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四线电阻式触摸屏控制和单片机接口

人机对话的界面种类有很多,比如显示器、LED、LCD及带触摸屏的LCD等。其中后者是最近几年刚发展起来的一项新技术,它通过计算机技术处理声音、图像、视频、文字、动画等信息,并在这些信息间建立一定的逻辑关系,使之成为能交互地进行信息存取和输出的集成系统。换言之,它能综合信息发布者的意愿和接受者对信息的需求及接受习惯,对信息进行收集、加工、整合并双向式传播。触摸屏系统符合简便、经济、高效的原则,具有人机交互性好、操作简单灵活、输入速度快等特点。它与迅猛发展的计算机网络和多媒体技术相结合,使用者仅仅用手指触摸屏幕,就能进行信息检索、数据分析,甚至可以做出身临其境、栩栩如生的效果;较键盘输入简单、直观、快捷,具有丰富多采的表现能力,比以往任何传媒更具亲合力。
触摸屏和单片机接口,可以使一些小系统的操作更加方便、快捷。使用触摸屏时最重要的问题是确定触摸点的坐标位置,本文以四线电阻式触摸屏为例,通过单片机控制准确地采样到被触摸点的坐标位置,至于该点响应何种按键只是交给相应的处理软件进行处理即可。

一、四线电阻式触摸屏

电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜,由一层玻璃或有机玻璃作为基层,表面涂有一层透明的导电层,上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层,它的内表面也涂有一层透明导电层,在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘,见图1。
当手指触摸屏幕时,平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触,因其中一面导电层接通Y轴方向的Vref均匀电压场,使得侦测层的电压由零变为非零,控制器侦测到这个接通后,进行A/D转换,并将得到的电压值与Vref相比即可得触摸点的Y轴坐标,同理得出X轴的坐标,这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。电阻类触摸屏的关键在于材料,电阻屏根据引出线数多少,分为四线、五线、六线等多线电阻触摸屏。

二、四线电阻式触摸屏控制

触摸屏与内置A/D的单片机接口可以通过4个三极管或MOS管分别给X、Y方向施加电压,并通过A/D通道读取Y、X方向的电压值来实现(见图3)。对触摸屏输入A/D的数据读取控制可采用定时查询方式和中断方式。
采用20ms定时查询方式,在触摸屏不处于触摸状态时MCU使V1、V3、V4截止,V2导通(MCU控制口PE2为“1”);一旦出现触摸动作,触摸屏经由V5使PE5=0(触摸屏电阻相对R5、R6电阻较小),MCU定时查询到“PE5=0”后,立即使V3导通并置PE6=0,在Y方向上形成电流回路,启动MCUA/D转换-ADC1通道,由X+即可读出Y轴的坐标值;同样MCU关闭V2、V3,打开V1、V4,启动MCUA/D转换—ADC0通道由Y+即可读出X轴的坐标值;X、Y轴坐标采样完毕后使PE6=1,V1、V3、V4截止,V2导通,读取PE5状态,若PE5=0,则按键未抬起,继续采样并做数字滤波,若PE5=1,则按键抬起响应按键。
在触摸屏不处于触摸状态时MCU使V1、V3、V4截止,V2导通(MCU控制口PE2为“1”);一旦出现触摸动作,触摸屏经由V5产生一个中断信号(PE5),MCU立即使V3导通,在Y方向上形成电流回路,启动MCUA/D转换—ADC1通道,由X+即可读出Y轴的坐标值;同样MCU关闭V2、V3,打开V1、V4,启动MCUA/D转换—ADC0通道由Y+即可读出X轴的坐标值;为了减少二极管漏电流对X、Y轴坐标采样的影响,当单片机接收到中断信号进入中断服务程序后,先置PE6=0得到X、Y坐标,然后置PE6=1,从中断服务程序返回。这样,在进行X、Y轴的坐标测量时,二极管截止,此时二极管漏电流的影响可以被忽略。
定时查询时,无论是否有触摸输入,每20ms就需要中断一次,需要占用CPU较多的时间,为了提高CPU的利用率,可以采用中断方式,当有触摸信号时才产生中断请求。
触摸屏与内置A/D的单片机接口设计简单,成本低,但触摸屏输入只能完成一些要求简单的输入控制操作,如菜单式选择、按钮式选择等。若要求进行诸如汉字手写输入等要求线性、精度等较高的触摸屏输入,就需要采用专用的A/D接口。
为了防止高能量脉冲信号通过触摸屏耦合进入A/D转换器,从而造成芯片损坏或性能下降,在实际应用中,还需要在触摸屏的X+、Y+输出引线与A/D输入通道之间加入钳位二极管和滤波电容,也可以在输入线上穿入铁氧体磁环对A/D进行保护,如图4所示,这样脉冲信号在进入A/D转换器之前先被滤除,防止了脉冲信号的振幅超过电源电压而损坏器件,保护A/D不受损坏。
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