MXB7846型4線觸摸屏數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的原理及應(yīng)用

摘要：MXB7846是Maxim公司專為電阻式觸摸屏生產(chǎn)的4線觸摸屏數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,它具備%26;#177;15kV ESD保護(hù)和多模式、高精度的位置測量功能。詳細(xì)介紹MXB7846的工作原理，并給出典型應(yīng)用電路和控制程序。 關(guān)鍵詞：MXB7846 觸摸屏 A/D轉(zhuǎn)換器ESD保護(hù) 1 概述 隨著家用電子設(shè)備和智能儀器的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)其人機(jī)接口的要求越來越高，人性化的人機(jī)接口能大大提高人們的操作水平，更好地發(fā)揮裝置性能。觸摸屏因此而被大量應(yīng)用于家用電子、檢測儀器、通訊設(shè)備等裝置的人機(jī)接口部分。

MXB7846是Maxim公司的一款集成了%26;#177;15kV ESD保護(hù)的4線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)觸摸屏數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，廣泛應(yīng)用于電阻式觸摸屏輸入系統(tǒng)中。它集成了一個(gè)12位的同步采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以采用內(nèi)部集成的+2.5V 參考電源，也可以采用外接參考電源。還集成了片上溫度傳感器、電源監(jiān)測通道和輔助AD轉(zhuǎn)換器。電路的所有模擬輸入通道都處于ESD保護(hù)之中，因此使用時(shí)不需要額外的靜電保護(hù)裝置。 2 引腳排列及引腳功能 MXB7846采用16腳QSOP和TSSOP封裝。其引腳排列如圖1所示，各引腳功能如下所述。 VDD：電源輸入，電壓范圍為+2.375V～+5.25V。采用內(nèi)部參考電源時(shí)，參考電源大小由此引腳決定。工作時(shí)采用1μF電容器旁路濾波。 GND：地。 X+、X-、Y+、Y-：橫縱坐標(biāo)輸入，其中X+、Y+為ADC輸入的第1、2通道。 BAT：電源監(jiān)測輸入端，為ADC的第3通道。 AUX：輔助模擬輸入端，為ADC的第4通道。 REF：參考電壓輸入/輸出通道，為AD轉(zhuǎn)換提供參考電壓。當(dāng)采用內(nèi)部參考電源時(shí)，該引腳提供2.5V的參考電壓輸出;采用外部參考電源時(shí)，參考電壓由此輸入，可輸入1V～VDD的電壓。工作時(shí)采用0.1μF電容器旁路濾波。

PENIRQ：觸摸中斷引腳，工作時(shí)通過10kΩ～100kΩ電阻器上拉。觸摸屏被觸摸時(shí)引起中斷，ADC開始轉(zhuǎn)換。 DIN：串行數(shù)據(jù)輸入，DCLK的上升沿讀入數(shù)據(jù)。 DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出，DCLK的下降沿輸出數(shù)據(jù)，CS為高時(shí)，DOUT為高阻狀態(tài)。 BUSY：忙輸出標(biāo)志，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)持續(xù)一個(gè)時(shí)鐘周期的高狀態(tài)，CS為高時(shí)，BUSY為高阻狀態(tài)。 CS：片選信號(hào)，只有當(dāng)CS為低時(shí)，串行數(shù)據(jù)才可以從DIN讀入。 DCLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入，輸入時(shí)鐘信號(hào)決定電路的轉(zhuǎn)換速度，其占空比必須為40%～60%。 3 工作原理 MXB7846采用逐次逼近型技術(shù)來實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到12位數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)電路工作于單輸入模式時(shí)，ADC將REF做為參考輸入;電路工作于差分輸入模式時(shí)，ADC的REF+連接到X+或Y+，REF-連接到X-或Y-。具體的連續(xù)方式如表1所示。 表1 MXB7846控制字格式 BIT7 BIT6 BIT5 NIT4 START A2 A1 A0 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 MODE SER/DFR PD1 PD0 MXB7846的控制字格式如表1所列，其中START為數(shù)據(jù)傳輸起始標(biāo)志位，該位必為“1”。A2-A0進(jìn)行通道選擇(見表2)。MODE用來選擇AD 轉(zhuǎn)換的精度，“1”表示8位“0”表示12位。SER/DFR選擇參考電壓的輸入模式，“1”為單輸入模式，“0”為差分輸入模式。PD1、PD0選擇省電模式：“00”表示省電模式允許，在二次A/D轉(zhuǎn)換之間掉電，且中斷允許;“01”同“00”，只是不允許中斷;“10”為保留;“11”表示禁止省電模式。 表2 MXB7846的控制及工作方式 A2 A1 A0 測量值 ADC輸入 ADC連接 0 0 0 Temp0 Temp0 - 0 0 1 Y坐標(biāo) X+ Y+、Y- 0 1 0 BAT BAT - 1 0 1 X坐標(biāo) Y+ X+、X- 1 1 0 AUX AUX - 1 1 1 Temp1 Temp1 - 4 典型應(yīng)用 MXB7846用于控制電阻式觸摸屏的典型電路原理如圖3所示。 觸摸屏工作時(shí)，上下導(dǎo)體層相當(dāng)于電阻網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。當(dāng)某一層電極加上電壓時(shí)，會(huì)在該網(wǎng)絡(luò)上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，則在電極未加電壓的另一層可以測得接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道觸點(diǎn)處的坐標(biāo)。比如，在頂層的電極(X+，Y-)上加電壓，則會(huì)在頂層導(dǎo)體導(dǎo)上形成電壓梯度，當(dāng)有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，就可以在底層測得接觸點(diǎn)處的電壓，再根據(jù)該電壓與電極(X+)之間的距離關(guān)系算出該處的X坐標(biāo)。然后，將電壓切換到底層電極(Y+，Y-)上，并在頂層測量接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道Y坐標(biāo)。 為了完成一次電極電壓切換和A/D轉(zhuǎn)換，首先應(yīng)通過串口向MXB7846發(fā)送控制字，轉(zhuǎn)換完成后再通過串口讀出電壓轉(zhuǎn)換值。標(biāo)準(zhǔn)的一次轉(zhuǎn)換需要24個(gè)時(shí)鐘周期。由于串口支持雙向同時(shí)傳送，并且在一次讀數(shù)與下一次發(fā)控制字之間可以重疊，所以轉(zhuǎn)換速率可以提高到每次16個(gè)時(shí)鐘周期。如果條件允許，即CPU可以產(chǎn)生15個(gè)時(shí)鐘周期(比如FPGAs和ASICs)，轉(zhuǎn)換速率還可以提高到每次15個(gè)時(shí)鐘周期，其轉(zhuǎn)換時(shí)序如圖4所示。

本文采用Altera公司的EPM7128LC84-6型CPLD生產(chǎn)MXB7846所需的控制邏輯，以使其工作在較高的轉(zhuǎn)換效率。用Verilog語言編制的控制程序如下： module max(DATAIN,CLK,DOUT,BUSY,CS,DCLK,DIN,DATAOUT,FLAG); input [7:0]DATAIN; input BUSY,CLK,DOUT; output[11:0]DATAOUT; output CS,DCLK,DIN,FLAG; reg [11:0]DATAOUT; reg [11:0]yiwei; reg [5:0]count; reg [4:0]jishu; reg shizhong,CS,DCLK,DIN,FLAG; always @(negedge CLK) begin count=count+1; if(count==6"d2) begin shizhong=～shizhong; count=0; end end always@(negedge shizhong) begin if (DATAIN==8"hff) CS=1; Else Begin CS=0; jishu=jishu+1; DCLK=～DCLK; if(jishu==30) jishu=0; case(jishu) 5"b00000:begin DIN=DATAIN [7];yiwei [7]=DOUT;end 5"b00010:begin DIN=DATAIN [6]; yiwei [8]=DOUT;end 5"b00100:begin DIN=DATAIN [5]; yiwei [9]=DOUT;end 5"b01000:begin DIN=DATAIN [3];yiwei [11]=DOUT;DATAOUT=yiwei;FLAG=1;end 5"b01010:begin DIN=DATAIN[2];FLAG=0;end 5"b01100:DIN=DATAIN[1]; 5"b01110:DIN=DATAIN[0]; 5"b10000:if(BUSY==0)yiwei[0]=DOUT; 5"b10010:yiwei[1]=DOUT; 5"b10100:yiwei[2]=DOUT; 5"b10110:yiwei[3]=DOUT; 5"b11000:yiwei[4]=DOUT; 5"b11010:yiwei[5]=DOUT; 5"b11100:yiwei[6]=DOUT; endcase end end endmodule 圖4 本程序?yàn)镃PLD模塊中MXB7846的控制模塊，其主要作用是通過CPLD時(shí)鐘進(jìn)行分頻(分頻數(shù)可設(shè)定)生產(chǎn)MXB7846的時(shí)鐘，以及通過 DATAIN給定MXB7846的控制字。其CS、DOUT、DCLK、DIN、BUSY分別與MXB7846的對(duì)應(yīng)管腳相連以對(duì)其進(jìn)行控制。當(dāng) MXB7846完成一次轉(zhuǎn)換后，CPLD讀取其中的串行數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)，待FLAG為高以后就可以從DATAOUT讀取數(shù)據(jù)了。 5 結(jié)束語 MXB7846易于與目前各種常用的CPU接口，其低功耗特性使得非常適用于電源供電的系統(tǒng)，在個(gè)人掌上電腦、手機(jī)、醫(yī)用儀器、測量儀表等各種便攜式裝置中具有廣闊的應(yīng)用前景。