觸摸屏控制器設計

0 引 言
??? 隨著信息技術的飛速發展，人們對電子產品智能化、便捷化、人性化要求也不斷提高，觸摸屏作為一種人性化的輸入輸出設備，在我國的應用范圍非常廣闊，是極富吸引力的多媒體交互沒備。目前，觸摸屏的需求動力主要來自于消費電子產品，如手機、PDA、便攜導航設備等。隨著觸摸屏技術的不斷發展，它在其他電子產品中的應用也會得到不斷延伸。現在市面上已有的觸摸屏控制器普遍價格比較高且性能相對比較固定，一些場合下無法滿足用戶的實際需求。本文基于上述考慮，根據電阻式觸摸屏的工作原理，選用51系列單片機作為控制核心，設計一種實用且低成本的觸摸屏控制系統。

1 觸摸屏的工作原理
??? 觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器件組成(如圖1所示)；觸摸檢測部件用于檢測用戶觸摸位置，接收后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息送給控制器，它同時能接收控制器發來的命令并加以執行。

??? 觸摸屏的主要3大種類是：電阻技術觸摸屏、表面聲波技術觸摸屏、電容技術觸摸屏。其中，電阻式觸摸屏憑借低廉的價格以及對于手指及輸入筆觸摸的良好響應性，涵蓋了100多家觸摸屏元件制造商中的2／3，成為過去5年中銷售量最高的觸摸屏產品。在這里根據要設計應用的觸摸屏控制器，重點介紹一下四線電阻式觸摸屏。
??? 電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面相匹配的多層復合薄膜，由一層玻璃或有機玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內表面也涂有一層透明導電層，在兩層導電層之間有許多細小(小于千分之一英寸)的透明隔離點把它們隔開絕緣。當手指觸摸屏幕時，平常相互絕緣的兩層導電層就在觸摸點位置有了一個接觸，因其中一面導電層接通Y軸方向的5 V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變為非零，這種接通狀態被控制器偵測到后，進行A／D轉換，并將得到的電壓值與5 V相比即可得到觸摸點的Y軸坐標，同理得出X軸的坐標，這就是四線電阻式觸摸屏基本原理，其原理如圖2所示。

2 觸摸屏控制系統硬件設計
??? 根據四線電阻式觸摸屏的工作原理可以看出，在硬件設計上的主要工作就在于將觸摸點所在的X軸及Y軸坐標通過控制驅動模塊加以精確識別。

2．1 總體結構設計
??? 觸摸屏控制器的設計關鍵在于對驅動模塊的控制，本文采用AT89C2051作為驅動電路的控制核心，通過ADS7843模塊接收觸摸屏上得到的信號并控制驅動電路作出相應的反應，通過RS232串行通信發送到計算機上顯示出來。其整體結構框圖如圖3所示。

2．2 觸摸屏驅動原理電路
??? 在本文的觸摸屏驅動電路設計中，應用了ADS7843芯片作為其中的驅動模塊，它在控制器的作用下完成了觸摸坐標信息采集及A／D轉換，并將處理后的信息送到控制器中，實現了信息交互功能。它的內部驅動電路原理如圖4所示。

??? 從圖4中可以看出控制信號通過簡單的電阻與三級管組合來驅動四線電阻式觸摸屏。通過單片機輸出指令控制三極管的通斷，形成對該驅動電路的循環掃描以檢測是否有按壓動作以及讀取XY的坐標。

該驅動電路的主要工作時序為：
??? (1)檢測是否有按壓動作
??? ①YCTR+=1，YCTR-=0此時三極管V2、V3都為關斷狀態。
??? ②XCTR+=0，XCTR-=1此時三極管V1、V4都為開通狀態。
??? ③A／D轉換器讀ADC的電壓值，若大于門限值則說明有按壓動作。
??? (2)讀X坐標
??? ①YCTR+=1，YCTR-=0此時三極管V2、V3都為關斷狀態。
??? ②XCTR+=0，XCTR-=1此時三極管V1、V4都為開通狀態。
??? ③A／D轉換器讀ADX的電壓值。
??? (3)讀Y坐標
??? ①XCTR+=1，XCTR-=0此時三極管V1、V4都為關斷狀態。
??? ②YCTR+=0，YCTR-=1此時三極管V2、V3都為開通狀態。
??? ③A／D轉換器讀ADY的電壓值。

2．3 觸摸屏控制系統原理電路設計
??? 本電路以單片機AT89C2051為控制器件，它有較少的精簡I／O端口，體積很小，非常適用做小型應用系統的處理器。以ADS7843觸摸屏控制芯片為硬件驅動模塊，ADS7843內部有一個由多個模擬開關組成的供電測量電路網絡和12位的A／D轉換。ADS7843根據微控制器發來的不同測量命令導通不同的模擬開關，以便向工作面電極對提供電壓，并把相應測量電極上的觸點坐標位置所對應的電壓模擬量引入A／D轉換器。在觸摸點X、Y坐標的測量過程中，測量電壓與測量點的關系如圖5所示等效電路，圖中P為測量點。

??? 參見圖6的控制驅動電路，當觸摸屏上有按壓動作時，ADS7843芯片在單片機AT89C2051的作用下完成了觸摸坐標X+、X-、Y+、Y-的信息采集及A／D轉換，將數據信息返回到單片機，單片機根據得到的數字信息作出處理后通過MAX232芯片與計算機進行串行通信，將輸入顯示出來。

3 軟件設計
??? 根據硬件電路設計原理，控制驅動電路軟件設計中最為關鍵的就是根據ADS7843芯片內部原理及時序關系控制其實現對XY坐標的采集，同時將信息通過RS232串行通信發送到計算機上。程序設計框圖如圖7所示。

4 結束語
??? 本系統針對傳統觸摸屏控制器的高成本、低可控性等問題，采用ADS7843觸摸屏驅動芯片，通過AT89C2051單片機編程產生驅動信號，并由串行通信對測量過程進行信息傳遞。通過進行實際的設計調試，該設計觸摸響應迅速，具有精度高、體積小、結構簡單、可控性高且軟硬件系統成本預算低廉等特點，具有廣闊的應用前景。