电子百科
1. 电阻式触摸屏是表面覆盖触摸响应薄膜的透明玻璃板。
2. 电阻式触摸屏面板有两个电阻层(氧化铟锡)组成,中间是一层很薄的分隔层。
3. 电阻触摸屏的两个薄膜层组成一个电阻网络,充当触摸位置检测功能的分压电路。
4. 触摸屏会在电阻网络组成的分压器上引起电压变化,这个电压用于确定触摸屏幕的触点位置。
5. 触摸屏控制器(TSC)把捕捉的模拟电压信号转换成数字触摸坐标信号。内置模数转换通道,充当测量模拟电压的电压计。
6. 在触摸屏幕后,起到电压计作用的触摸控制器首先在X+点施加电压梯度VDD,在X-点施加接地电压GND。然后,检测Y轴电阻上的模拟电压,并把模拟电压转换成数值,用模数转换器计算X坐标(图)。在这种情况下,Y-轴变成感应线。同样地,在Y+和Y-点分施加电压梯度,可以测量Y坐标。
7. 某些触摸控制器还支持触摸压力测量,即Z轴测量。测量Z轴坐标时,电压梯度施加在Y+轴和X-轴上。
图 :电阻式触摸屏:X 坐标测量:
电阻触感主要有两种形式:软件触感解决方案和专用触摸屏控制器芯片。
在软件触感解决方案中,微控制器须担负所有的触控检测和坐标计算任务。基于微控制器的软件算法采用内部的微控制器进行触摸位置电压测量,执行触摸检测功能和坐标处理功能。
在专用触摸屏控制器内,控制器向系统主机(微控制器)发起一个检测触摸事件的中断请求,并输出代表触摸坐标的数字数据。然后主处理器(MCU)读取数字数据,执行客户期待的操作命令。
基于MCU计算参数的设计方法要求主处理器的速度非常快,只有这样才能管理频繁的触摸操作。对于快速触摸检测应用,这不是一个非常可靠的设计。因为没有数据平均和触摸检测延时功能,这类设计的检测精度比较低。具有数据采样、测量值平均、触摸检测延时配置和数字触摸坐标计算功能的专用触摸屏控制器芯片才是真正的触摸屏控制器。这些芯片易于集成到产品设计中,具有更高的性能。
电阻式触摸屏的检测部件是一块与显示器表面紧密配合的多层复合薄膜,由一层玻璃或有机玻璃作为基层,表面涂有一层阻性导体层(如铟锡氧化物ITO),上面再盖有一层外表面被硬化处理、光滑防刮的塑料层,塑料层的内表面也涂有一层阻性导体层。在两导体层之间有一层具有许多细小隔离点的隔离层,把两导体层隔开绝缘,如图1所示。当手指触摸屏幕时,两导体层在触摸点位置产生了接触,控制器检测到这个接通点后计算出X,Y坐标,这就是电阻式触摸屏的检测原理。
ADS7846是美国BB公司推出的新一代4线制触摸屏控制器,它由低导通电阻模拟开关,具有采样/保持功能的逐次逼近型ADC、异步串行数据接口、温度传感器等组成。ADC是ADS7846的核心,其转换速率可达125 kHz,分辨率可编程为8位或12位。该器件不仅具有X,Y坐标测量功能,还具有电池电压、芯片温度、触摸压力和外模拟量4种测量功能,其工作方式可由控制字决定,片内的6选1模拟多路开关可根据微控制器送来的命令字选择6个电压量之一(X+,Y+,Y-,VBAT,TEMP,AUX-IN),并将其送入 A/D转换器转换,然后再通过SPI接口将转换值送入微控制器。ADS7846还集成有触摸识别电路,当检测到有触摸时,该电路会在引脚输出一个低电平信号,向微控制器提出测量触点坐标的中断请求。该芯片采用ST代理的单电源供电,工作电压为2.2~5.25 V,且内部自带+2.5 V的参考电压。
A2A1A0:通道选择位。用于控制通道选择器的输入,触摸信号驱动开关及ADC的参考输入电压。当A2A1A0=001时,采集Y坐标信号;当A2A1A0=101时,采集X坐标信号。
MODE:用来选择A/D转换的精度。为1选择8位精度;为0选择12位精度。
用来选择参考电压的输入模式。1为参考电压非差动输入模式;O为参考电压差动输入模式。
PDl,PD0:低功率模式选择位。若为11,器件总处于供电状态;若为OO,器件在两次变换之间处于低功率模式。
ADS7846的转换时序如图4所示。一次完整的电极电压切换和A/D转换,需要ADS7846和微处理器进行3次串行数据传送,每次传送需要8个时钟周期。
第一次传送由微处理器向ADS7846发送控制字,接下来的两次传送是微处理器从ADS7846读取转换结果(最后4位自动补O)。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。
电阻式触摸屏根据引出线数的多少,分为4~8线等多种结构。4线电阻触摸屏最具代表性,其检测原理如图2所示。在外ITO层的上、下两边各渡一个狭长电极,引出端为Y+,Y-,在内IT0层的左、右两边分别渡上狭长电极,引出端为X+,X-。为了获得触摸点在X方向的位置信号,在内ITO层的两电极 X+,X-上分别加VREF,0 V电压,使内IT0层上形成了从O~VREF的电压梯度,触摸点至X-端的电压为该两端电阻对VR-EF的分压,分压值代表了触摸点在X方向的位置,然后将外ITO层的一个电极(如Y-)端悬空,可从另一电极(Y+)取出这一分压,将该分压进行A/D转换,并与VREF进行比较,便可得到触摸点的X坐标。
当触摸触摸屏时,ADS7846中断信号有效,单片机检测到这一有效信号后,先送测量X坐标控制字,并检测BUSY信号是否有下降沿到来,下降沿到来后,读X位置电压;再送测量Y坐标控制字,获取Y位置电压。将得到的X,Y位置电压用式(1)、式(2)进行计算便得到触摸点的X,Y坐标。
应用ADS7846实现触摸屏与单片机80C55的接口电路,触摸屏的X+,X-,Y+,Y-分别与ADS7846的相应端连接,当控制字中 A2A1-A0=001时,通过片内模拟开关的切换,将X+接电源VCC,X-接地,将Y+与Y-端以差动形式接到A/D转换器的输入端,A/D转换器的结果就是Y位置电压。类似当控制字中A2A1A0=101时,A/D转换器的结果就是X位置电压。单片机与ADS7846间的数据传送采用串行通信方式时,由于单片机串口方式1~3为异部通信方式,与ADS7846的时序不相配;串口方式0为移存器方式,虽然与ADS7846时序可以配合,但串口数据输入/输出使用同一端子RXD(TXD)为同步脉冲输出端),ADS7846数据输入/输出采用不同端子DIN,DOUT。为了实现正确的数据双向传送,设计了双向数据芯片GAL,该芯片的功能是当E=O时,数据传送方向为Y到A;当E=1时,传送方向为B到Y。ADS7846的笔中断信号接P2.4,当信号有效时,单片机发送控制字。ADS7846的忙信号BUSY接P2.6,在BUSY信号的下降沿,单片机接收A/D转换结果。