四線(xiàn)觸摸屏控制原理【圖文】

人機(jī)對(duì)話(huà)的界面種類(lèi)有很多，比如顯示器、LED、LCD及帶觸摸屏的LCD等。其中后者是最近幾年剛發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)處理聲音、圖像、視頻、文字、動(dòng)畫(huà)等信息，并在這些信息間建立一定的邏輯關(guān)系，使之成為能交互地進(jìn)行信息存取和輸出的集成系統(tǒng)。換言之，它能綜合信息發(fā)布者的意愿和接受者對(duì)信息的需求及接受習(xí)慣，對(duì)信息進(jìn)行收集、加工、整合并雙向式傳播。觸摸屏系統(tǒng)符合簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、高效的原則，具有人機(jī)交互性好、 操作簡(jiǎn)單靈活、輸入速度快等特點(diǎn)。它與迅猛發(fā)展的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)相結(jié)合，使用者僅僅用手指觸摸屏幕，就能進(jìn)行信息檢索、數(shù)據(jù)分析，甚至可以做出身臨其境、栩栩如生的效果;較鍵盤(pán)輸入簡(jiǎn)單、直觀、快捷，具有豐富多采的表現(xiàn)能力，比以往任何傳媒更具親合力。

觸摸屏和單片機(jī)接口，可以使一些小系統(tǒng)的操作更加方便、快捷。使用觸摸屏?xí)r最重要的問(wèn)題是確定觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)位置，本文以四線(xiàn)電阻式觸摸屏為例，通過(guò)單片機(jī)控制準(zhǔn)確地采樣到被觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)位置，至于該點(diǎn)響應(yīng)何種按鍵只是交給相應(yīng)的處理軟件進(jìn)行處理即可。

四線(xiàn)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非常配合的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)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(nèi)表面也涂有一層透明導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小(小于千分之一英寸)的透明隔離點(diǎn)把它們隔開(kāi)絕緣，見(jiàn)圖1。

當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，平常相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在觸摸點(diǎn)位置有了一個(gè)接觸，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的Vref均勻電壓場(chǎng)，使得偵測(cè)層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測(cè)到這個(gè)接通后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與Vref相比即可得觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)，同理得出X軸的坐標(biāo)，這就是所有電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。電阻類(lèi)觸摸屏的關(guān)鍵在于材料，電阻屏根據(jù)引出線(xiàn)數(shù)多少，分為四線(xiàn)、五線(xiàn)、六線(xiàn)等多線(xiàn)電阻觸摸屏。

圖1 四線(xiàn)式觸摸屏結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 觸摸時(shí)的狀態(tài)

四線(xiàn)電阻式觸摸屏控制

觸摸屏與內(nèi)置A/D的單片機(jī)接口可以通過(guò)4個(gè)三極管或MOS管分別給X、Y方向施加電壓，并通過(guò)A/D通道讀取Y、X方向的電壓值來(lái)實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖3)。對(duì)觸摸屏輸入A/D的數(shù)據(jù)讀取控制可采用定時(shí)查詢(xún)方式和中斷方式。

20ms定時(shí)查詢(xún)方式

在觸摸屏不處于觸摸狀態(tài)時(shí)MCU 使V1、V3、V4截止，V2導(dǎo)通(MCU控制口PE2為“1”);一旦出現(xiàn)觸摸動(dòng)作，觸摸屏經(jīng)由V5使PE5=0(觸摸屏電阻相對(duì)R5、R6電阻較小)，MCU定時(shí)查詢(xún)到“PE5=0”后，立即使V3導(dǎo)通并置PE6=0，在Y方向上形成電流回路，啟動(dòng)MCU A/D轉(zhuǎn)換-ADC1通道，由X+即可讀出Y軸的坐標(biāo)值;同樣MCU關(guān)閉V2、V3 ，打開(kāi)V1、V4，啟動(dòng)MCU A/D轉(zhuǎn)換—ADC0通道由Y+即可讀出X軸的坐標(biāo)值;X、Y軸坐標(biāo)采樣完畢后使PE6=1，V1、V3、V4截止，V2導(dǎo)通，讀取PE5狀態(tài)，若PE5=0，則按鍵未抬起，繼續(xù)采樣并做數(shù)字濾波，若PE5=1，則按鍵抬起響應(yīng)按鍵。

圖3 四線(xiàn)電阻式觸摸屏與單片機(jī)的接口電路

圖4 對(duì)A/D的輸入保護(hù)措施

中斷方式

在觸摸屏不處于觸摸狀態(tài)時(shí)MCU 使V1、V3、V4截止，V2導(dǎo)通(MCU控制口PE2為“1”);一旦出現(xiàn)觸摸動(dòng)作，觸摸屏經(jīng)由V5產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)(PE5)，MCU立即使V3導(dǎo)通，在Y方向上形成電流回路，啟動(dòng)MCU A/D轉(zhuǎn)換—ADC1通道，由X+即可讀出Y軸的坐標(biāo)值;同樣MCU關(guān)閉V2、V3，打開(kāi)V1、V4，啟動(dòng)MCU A/D轉(zhuǎn)換—ADC0通道由Y+即可讀出X軸的坐標(biāo)值;為了減少二極管漏電流對(duì)X、Y軸坐標(biāo)采樣的影響，當(dāng)單片機(jī)接收到中斷信號(hào)進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，先置PE6=0得到X、Y坐標(biāo)，然后置PE6=1，從中斷服務(wù)程序返回。這樣，在進(jìn)行X、Y軸的坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，二極管截止，此時(shí)二極管漏電流的影響可以被忽略。

定時(shí)查詢(xún)時(shí)，無(wú)論是否有觸摸輸入，每20ms就需要中斷一次，需要占用CPU較多的時(shí)間，為了提高CPU的利用率，可以采用中斷方式，當(dāng)有觸摸信號(hào)時(shí)才產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。

觸摸屏與內(nèi)置A/D的單片機(jī)接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低，但觸摸屏輸入只能完成一些要求簡(jiǎn)單的輸入控制操作，如菜單式選擇、按鈕式選擇等。若要求進(jìn)行諸如漢字手寫(xiě)輸入等要求線(xiàn)性、精度等較高的觸摸屏輸入，就需要采用專(zhuān)用的A/D接口。

為了防止高能量脈沖信號(hào)通過(guò)觸摸屏耦合進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，從而造成芯片損壞或性能下降，在實(shí)際應(yīng)用中，還需要在觸摸屏的X+、 Y+輸出引線(xiàn)與A/D輸入通道之間加入鉗位

二極管和濾波電容，也可以在輸入線(xiàn)上穿入鐵氧體磁環(huán)對(duì)A/D進(jìn)行保護(hù)，如圖4所示，這樣脈沖信號(hào)在進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器之前先被濾除，防止了脈沖信號(hào)的振幅超過(guò)電源電壓而損壞器件，保護(hù)A/D不受損壞。