• 四線電阻式觸摸屏控制器設計

• 硬件組成電路介紹
• 接口電路介紹
• 觸摸屏坐標讀取的軟件設計介紹

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中。盡管有很多相關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、流水線結構的 C8051的觸摸屏控制系統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位轉換精度，支持 SPI通訊協議；內建 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、 流水線結構的 C8051兼容的 CIP - 51內核，64K字節的 FLA SH,4K +256字節的 RAM, 12位的 AD轉換精度，硬件實現的 SPI、 S MBus/I2C接口，5個通用的 16位定時器。70%的指令執行時間為一個或兩個系統周期。

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轉換器進入采樣階段，從第 9個脈沖開始進入轉換階段，輸出12位采樣值，轉換結束進入空閑階段。直到 24個DCL K結束，CS置高電平，一次測量結束。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域內點擊時，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控制器將其分別轉換為 12位數據，通過中斷告知 C8051F020需要接收數據，C8051F020接收到數據后進行處理；首先進行觸點數據是否有效判斷，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生的錯誤數據；二是 ADS7843傳過來得數據是否有效，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生的，電阻不準確，導致數據也不準，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據和平均值差別很大，則這次測量就作廢，需要重新測量。一旦數據有效，C8051F020接著計算觸點坐標落在液晶屏的位置，根據計算的結果判斷執行相應的功能函數。使觸摸屏和液晶屏有機的結合起來，建立一定的邏輯關系，交互地進行信息存取和輸出。[page]

2 . 4　 觸摸屏坐標讀取的軟件流程

3　 設計中出現的問題及解決方法

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輸出值不穩定。解決方法：在 X +、 Y +管腳上連接 15pF鉭電容濾波。經過測試驗證，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，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。利用中間連續采樣的 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據的最小 6個差值對應的數據求平均值作為坐標值。可以消除抖動和誤觸發的無效值，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。

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在進行數據采集時，時鐘信號高低電平持續的時間必須足夠，方可保證能采集到坐標值。測試中發現，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，發現測試結果正常。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：

void Ext _int 0( )　int err upt0

{　// 關中斷

// 延時以消除抖動

// 去除初次不穩定值,軟件濾波

// 以下程序為多次循環讀取多組 X、 Y坐標值

Whit e Char T07843(0X90) ； 　// 送控制字

While(BUSYT) ； // 判忙

DCL K =1； _nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ；

_nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ；

_nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ；

_nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ；

// 時鐘信號足夠時間來讀取坐標值

DCL K =0； _nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ；

_nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ；

_nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ；

_nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ； _nop_( ) ；

// 時鐘信號足夠時間來讀取坐標值

X_pos[ r] =ReadFr omChar Fr om7843( ) ； 　// 讀 X值

// 以下為讀取坐標 Y值；

Whit e Char T07843(0XD0) ；

// 下同讀取 X值程序

// C80 51F0 20讀取 ADS7843的 AD轉換值

// 關中斷,延時

// 開中斷　}

4　 結束語

經過反復測試后得出：在系統控制中所產生的問題均被解決，觸摸屏上每個設定的觸摸鍵反應都很靈敏，在觸摸鍵的有效區域內都有反應。