觸摸屏技術經過十幾年的發展已經成爲一種方便、經濟的人機界面輸入手段，廣泛應用於(yú)手機、掌上電腦、車載設備(bèi)及銀行ATM等領域。根據工作原理的不同，觸摸屏可以分爲電阻式、紅外式、電容式和聲表面波式4種類型，其中應用最爲廣泛的是電阻式觸摸屏。本文讨論2種電阻式觸摸屏的接口設計，分别爲觸摸屏與 STR750直接連接及其通過專用觸摸屏檢測器件連接。
1 器件簡介 Syue.com
1．1 電阻式觸摸屏的分類與工作原理 [Syue.com]
電阻式觸摸屏分爲四線與五線2種形式。其中四線電阻式觸摸屏由於(yú)造價低廉和便於(yú)實現，在工業和掌上設備中得到瞭(le)廣泛的使用。電阻式觸摸屏的本質是電阻分壓器，觸摸屏由2層被絕緣層隔開的電阻層構成。當有觸摸動作按下時，2層電阻層因形變達到電氣連接，從而通過A／D檢測2層電阻層間的電壓值來確定觸摸點的位置。
1．2 STR750 WWW.SYUE.COM
STR750是意法半導體公司生産的基於(yú)7TDMI—S的32位RISC CPU。STR750最高主頻可達60 MHz，具有16 KB RAM，最大片内Flash爲256 KB，最大支持64 MB擴展F1ash。通用I／O(GPIO)支持模拟輸入、輸入上拉、輸入下拉、輸入懸浮、推挽輸出、開漏輸入、推挽複用和開漏複用8種配置模式。模數轉換器(ADC)共有16個通道，支持10位A／D採(cǎi)樣。
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1．3 TSC2003
TSC2003是TI公司生産的採用TSSOP一16封裝的四線電阻式觸摸屏控制芯片，集成瞭(le)多個功能模塊，具有測量電量、片上溫度和觸摸壓力等功能，通過I2C總線與單片機連接。TSC2003是一款基於(yú)命令控制的觸摸屏檢測器件，通過I2C總線發送控制命令來控制芯片採集X軸、Y軸和Z軸的壓力等相關量。
1．4 觸(chù)摸屏與單(dān)片機的接口分類
觸摸屏與單片機的接口有利用專用觸摸屏檢測芯片和利用單片機自身A／D轉換來檢測觸摸屏位置這兩種方式。利用專用觸摸屏檢測芯片檢測觸摸屏位置時，單片機與專用芯片通過總線進行通信，接口的外圍電路簡單，受外界幹擾小，精度較高，但專用芯片的使用增加瞭成本。利用單片機自身的A／D轉換檢測時，單片機直接連接觸摸屏進行A／D檢測，接口的外圍電路較複雜，受外界幹擾大，精度較差，但成本較低。 [信息來(lái)源"歲月聯(lián)盟"]
2 觸摸屏與STR750的接口 [内容來(lái)自"歲月聯(lián)盟"]
2．1 利用STR750自帶A／D轉換 STR750可以通過自身推挽輸出，在觸摸屏的X軸和Y軸上施加電壓。當輸出電壓施加在X軸上時，利用STR750 A／D採樣Y+軸的電壓來獲取Y軸的坐标值；當輸出電壓施加在Y軸上時，A／D採樣X+軸的電壓來獲取X軸的坐标值。 [信息來(lái)自"歲月聯(lián)盟"]
STR750的P0．01引腳通過電阻R1連接X+。當需要在X軸上施加電壓時，PO．01引腳輸出+5 V電壓。PO．02引腳爲STR750 ADC通道O，直接連接X+。當在Y軸上施加電壓時，通過PO．02讀取X軸坐标。P1．12引腳連接在X一上，當需要在X軸上施加電壓時接地。STR750的P1．13引腳通過電阻R2連接Y+，當需要在Y軸上施加電壓時，P1．13引腳輸出+5 V電壓。P1．04引腳爲STR750 ADC通道9，直接連接Y+。當在X軸上施加電壓時，通過P1．04讀取Y軸坐标。P1．14引腳連接在Y一上，當需要在Y軸上施加電壓時接地。觸摸屏與STR750的連接如圖1所示。 [内容來(lái)自"歲月聯(lián)盟"]
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系統開始運行後，将P0．01和P1．12配置爲推挽輸出低電平(即令X+和X一兩個端口接地)，P0．02配置爲模拟輸入，P1．13配置爲輸入上拉保持高電平並檢測外部觸摸動作，P1．14配置爲輸入懸浮並保持懸浮态(即在Y+上施加5 V電壓)，P1．04配置爲模拟輸入。如果系統採用中斷方式檢測觸摸屏按下，則需将P1．13配置爲外部下降沿觸發中斷，那麽系統開始運行後，如果有觸摸動作，Y+上的電壓通過X+和X一連接到地，從而觸發P1．13引腳的外部下降沿中斷。 [資源來(lái)自"歲月聯(lián)盟"]
外部下降沿觸發中斷後，系統經過一段時間的消抖操作，開始檢測X軸坐标。此時，将P0．01引腳配置爲推挽輸出高電平，在X+上施加電壓，並(bìng)将P1．13引腳配置爲輸入懸浮，去除在Y+上施加的電壓。通過對P1．04引腳A／D採(cǎi)樣，讀取當前觸摸點的X軸坐标。讀取完成後，将P0．01和P1．12引腳配置爲輸入懸浮，去除X軸方向的施加電壓，並(bìng)将P1．13配置爲推挽輸出高電平，
P1．14配置爲推挽輸出低電平，即在Y軸方向上施加電壓。通過對PO．02引腳進行A／D採(cǎi)樣，讀取到當前觸摸點的Y軸坐标。這樣，就完成瞭(le)一次對當前觸摸點的坐标軸採(cǎi)樣過程。循環讀取坐标軸數值，通過計算平均值及剔除野值得到觸摸屏坐标值。輸出坐标值後，将每個引腳的狀态配置爲初始狀态，等待下一次中斷的發生。
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這裏需要注意的是，在變換X軸和Y軸方向上的電壓時，需要在變換電壓方向後加入一段延時，等待電壓穩定，使A／D變換後讀取到的值逼近真實值。通過STR750的引腳配置變換來讀取X軸和Y軸坐标值的方法具有結構簡單、易實現、成本低等優勢，可用於一般的手指觸摸界面。如果需要高精度的手寫操作，或者觸摸屏與STR750之間有較長的電纜連接，這時就需要用到專門的觸摸屏檢測芯片。
2．2 利用專用觸摸屏芯片
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TSC2003的參(cān)考連(lián)接如圖2所示。
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STR750向TSC2003發送控制字節來控制TSC2003的操作。其中d7～d4是配置位，用來配置當前TSC2003的操作類型；d3～d2是節能位，用來配置是否打開内部參考電壓和ADC；d1爲精度控制位，用來選擇12位採樣精度或8位採樣精度；d0位爲保留位。TSC2003控制命令格式如下：
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TSC2003上電後，由STR750通過I2C總線向TSC2003發送控制命令，其中配置位爲“測量X軸坐标”，發送該控制命令使TSC2003進入等待狀态。當TSC2003檢測到有觸摸按下事件，會在IRQ引腳産生下降沿電平，從而觸發STR750的下降沿中斷。進入中斷後，經過消抖延時，STR750向TSC2003發送控制命令，配置位爲“測量X軸坐标”。通過讀取TSC2003狀态獲取X軸坐标值。下一步，STR750向TSC2003發送控制命令，配置位爲“測量y軸坐标”，通過讀取TSC2003狀态獲取Y軸坐标值。至此，完成一次讀取X軸和Y軸坐标的操作。這樣讀取若幹次坐标軸，通過計算平均值和剔除野值得到觸摸屏坐标值。整個過程中控制命令的節能位和精度控制位分别始終保持爲“在2次轉換間節能”和“12位採(cǎi)樣精度”。這裏需要注意的是，在發送控制命令讀取坐标軸的2次操作之間需要一段延時以獲得比較準確(què)的A／D採(cǎi)樣值，一般至少延時10μs。
3 總 結
本文針對四線式觸(chù)摸屏與單片機間2種形式的接口進行瞭(le)讨論，
(這2種方案均達到瞭(le)很好的實際使用效果。不同的設計思路适用於(yú)不同的應用領域，以達到節約成本、降低功耗和提供滿足需求的觸摸屏檢測精度等目的。 |
