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四線電阻式觸摸屏控制器的應用研究

摘要： 介紹以C8051為核心的觸摸屏控制系統(tǒng)的設計，分析了在系統(tǒng)設計過程中出現(xiàn)的干擾信號、測量值偏差和信號采集中延時時間的設定不當?shù)葐栴}以及它們對系統(tǒng)控制效果的影響，并給出了解決方法。

關(guān)鍵詞： 觸摸屏 ADS7843 C8051F020 電阻式控制器

Abstract：

Key words :

1 引言

ADS7843是一種四線式觸摸屏控制器,目前較多應用于電阻式觸摸屏輸入系統(tǒng)中。盡管有很多相關(guān)的典型應用和應用注意事項，但是在實際使用過程中仍然會遇到一些問題。應用在通用的單片機中所出現(xiàn)的問題及解決方法，已有一些介紹。本文是對基于高速、流水線結(jié)構(gòu)的 C8051的觸摸屏控制系統(tǒng)設計中所遇到的問題進行分析處理，并給出了解決方法。

2 液晶觸摸屏的系統(tǒng)設計

2.1 硬件組成

采用典型的四線電阻式觸摸屏，其主要特點是精確度高，不受環(huán)境干擾，適用于各種場合。控制器為四線電阻式觸摸屏通用的 ADS7843控制芯片，具有 12位轉(zhuǎn)換精度，支持 SPI通訊協(xié)議；內(nèi)建 512KByt e ROM,提供繁體或簡體中文，支持 2 Page顯示模式，支持文本顯示和圖形顯示 (320×240點 )兩種方式，顯示模塊內(nèi)建有 512KByt e的 16× 16中文顯示字型 ROM(FontROM)與 8× 6的 A SCI I半型字型，除內(nèi)建 8× 16和 16× 16的字號外，還提供字型放大的功能。

單片機采用 Cygnal的 C8051F020，高速、流水線結(jié)構(gòu)的 C8051兼容的 CIP - 51內(nèi)核，64K字節(jié)的 FLA SH,4K +256字節(jié)的 RAM, 12位的 AD轉(zhuǎn)換精度，硬件實現(xiàn)的 SPI、 S MBus/I2C接口，5個通用的 16位定時器。70%的指令執(zhí)行時間為一個或兩個系統(tǒng)周期。

2 . 2　接口電路

如圖 1示。ADS7843串行接口的一次完整操作需要 3× 8=24個 DCL K時鐘周期，前 8個脈沖接收 8位的命令，并在第 6個脈沖的上升沿開始 A / D轉(zhuǎn)換器進入采樣階段，從第 9個脈沖開始進入轉(zhuǎn)換階段，輸出12位采樣值，轉(zhuǎn)換結(jié)束進入空閑階段。直到 24個DCL K結(jié)束，CS置高電平，一次測量結(jié)束。如圖 2所示。此外，ADS7843還支持其他的工作方式，這里不再詳述。

2 . 3　工作原理

當用戶在觸摸屏上的有效區(qū)域內(nèi)點擊時，觸摸屏的 X方向、 Y方向輸出電阻分別隨 X和 Y呈線性變化，ADS7843控制器將其分別轉(zhuǎn)換為 12位數(shù)據(jù)，通過中斷告知 C8051F020需要接收數(shù)據(jù)，C8051F020接收到數(shù)據(jù)后進行處理；首先進行觸點數(shù)據(jù)是否有效判斷，包括兩方面：一是判斷是否誤操作，即是否是由于人的抖動產(chǎn)生的錯誤數(shù)據(jù)；二是 ADS7843傳過來得數(shù)據(jù)是否有效，由于剛開始的傳過來的第一個坐標是用戶開始接觸觸摸屏時產(chǎn)生的，電阻不準確，導致數(shù)據(jù)也不準，通常要去掉；在接收過程中采用多次平均的方法，假如有一次接收的數(shù)據(jù)和平均值差別很大，則這次測量就作廢，需要重新測量。一旦數(shù)據(jù)有效，C8051F020接著計算觸點坐標落在液晶屏的位置，根據(jù)計算的結(jié)果判斷執(zhí)行相應的功能函數(shù)。使觸摸屏和液晶屏有機的結(jié)合起來，建立一定的邏輯關(guān)系，交互地進行信息存取和輸出。

2 . 4　觸摸屏坐標讀取的軟件流程

3　設計中出現(xiàn)的問題及解決方法

3 . 1　干擾信號

在測試時，手指或觸摸筆觸摸時，會產(chǎn)生一定的干擾信號，干擾情況分為兩種： (1)通過中斷管腳會一直向 C8051F020發(fā)出中斷請求。解決方法：中斷信號接緩沖器，然后將輸出管腳接 1 μF的鉭電容，濾除中斷干擾信號。 (2) ADS7843輸出值不穩(wěn)定。解決方法：在 X +、 Y +管腳上連接 15pF鉭電容濾波。經(jīng)過測試驗證，問題解決良好。連接電路見圖 1。

3 . 2　ADS7843的測量值偏差

當有觸摸動作時，觸摸點電阻膜會抖動或錯誤觸發(fā)，解決方法：先延時以消除抖動，采樣 16次，去掉采樣的最先兩個值和最后兩個值，利用軟件濾波，去除采樣中的抖動造成的偏差和誤觸發(fā)。利用中間連續(xù)采樣的 12次值，從采樣的第 3次值到第 14個值，求出每次相鄰兩次采樣值之差，求和后取平均值與預設值相比較，如果大于預設值，則此觸摸動作無效，小于預設值則把采集數(shù)據(jù)的最小 6個差值對應的數(shù)據(jù)求平均值作為坐標值。可以消除抖動和誤觸發(fā)的無效值，得到的坐標采樣值精確度較高，相對于其他的濾波算法,該方法最優(yōu)。

3 . 3　信號采集中的延時時間設定

因為 C8051F020的速度是普通 51芯片的 12倍，ADS7843在進行數(shù)據(jù)采集時，時鐘信號高低電平持續(xù)的時間必須足夠，方可保證能采集到坐標值。測試中發(fā)現(xiàn)，在高低電平后延遲 4個“_n op_( ) ； ” 空指令時，觸摸 X坐標線，可以采集到 X值坐標，且有起始點，坐標值有線性變化；觸摸 Y坐標時，采集到的 Y坐標值無起始點，在觸摸屏上的 Y坐標上的值相差無幾,幾乎沒有變化。將延時指令由原來的 4個“_nop_( ) ； ”改為 16個，發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果正常。能同時讀出 X、 Y值坐標，且兩坐標值均有起始點，且線性變化。因此，在信號采集程序中，將時鐘信號的延遲時間改為 16個“_n op_( ) ； ” 。例程如下：