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    在便攜式的電子類產(chǎn)品中，觸摸屏由于其輕便、占用空間少、方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸取代鍵盤成為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入設(shè)備?；谟|摸屏的輸入系統(tǒng)實(shí)際上是由觸摸屏、觸摸屏控制器、微控制器及其相應(yīng)軟件構(gòu)成的，本文從系統(tǒng)的硬件組成入手，分析整個系統(tǒng)的硬軟件原理及其實(shí)現(xiàn)方法。

    一、系統(tǒng)組成原理

    觸摸屏輸入系統(tǒng)由觸摸屏、觸摸屏控制器和微控制器三部分組成。圖1示出了一個實(shí)際的觸摸屏輸入系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中觸摸屏采用信利公司的四線電阻式觸摸屏，觸摸屏控制器采用BB公司的ADS7846，微控制器為Motorola M?CORE系列的MMC2107。

圖1 觸摸屏輸入系統(tǒng)的組成

圖2 觸摸屏的觸摸示意圖

    1. 觸摸屏原理

    觸摸屏附著在顯示器的表面，與顯示器相配合使用，如果能測量出觸摸點(diǎn)在屏幕上的坐標(biāo)位置，則可根據(jù)顯示屏上對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的顯示內(nèi)容或圖符獲知觸摸者的意圖。觸摸屏按其技術(shù)原理可分為五類：矢量壓力傳感式、電阻式、電容式、紅外線式、表面聲波式，其中電阻式觸摸屏在嵌入式系統(tǒng)中用的較多。電阻觸摸屏是一塊4層的透明的復(fù)合薄膜屏，如圖2所示，最下面是玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成的基層，最上面是一層外表面經(jīng)過硬化處理從而光滑防刮的塑料層，中間是兩層金屬導(dǎo)電層，分別在基層之上和塑料層內(nèi)表面，在兩導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)把它們隔開。當(dāng)手指觸摸屏幕時，兩導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)處接觸。

    觸摸屏的兩個金屬導(dǎo)電層是觸摸屏的兩個工作面，在每個工作面的兩端各涂有一條銀膠，稱為該工作面的一對電極，若在一個工作面的電極對上施加電壓，則在該工作面上就會形成均勻連續(xù)的平行電壓分布。如圖1所示，當(dāng)在X方向的電極對上施加一確定的電壓，而Y方向電極對上不加電壓時，在X平行電壓場中，觸點(diǎn)處的電壓值可以在Y+(或Y-)電極上反映出來，通過測量Y+電極對地的電壓大小，便可得知觸點(diǎn)的X坐標(biāo)值。同理，當(dāng)在Y電極對上加電壓，而X電極對上不加電壓時，通過測量X+電極的電壓，便可得知觸點(diǎn)的Y坐標(biāo)。電阻式觸摸屏有四線和五線兩種。四線式觸摸屏的X工作面和Y工作面分別加在兩個導(dǎo)電層上，共有四根引出線，分別連到觸摸屏的X電極對和Y電極對上。五線式觸摸屏把X工作面和Y工作面都加在玻璃基層的導(dǎo)電涂層上，但工作時，仍是分時加電壓的，即讓兩個方向的電壓場分時工作在同一工作面上，而外導(dǎo)電層則僅僅用來充當(dāng)導(dǎo)體和電壓測量電極。因此，五線式觸摸屏的引出線需為5根。

    2. ADS7846觸摸屏控制器的工作原理

    各種類型的觸摸屏均有其相應(yīng)的控制器，如：ADS7846是四線式觸摸屏的控制器，而ADS7845是五線式觸摸屏的控制器。控制器的主要功能是分時向X、Y電極對施加電壓，并把測量電極上的電壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)觸摸點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)。

    1) 操作原理

    ADS7846內(nèi)部有一個由多個模擬開關(guān)組成的供電-測量電路網(wǎng)絡(luò)和12位的A/D轉(zhuǎn)換器（參見圖3）。ADS7846根據(jù)微控制器發(fā)來的不同測量命令導(dǎo)通不同的模擬開關(guān)，以便向工作面電極對提供電壓，并把相應(yīng)測量電極上的觸點(diǎn)坐標(biāo)位置所對應(yīng)的電壓模擬量引入A/D轉(zhuǎn)換器。在觸摸點(diǎn)X、Y坐標(biāo)的測量過程中，測量電壓與測量點(diǎn)的等效電路如圖4所示，圖中P為測量點(diǎn)。

圖3 ADS7846的功能框圖

圖4 測量關(guān)系
 

    2) 數(shù)字接口

    ADS7846與MMC2107之間通過標(biāo)準(zhǔn)的SPI口相連，由MMC2107啟動3次SPI傳送來完成轉(zhuǎn)換，如圖5所示。第一次SPI傳送由MMC2107向ADS846發(fā)控制字，包括起始位、通道選擇、8/12位模式、差分/單端選擇和掉電模式選擇，接下來的兩次SPI傳送則是MMC2107從ADS7846取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)（最后四位自動補(bǔ)零），完成觸摸屏控制器和微控制器之間的一次通信。

圖5 轉(zhuǎn)換時序

圖6 筆中斷請求

    3) 筆中斷（PENIRQ＃）輸出

    ADS7846通過筆中斷請求向MMC2107表示有觸摸發(fā)生。如圖6所示，當(dāng)沒有觸摸時，MOSFET①和②打開、③關(guān)閉，則筆中斷輸出引腳通過外加的上拉電阻輸出為高。當(dāng)有觸摸時，①和③打開、②關(guān)閉，則筆中斷輸出引腳通過③內(nèi)部連接到地而輸出為低，從而向MMC2107提中斷請求。

    二、實(shí)際應(yīng)用舉例

    觸摸屏輸入系統(tǒng)的硬件連線如圖1所示，當(dāng)有觸摸時ADS7846向MMC2107提中斷請求，由MMC2107響應(yīng)該中斷請求，啟動圖5所示的通信過程，讀取ADS7846的轉(zhuǎn)換結(jié)果，從而得到觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)，其軟件接口如圖7所示，包括系統(tǒng)初始化（圖中省略）、中斷服務(wù)程序和ADS7846測量程序三部分。在ADS7846測量程序中，完成一次MMC2107和ADS7846之間的通信過程。

圖7 軟件接口流程圖

    在測量過程中發(fā)現(xiàn)ADS7846的外時鐘為50KHz～60KHz時是比較適宜的。ADS7846只能作為SPI的從設(shè)備，各信號的時序是完全固定的，因此需要配置MMC2107 SPI接口信號的時序使之完全符合ADS7846的時序，尤其是從選擇信號SS#在一次通信過程中應(yīng)一直為低（見圖5）。

    實(shí)際測量結(jié)果如表1、表2所示: 表1是在一條基本豎直的直線上等距離測量的幾個點(diǎn)的坐標(biāo)值，從表中可得X坐標(biāo)的斜率為64.25/mm，表2是一條基本水平的直線上等距離測量的幾個點(diǎn)的坐標(biāo)值，可知Y坐標(biāo)變化斜率為46.33/mm。

表1

表2