1、四线电阻触摸屏的工作原理 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：四线电阻触摸屏 ITO ADS7843 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
2、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。 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 坐标
3、。 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，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
4、配置如图 3 所示。 表 1 为引脚功能说明，图 4 为典型应用。 2.2 ADS7843 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， 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。 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
5、输入模式所对应的内部开关状况。 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/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。 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 AD
6、S7843 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。 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。 2.4 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
7、换时序的程序设计。 ; A/D 接口控制线 DCLKBITP1.3 CSBITP1.4 DINBITP1.5 BUSYBITP1.6 DOUTBITP1.7 ; 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 CH3EQU0A4H CH4EQU0E4H AD_CHEQU35H;信道选择寄存器 AD_DATAHEQU36H;存放 12 bit A/D 值 AD_DATALEQU37H ; 存放信道 CHX+的 A/D 值 CHX_AdHEQU38H CHX_AdLEQU39H ; 存放信道 CHY+的 A/D 值 C
8、HY_AdHEQU3AH CHY_AdLEQU3BH ;= ; 采集信道 CHX+的程序段 (CHXAD) CHXAD: MOVAD_CH,#CHX LCALLAD_RUN MOVCHX_AdH,AD_DATAH MOVCHX_AdL,AD_DATAL RET ; 采集信道 CHY+的程序段 (CHYAD) CHYAD: MOVAD_CH,#CHY LCALLAD_RUN MOVCHY_AdH,AD_DATAH MOVCHY_AdL,AD_DATAL RET ;= ; A/D 转换子程序 (AD_RUN) ; 输入 : AD_CH-模式和信道选择命令字 ; 输出 : AD_RESULTH,L
9、;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 CLRDCLK MOVR2,#8;先写 8 bit 命令字 MOVA,AD_CH AD_LOOP: MOVC, ACC.7 MOVDIN,C;时钟上升沿锁存 DIN SETBDCLK;开始发送命令字 CLRDCLK;时钟脉冲，一共 24 个 RL A DJNZR2,AD_LOOP NOP NOP NOP NOP ADW0: JNBBUSY,AD_WAIT;等待转换完成 SJMPADW1 AD_WAIT: LCALLWATCHDOG NOP SJMPADW0 CLRDIN ADW1: MOVR2,#12;开始读取 12bit 结果
