第八章 ADC和触摸屏接口与应用汇总

1. 双积分的AD转换器 双积分式也称为二重积分式，其实质是测量和比 较连个积分的时间，一个是对模拟输入电压积分 的时间，此时间往往是固定的；另一个是以充电 后的电压为初值，对参考电压反向积分，积分电 容被放电至零所需的时间。模拟输入电压与参考 电压之比，等于上述两个时间之比。
双积分的AD转换器


2. 逐次逼近型的AD转换器 逐次逼近型的AD转换器，其应用比积分型更为广泛，主要 有逐次逼近寄存器SAR、DA转换器、比较器，以及时序和 控制逻辑等部分组成。它的实质是逐次把设定的SAR寄存 器中的数字量经DA转换后得到电压与待转换模拟电压进行 比较。比较时，先用SAR的最高位开始，逐次确定各位的 数码影视“1”还是“0”，其工作过程如下： 转换前，先将SAR寄存器各位清零。转换开始时，控制逻 辑电路先设定SAR寄存器的最高位为“1”，其余位为0， 此试探值经DA转换成Vc，然后将Vc与模拟输入电压Vx比 较，如果Vx>Vc，说明SAR最高位的“1”应予保留；如果 Vx<V c，说明SAR该位应予清零。然后对SAR次高位置1 ，依上述方法进行DA转换和比较。如此重复上述过程，直 至确定SAR寄存器的最低位为止。过程结束后，状态线改 变状态，表名已完成一次转换。


由于双积分型AD转换是测量输入电压在T0时间内 的平均值，所以对常态干扰有很强的抑制作用， 尤其对正负波形对称的干扰信号，抑制效果更好 。 双积分型的AD转换器电路简单，抗干扰能力强， 精度高，这是突出的优点。但转换速度比较慢， 常用的AD转换芯片的转换时间为毫秒级。因此适 用于模拟信号变换缓慢，采样速率要求较低，而 对精度要求较高，或现场干扰较严重的场合，例 如，在数字电压表中长被采用。


早期观念上，红外线式触摸屏存在分辨率低、触摸方式受 限制和易受环境干扰而误动作等技术上的局限，因而一度 淡出过市场。此外第二代红外屏部分解决了抗光干扰的问 题，第三代和第四代在提升分辨率和稳定性能上也有所改 进，但都没有在关键指标或综合性能上有质的飞跃。但是 ，了解触摸屏技术的人都知道，红外线式触摸屏不受电流 、电压和静电干扰，适宜恶劣的环境条件，红外技术是触 摸屏产品最终的发展趋势。采用声学和其他材料学技术的 触摸屏都有其难以逾越的屏障，如单一传感器的受损、老 化，触摸界面怕受污染、破坏性使用，维护繁琐等问题。 红外触摸屏只要真正实现了高稳定性能和高分辨率，必将 替代其他技术产品而成为触摸屏市场主流。
8.2.1 触摸屏的工作原理


按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，分为四类：分 别为电阻式、电容式、红外线式和表面声波式。 1. 电阻式触摸屏 电阻式触摸屏是利用压力感应进行控制，其主要部分是一 块玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金 属导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的 塑料层。 当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触 ，电阻发送变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触 摸屏控制器。控制器侦测到这一接触器并计算出（X,Y） 的位置。

8.2 触摸屏结构和工作原理


触摸屏作为一种最新的计算机输入设备，是目前 最简单、方便、自然的一种人机交互方式。触摸 屏应用领域非常广阔，主要是公共信息的查询， 如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查 询；城市街头的信息查询；此外也常用于领导办 公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜 、多媒体教学、房地产预售等。现在，触摸屏已 经走入家庭。 随着城市向信息化方向发展和电脑网络在国民生 活中的渗透，信息查询都已用触摸屏实现，即显 示内容可触摸的形式出现。

电容屏更主要的缺点是漂移，当环境温度、湿度 改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏 的漂移，造成触摸点判断不准确。例如，开机后 显示器温度上升会造成漂移，用户触摸屏幕的同 时另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移；电容 触摸屏附近较大的物体搬移后会漂移，触摸时如 果有人围过来观看也会引起漂移。电容屏的漂移 原因属于技术上的先天不足，环境电势面虽然与 电容触摸屏离得很远，却比手指头面积大得多， 它们会直接影响触摸位置的测定。


2. 电容式触摸屏 电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的 。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃层 的内表面和夹层个涂油一层ITO，最外层是一薄层 矽土玻璃保护层，夹层ITO涂层作为工作面，四个 角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好 的工作环境。 电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏， 当然还不能和表面声波屏与五线电阻屏相比。电 容屏反光严重，而且触摸屏对各波长光的折光率 不均匀，存在色彩失真的问题，由于光线在各层 间的反射，还造成图像字符的模糊。
ADC工作原理。 触摸屏结构和工作原理。 触摸屏控制实例。
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8.1 ADC工作原理

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ADC是模拟信号源和CPU之间联系的接口，它的 任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号， 以便计算机和数字系统进行处理、存储、控制和 显示。在工业控制和数据采集及许多其他领域中 ，A/D转换是不可缺少的。A/D转换器的类型有逐 位比较型、积分型、计数型、并行比较型、电压频率型，应主要根据使用场合的具体要求，安装 转换速度、精度、价格、功能和接口条件等因素 来决定选择何种类型。常用的AD转换器有以下两 种。

最后，逐次逼近寄存器SAR中的内容就是与输入 模拟量相对应的二进制数字量。显然AD转换器的 位数N决定于SAR的位数和DA的位数，，转换结 果能否准确逼近模拟信号，主要取决于SAR和DA 的位数。位数越多，越能准确逼近模拟量，但转 换所需的时间也越长。 逐次逼近型AD转换器特点：转换速度较快，在1100us以内；分辨率可以达18位，特别适用于工业 控制系统。转换时间固定，不随输入信号的变化 而变化；抗干扰能力相对积分型的差。
第8章 ADC和触摸屏接口与应用
本章内容：

嵌入式系统中的信号测量一般都会用到ADC， ADC测量作为嵌入式系统开发设计中不可缺少的 一个部分存在于各种测量装置中。在ARM Cortex-A8中，触摸屏接口也要用到相应的ADC口 来进行相应的工作，因此，对于嵌入式开发人员 而言，ADC的学习是很重要的。。

3. 红外线式触摸屏 红外线式触摸屏是利用X、 Y方向上密布的红外线矩阵 来检测并定位用户的触摸。 红外线式触摸屏在显示器的 前面安装一个电路板外框， 电路板在屏幕四边排布红外 线发射管和红外接收管，一 一对应形成横竖两条红外线 ，因而可以判断出触摸点在 屏幕的位置。任何触摸物理 都可改变触电上的红外线而 实现触摸屏操作。