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四線電阻式觸摸屏控制器的應(yīng)用研究

發(fā)布時(shí)間：2011-01-10 來(lái)源：桂林電子科技大學(xué)

中心議題：

四線電阻式觸摸屏控制器設(shè)計(jì)

解決方案：

硬件組成電路介紹
接口電路介紹
觸摸屏坐標(biāo)讀取的軟件設(shè)計(jì)介紹

摘要：介紹以C8051為核心的觸摸屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分析了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的干擾信號(hào)、測(cè)量值偏差和信號(hào)采集中延時(shí)時(shí)間的設(shè)定不當(dāng)?shù)葐?wèn)題以及它們對(duì)系統(tǒng)控制效果的影響，并給出了解決方法。

1 引言

ADS7843是一種四線式觸摸屏控制器,目前較多應(yīng)用于電阻式觸摸屏輸入系統(tǒng)中。盡管有很多相關(guān)的典型應(yīng)用和應(yīng)用注意事項(xiàng)，但是在實(shí)際使用過(guò)程中仍然會(huì)遇到一些問(wèn)題。應(yīng)用在通用的單片機(jī)中所出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法，已有一些介紹。本文是對(duì)基于高速、流水線結(jié)構(gòu)的 C8051的觸摸屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析處理，并給出了解決方法。

2 液晶觸摸屏的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件組成

采用典型的四線電阻式觸摸屏，其主要特點(diǎn)是精確度高，不受環(huán)境干擾，適用于各種場(chǎng)合。控制器為四線電阻式觸摸屏通用的 ADS7843控制芯片，具有 12位轉(zhuǎn)換精度，支持 SPI通訊協(xié)議；內(nèi)建 512KByt e ROM,提供繁體或簡(jiǎn)體中文，支持 2 Page顯示模式，支持文本顯示和圖形顯示 (320×240點(diǎn) )兩種方式，顯示模塊內(nèi)建有 512KByt e的 16× 16中文顯示字型 ROM(FontROM)與 8× 6的 A SCI I半型字型，除內(nèi)建 8× 16和 16× 16的字號(hào)外，還提供字型放大的功能。

單片機(jī)采用 Cygnal的 C8051F020，高速、流水線結(jié)構(gòu)的 C8051兼容的 CIP - 51內(nèi)核，64K字節(jié)的 FLA SH,4K +256字節(jié)的 RAM, 12位的 AD轉(zhuǎn)換精度，硬件實(shí)現(xiàn)的 SPI、 S MBus/I2C接口，5個(gè)通用的 16位定時(shí)器。70%的指令執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)周期。

2 . 2　接口電路

如圖 1示。ADS7843串行接口的一次完整操作需要 3× 8=24個(gè) DCL K時(shí)鐘周期，前 8個(gè)脈沖接收 8位的命令，并在第 6個(gè)脈沖的上升沿開始 A / D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入采樣階段，從第 9個(gè)脈沖開始進(jìn)入轉(zhuǎn)換階段，輸出12位采樣值，轉(zhuǎn)換結(jié)束進(jìn)入空閑階段。直到 24個(gè)DCL K結(jié)束，CS置高電平，一次測(cè)量結(jié)束。如圖 2所示。此外，ADS7843還支持其他的工作方式，這里不再詳述。

2 . 3　工作原理

當(dāng)用戶在觸摸屏上的有效區(qū)域內(nèi)點(diǎn)擊時(shí)，觸摸屏的 X方向、 Y方向輸出電阻分別隨 X和 Y呈線性變化，ADS7843控制器將其分別轉(zhuǎn)換為 12位數(shù)據(jù)，通過(guò)中斷告知 C8051F020需要接收數(shù)據(jù)，C8051F020接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理；首先進(jìn)行觸點(diǎn)數(shù)據(jù)是否有效判斷，包括兩方面：一是判斷是否誤操作，即是否是由于人的抖動(dòng)產(chǎn)生的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)；二是 ADS7843傳過(guò)來(lái)得數(shù)據(jù)是否有效，由于剛開始的傳過(guò)來(lái)的第一個(gè)坐標(biāo)是用戶開始接觸觸摸屏?xí)r產(chǎn)生的，電阻不準(zhǔn)確，導(dǎo)致數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)，通常要去掉；在接收過(guò)程中采用多次平均的方法，假如有一次接收的數(shù)據(jù)和平均值差別很大，則這次測(cè)量就作廢，需要重新測(cè)量。一旦數(shù)據(jù)有效，C8051F020接著計(jì)算觸點(diǎn)坐標(biāo)落在液晶屏的位置，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果判斷執(zhí)行相應(yīng)的功能函數(shù)。使觸摸屏和液晶屏有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，建立一定的邏輯關(guān)系，交互地進(jìn)行信息存取和輸出。[page]

2 . 4　觸摸屏坐標(biāo)讀取的軟件流程

3　設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

3 . 1　干擾信號(hào)

在測(cè)試時(shí)，手指或觸摸筆觸摸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的干擾信號(hào)，干擾情況分為兩種： (1)通過(guò)中斷管腳會(huì)一直向 C8051F020發(fā)出中斷請(qǐng)求。解決方法：中斷信號(hào)接緩沖器，然后將輸出管腳接 1 μF的鉭電容，濾除中斷干擾信號(hào)。 (2) ADS7843輸出值不穩(wěn)定。解決方法：在 X +、 Y +管腳上連接 15pF鉭電容濾波。經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，問(wèn)題解決良好。連接電路見圖 1。

3 . 2　ADS7843的測(cè)量值偏差

當(dāng)有觸摸動(dòng)作時(shí)，觸摸點(diǎn)電阻膜會(huì)抖動(dòng)或錯(cuò)誤觸發(fā)，解決方法：先延時(shí)以消除抖動(dòng)，采樣 16次，去掉采樣的最先兩個(gè)值和最后兩個(gè)值，利用軟件濾波，去除采樣中的抖動(dòng)造成的偏差和誤觸發(fā)。利用中間連續(xù)采樣的 12次值，從采樣的第 3次值到第 14個(gè)值，求出每次相鄰兩次采樣值之差，求和后取平均值與預(yù)設(shè)值相比較，如果大于預(yù)設(shè)值，則此觸摸動(dòng)作無(wú)效，小于預(yù)設(shè)值則把采集數(shù)據(jù)的最小 6個(gè)差值對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)求平均值作為坐標(biāo)值。可以消除抖動(dòng)和誤觸發(fā)的無(wú)效值，得到的坐標(biāo)采樣值精確度較高，相對(duì)于其他的濾波算法,該方法最優(yōu)。

3 . 3　信號(hào)采集中的延時(shí)時(shí)間設(shè)定

因?yàn)?nbsp;C8051F020的速度是普通 51芯片的 12倍，ADS7843在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)高低電平持續(xù)的時(shí)間必須足夠，方可保證能采集到坐標(biāo)值。測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，在高低電平后延遲 4個(gè)“_n op_( ) ； ” 空指令時(shí)，觸摸 X坐標(biāo)線，可以采集到 X值坐標(biāo)，且有起始點(diǎn)，坐標(biāo)值有線性變化；觸摸 Y坐標(biāo)時(shí)，采集到的 Y坐標(biāo)值無(wú)起始點(diǎn)，在觸摸屏上的 Y坐標(biāo)上的值相差無(wú)幾,幾乎沒(méi)有變化。將延時(shí)指令由原來(lái)的 4個(gè)“_nop_( ) ； ”改為 16個(gè)，發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果正常。能同時(shí)讀出 X、 Y值坐標(biāo)，且兩坐標(biāo)值均有起始點(diǎn)，且線性變化。因此，在信號(hào)采集程序中，將時(shí)鐘信號(hào)的延遲時(shí)間改為 16個(gè)“_n op_( ) ； ” 。例程如下：