测装置的机械结构造成损坏，导致触摸屏触摸精度下降、寿命缩短;此外，常用的电容、电阻式的触摸屏的成本相对较高。本文设计了一种后置式电感式触摸屏，避免触摸过程中对触摸检测装置的损坏，延长触摸屏产品的寿命，成本也相对较低。1电感式触摸屏的工作原理1.

2、1触摸屏整体结构电感式触摸屏整体结构如图1所示(需要特别说明的是，电感式触摸屏要用专用的触摸笔来达到触摸输入的效果，触摸笔可以发出120~180kHz频率范围内的信号，这里不详细介绍触摸笔的原理)。上面是LCD显示器，下面是触摸屏检测装置。触摸检测装置通过FPC(FlexiblePrintedCircuitboard,柔性印刷电路板)与触摸屏控制器连接。由触摸屏结构图中可以看出，在利用触摸屏输入时，触摸笔不与触摸检测装置直接接触，这样避免了对触摸检测装置的机械损坏，提高了整个触摸控制系统的寿命。图1电感式触

3、摸屏整体结构1.2触摸检测装置结构触摸检测装置是由厚度为0.8mm的软性PCB(PrintedCircuitBoard)构成，在PCB内部镶嵌着两层横(Y轴)竖(X轴)垂直交叉的导线，每一组交叉的导线之间都是绝缘的;导线的一端接地，另一端通过FPC与触摸屏控制器中模拟电子开关CD4051的输入端相连接。X、Y轴方向上的线圈数量根据显示器的尺寸来确定。触摸检测装置结构如图2所示，该触摸检测装置X轴方向由35个线圈、Y轴由30个线圈组成，适用于14英寸显示屏使用。图2触摸检测装置结构1.3触摸屏坐标的确定方法当

4、用户将触摸笔接近检测装置时，检测装置会感应到信号，触摸信号采用分时扫描的方式进行检测。如图2右侧是触摸点P局部放大图，假如触摸到P点时，在Xn、Xn+1和Ym、Ym+1线圈上会感应到电磁信号，使得检测端口的信号由零变为非零。首先对X轴方向进行扫描，通过模拟电子开关扫描到Xn上的信号，由CD4051公共输出引脚输出到OUT端，再把信号经放大滤波、电压整流电路后传送到MCU,由MCU完成A/D转换，得到一个电压值Vn;接着扫描到Xn+1上的信号，同样也经过放大、滤波、整流后将信号发送到MCU进行A/D转换得到一

5、个电压值Vn+1.X轴方向上扫描完成后，再扫描Y轴，同理可以在Ym、Ym+1上检测到两个电压值Vm、Vm+1,利用检测到的4个电压值Vn、Vn+1、Vm、Vm+1可计算出触摸坐标，计算公式如下：其中，Xn,Ym、Xn+1,Ym+1是已知坐标，ΔVx、ΔVy为已知常数，ΔVx是触摸笔在Xn轴上时Vn与Vn+1的差值，ΔVy则是触摸笔在Ym轴上时Vm与Vm+1的差值。从触摸屏控制器获得的X与Y值仅是当前触摸屏的坐标，它不具有实用价值，这个值不但与触摸屏分辨率有关，而且也与触摸屏和LCD的贴合状况有关[4].LC

6、D与触摸屏的分辨率和坐标是不一样的。因此，如果想得到体现LCD坐标的触摸屏位置，还需要在程序中进行转换，其转换公式如下：其中，LCDWidth、LCDHeight是液晶屏的宽度与高度，XLCD_min、XLCD_max和YLCD_min、YLCD_max分别是触摸屏横纵坐标的最大/最小值。2触摸屏控制系统硬件设计触摸屏控制电路整体结构如图3所示。当用触摸笔触摸LCD显示屏时，触摸检测装置对应的X、Y轴上会分别感应到一个信号，这个信号经过模拟电子开关，然后经两级放大、滤波，将得到的信号分两路处理，一路是电压整

7、流，另一路是频率检测电路;得到的数据通过MCUHT46RB70计算，判断出触摸屏的位置及触摸的方式，再由MCU将触摸信号发送到计算机，最终实现触摸输入。整个触摸屏控制电路的时序都是由单片机控制的，其他模块的电路见后面的详细介绍。图3触摸屏控制电路整体结构2.1模拟电子开关电路模拟电子开关电路如图4所示，该电路的功能是驱动触摸屏检测装置，将触摸信号传送到信号处理电路。其电路主要是由CD4051组成，CD4051是一个8通道数字控制模拟开关，该芯片有3位二进制控制输入端A、B、C和一个使能输入端INH,以及8个

8、信号输入端和1个公共输出端。当INH输入端为高电平时，所有通道截止;当INH为低电平时，单片机通过3位二进制信号A、B、C选通一个通道的输入信号，从公共输出端OUT输出，经过两级放大电路及滤波电路后，将触摸信号分别发送到频率检测电路和电压整流电路的TOUCH_SIN端。图4中AX、BX、CX是X轴方向上电子开关的控制输入端，A0~A4是X轴方向上的电子开关的使能端，X00~X34与触摸屏检测装置X轴接口相连接，由