触摸屏基本原理及其与单片机的连接

触摸屏基本原理及其与单片机的连接
作者：张佳根
来源：《硅谷》2012年第05期
摘要：简要介绍触摸屏的结构和原理，并以TI公司触摸屏控制芯片ADS7843为例，介绍触摸屏的控制电路，讨论该控制芯片的应用方法和技巧。

对单片机的触控系统的的开发和设计有指导作用。

关键词：触摸屏；ADS7843；单片机系统
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310044－01
触摸屏作为一种新型的计算机外设，提供了简单，方便，自然的交互方式。

它赋予计算机崭新的面貌。

触摸屏的应用十分广泛，主要应用于商场，营业厅，pad设备，手机等的信息输入和查询。

此外，在工业控制，军事指挥，游戏控制等领域也有较多的应用。

本文主要介绍ADS7843芯片的工作特点，及运用其特点使其和单片机结合以为触摸屏工作做硬件支持。

1 触摸屏的结构和工作机理
触摸屏分为电阻式，电容式，表面声波式，红外线扫描近场成像等几大类。

由于电阻式价格较为廉价，较大面积的被广泛应用。

电阻式触摸屏是由多层材料组成的，它由有机玻璃作为基本层，上面涂覆了一层电导体，在基本层的上面覆盖一层塑料层，塑料层的内表面涂覆一层电导层，在两个电导层之间有许多的隔离点将两个层隔离。

这种隔离层的特点是精度高，不受环境干扰，适用于较为广泛的场合。

当手触摸屏幕时，平常绝缘的导电层之间就有了接触，控制器检测到这个接触时，其中一个导电层接通y轴方向5v均匀电压场，另一导电层将接触点的电压输送至控制器进行A\D转换，在将得到的电压值与5v相比即得到接触点的y轴坐标，同理的出x轴坐标。

2 触控控制芯片的功能特性
触控控制芯片的功能主要有两个方面：一方面是完成电极电压的切换；另一方面是采集接触点的电压，即（A\D）转换。

Ads7843是TI公司专门为四线电阻式触摸屏设计的专用接口芯片。

它可方便的与单片机接口，对转换信号进行处理和计算。

它的具体参数是，拥有8位或12位的分辨率，逐次逼近型的A\D转换器，带有一串型接口，可达125khz的转换速率，工作
电压是2.7-5v，参考电压是1v-Vcc均可。

最高功耗是750μW，最低功耗是0.5μW。

它采用ssop-16封装，工作温度是-40℃～+85℃。

各个引脚的功能如下：
X+、Y+、X-、Y-：转换模拟器输入端
DLCK：输入时钟信号
CS：片选端
DIN：串行输入，是串行信号的输入闸门引脚
DOUT：转换后的数据输出引脚
IN3 IN4：辅助输入
PEN\RQ：PEN是中断引脚，在数据输出后引发芯片的中断
3 模式设置
ADS7843有差分（differential）和单端（single-ended mode）两种工作模式。

单端输入，输入信号均以输入的地线为基准，这种输入方法主要应用于输入电压较高（高于1v），输入源到处理信号硬件的导线较短（低于15ft），且所有的输入信号公用一个地线基准的条件下。

它判断的是信号和地线的电压差。

受到干扰时，单端电路一端信号变化，地线基本不变，电路整体受干扰较大。

稳定性不高。

对于差分输入，每个输入源都有自己的基准地线。

其中共模噪声可以被导线所消除，从而减小噪声误差。

差分输入时它判断的是信号之间的电压差。

受到干扰时，差分电路两端信号同时变化，电路整体受干扰不大。

差分电路和单端电路相比有以下的优势：
1）抗干扰能力强：因两根差分输入线的耦合较好，当外界存在电压电流噪声扰动时，这些扰动几乎同时被耦合到两条线上，而接受端检测的是两线的差值，所以外界噪声干扰几乎完全被抵消。

2）能有效的抑制EMI，在差分电路中，两条输入线的极性是相反的，它们对外界的磁场是能够相互抵消的，所以两条线耦合的越紧，电磁释放的能量几乎越少。

3）定位时序精确。

经检测差分信号的开关变化是位于两个信号的交点的，而普通单端信号靠信号的两个电压的高低来判断，因而差分输入受到温度或其自身的制造的影响较小，所以时序上的误差就比较小，同时在的幅度的信号电路中有较好的表现。

从另一个角度讲，为电路的低功耗运行提供了条件。

综合以上几点，所以采用差分输入模式。

4 PEN引脚的使用
PEN引脚是使ADS7843进入低功耗模式的控制脚。

I\01，I\02是微处理器的输入输出口。

当器件进入工作状态且pd0，pd1=00时，转换器进入低功耗工作模式。

当触摸板未被触摸时，ADS7843内部的电路没有电压变化，其内部因此没有电流；当面板被触摸时，Y-将有电流通路。

这时X+，X-和Y+三个引脚的电阻高，电流经过内部电阻和二极管，引脚PENIRQ电位变低，从而通过二号输入输出端上一个低于1v的低电压促使cpu进入工作状态，之后微处理器使输入输出端1和2的电位降低，同时对芯片控制寄存写码使其进入工作初始化。

降低输入输出口1和2的电压是为了改变PENIRO二极管上的电压。

否则，如果在转换期间该引脚上有电压波动，那么电流的波动将引起输入的不正确。

5 差分模式下的软件流程
该软件流程算法假设ADS7843配置成差分模式，每次转换成16个差分时钟，X轴坐标的结果在DATA-X中，Y轴的坐标在DATA-Y中。

通过两次判断的方法来克服屏幕信号的抖动。

DATA1用来储存当前的转换结果，DATA2用来储存上一次的储存结果，结果两次的数据相同时，转换数据有效。

但是应当注意的是：当输入电压的振动频率和取样频率相近时，可能会漏掉正确结果。

6 ADS7843与单片机的连接
ADS7843与单片机C8052F021连接。

该单片机端口与8051端口相同。

C8052F021与ADS7843通过标准的SP1接口连接，SP1接口是工业标准的同步串行接口，是一种全双工，四线通信的系统。

在主模式下，最大传输速率是时钟频率的1/2，而在从模式下，全双工操作时数据最大传输速率是时钟频率的1/10。

ADS7843通过终端请求向
C8052F021表示有触摸发生。

ADS7843只能作为SP1从设备，各信号时序是完全固定的。

7 结束语
现在，随着触摸屏的制作水平和工艺的不断发展，还有价格的降低，触摸屏将越来越普及。

随着嵌入式技术的不断发展，带有flash存储器的微控制器使系统不需要扩展存储器。

还有集成了液晶显示屏，A\D转换功能的微处理器的诞生，使电路更加的简单，设计和投放生产的速度提高。

参考文献：
[1]刘智勇，液晶显示技术，电子科技大学出版社.
[2]ADS7843 Datasheet Ti JULY，2001.。