觸摸屏越來越多的應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域用來實(shí)現(xiàn)手寫輸入、查詢、控制等，這些觸摸屏多被裝在顯示器(CRT)或液晶(LCD)上，觸摸屏的種類也越來越多，有矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏等等，這些觸摸屏都各有優(yōu)缺點(diǎn)，介紹的文章很多，筆者就不在這里贅述了。本文主要介紹安裝在LCD上的電阻技術(shù)觸摸屏的校正原理、算法及其編程應(yīng)用設(shè)計(jì)。

2.1概述

眾所周知，基于電阻技術(shù)觸摸屏分為四線電阻觸摸屏、五線電阻觸摸屏或更多線電阻觸摸屏，但無論哪一類電阻觸摸屏都有一個(gè)最大共性：電壓成線性均勻分布。正是由于這一特性使得觸摸屏的校正和使用非常方便。說到觸摸屏的校正，也許有人會(huì)問觸摸屏為什么還要校正呢?我們知道，觸摸屏本身性能多少會(huì)有些差異，在LCD或CRT上安裝時(shí)位置也難免會(huì)存在偏差，再加上使用一段時(shí)間后，觸摸屏的性能參數(shù)也有可能發(fā)生改變，那么，我們在使用不同的觸摸屏?xí)r，即便是在顯示屏幕上的同一位置觸摸也很難保證得到相同的觸摸坐標(biāo)。這樣一來編程人員就很難用相同的程序來管理、控制觸摸屏。正是基于此原因，我們才引入校正的概念，以便讓使用觸摸屏設(shè)備的編程人員能用統(tǒng)一的程序來管理觸摸屏。

2.2 五點(diǎn)法校正觸摸屏

2.2.1物理坐標(biāo)和邏輯坐標(biāo)

為了方便理解，我們首先引入2個(gè)概念，坐標(biāo)和邏輯坐標(biāo)。物理坐標(biāo)就是觸摸屏上點(diǎn)的實(shí)際位置，我們通常以液晶上點(diǎn)的個(gè)數(shù)來度量。邏輯坐標(biāo)就是觸摸屏上這一點(diǎn)被觸摸時(shí)A/D轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)值。如下圖，我們假定液晶最左下角為坐標(biāo)軸原點(diǎn)A，我們在液晶上再任取一點(diǎn)B(十字線交叉中心)，B在X方向距離A 10個(gè)點(diǎn)，在Y方向距離A 20個(gè)點(diǎn)，那么我們就說液晶上B點(diǎn)所正對的解摸屏上這一點(diǎn)的物理坐標(biāo)為(10，20)。如果我們觸摸這一點(diǎn)時(shí)得到的X向A/D轉(zhuǎn)換值為100，Y向A/D，轉(zhuǎn)換值為200，我們就說這一點(diǎn)的邏輯坐標(biāo)為(100，200)。

2.2.2邏輯坐標(biāo)的計(jì)算

由于電阻式觸摸屏的電壓成線性均勻分布，那么A/D轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)也成線性。假如我們將液晶最左下角點(diǎn)對應(yīng)的解摸屏上的點(diǎn)定為物理坐標(biāo)原點(diǎn)A其物理坐標(biāo)記為(XA=0,YA=0)其邏輯坐標(biāo)記為(XLA,YLA)(不一定為0)。那么觸摸屏上任意一點(diǎn)B的邏輯坐標(biāo)可表達(dá)為：

XLB=XLA+KXXB

YLB=YLA+KYYB 式2-1

其中KX、KY分別為觸摸屏X方向和Y方向的因子系數(shù)，這就像彈簧一樣(我們知道彈簧也是線性的)，拉力與彈簧伸長正比。KX、KY可能為正，也可能為負(fù)，這根據(jù)具體觸摸屏安裝的方向和特性。每個(gè)液晶觸摸屏，我們也應(yīng)該單獨(dú)計(jì)算每一個(gè)觸摸屏的K系數(shù)。

如果A點(diǎn)不是坐標(biāo)原點(diǎn)，也是任意一點(diǎn)式2-1可以表達(dá)成

XLB=XLA+KX(XB-XA)

YLB=YLA+KY(YB-YA) 式2-2

由式2-2我們可以推出計(jì)算K系統(tǒng)的公式

KX=(XLB-XLA)/(XB-XA)

KY=(YLB-YLA)/(YB-YA) 式2-3

其實(shí)不管在任何設(shè)計(jì)中，人性化都是非常重要的一環(huán)。信息技術(shù)的發(fā)展，為人們帶來了觸摸屏的福利。由于觸摸屏可以使操作簡單直觀，因此越來越多的手持產(chǎn)品，公共服務(wù)類設(shè)備采用觸摸屏。觸摸屏有電阻式觸摸屏" title="電阻式觸摸屏">電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、表面聲波式觸摸屏、紅外線觸摸屏等多種。電阻式觸摸屏是目前應(yīng)用比較廣泛的一種，有4線、5線、7線等幾種。

2 電阻式觸摸屏的工作原理

2.1 電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)

典型觸摸屏的工作部分一般由3部分組成，如圖1所示，這一個(gè)電阻式觸摸屏的橫截面，兩層透明的電阻性導(dǎo)體層(玻璃)、兩層導(dǎo)體之間的隔離層(隔離玻璃珠)、以及電阻性涂層。電阻性導(dǎo)體層必須選用阻性材料，如銦錫氧化物(ITO)涂在襯底上構(gòu)成，上層襯底用塑料，下層襯底用玻璃。

隔離層為粘性絕緣液體材料，如聚脂薄膜。電極選用導(dǎo)電性能極好的材料(如銀粉墨)構(gòu)成，其導(dǎo)電性能大約為ITO的1000倍。

2.2 電阻式觸摸屏原理

電阻式觸摸屏是一種傳感器，它將矩形區(qū)域中觸摸點(diǎn)(X,Y)的物理位置轉(zhuǎn)換為代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓。當(dāng)觸摸屏表面受到的壓力(如通過筆尖或手指進(jìn)行按壓)足夠大時(shí)，頂層與底層之間會(huì)產(chǎn)生接觸。所有的電阻式觸摸屏都采用分壓器原理來產(chǎn)生代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓。如圖2所示，分壓器是通過將兩個(gè)電阻進(jìn)行串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的。上面的電阻(R1)連接正參考電壓(VREF)，下面的電阻(R2)接地。兩個(gè)電阻連接點(diǎn)處的電壓測量值與下面那個(gè)電阻的阻值成正比。為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測量一個(gè)坐標(biāo)，需要對一個(gè)阻性層進(jìn)行偏置：將它的一邊接VREF，另一邊接地。同時(shí)，將未偏置的那一層連接到一個(gè)ADC的高阻抗輸入端。當(dāng)觸摸屏上的壓力足夠大，使兩層之間發(fā)生接觸時(shí)，電阻性表面被分隔為兩個(gè)電阻。它們的阻值與觸摸點(diǎn)到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點(diǎn)與接地邊之間的電阻相當(dāng)于分壓器中下面的那個(gè)電阻。因此，在未偏置層上測得的電壓與觸摸點(diǎn)到接地邊之間的距離成正比。

3 ADS7846的基本特性與典型應(yīng)用

3.1 基本特性

ADS7846是ADI公司生產(chǎn)的一種4線式觸摸屏控制器" title="觸摸屏控制器">觸摸屏控制器，目前廣泛應(yīng)用于電阻式觸摸屏輸入系統(tǒng)中。ADS7846數(shù)字轉(zhuǎn)換器在一個(gè)12位逐次逼近式比較寄存器(SAR)ADC架構(gòu)上集成了用于驅(qū)動(dòng)觸摸屏的低通阻抗開關(guān)。這些器件不使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，當(dāng)以大于125kp/s的吞吐率運(yùn)行時(shí)的最大功耗小于1.4mW。它們還帶有10keV到12keV的模擬輸入ESD保護(hù)，增強(qiáng)了抗ESD能力，以避免關(guān)鍵的內(nèi)部系統(tǒng)元件損壞。使用單2.2V到5.25V的電源工作。AD7846串行接口的一次完整操作需要24個(gè)DCLK.，前8個(gè)脈沖接收8位的命令，并在第6個(gè)脈沖的上升沿開始采樣，從第9個(gè)脈沖開始進(jìn)入轉(zhuǎn)換階段，輸出12位采樣值，轉(zhuǎn)換結(jié)束進(jìn)入空閑階段。直到24個(gè)DCLK結(jié)束，CS置高電平，一次測量結(jié)束。

3.2 電阻式觸摸屏的接口電路與坐標(biāo)值獲取

圖3為ADS7846與PhilipsARM7芯片LPC2210的接口電路。

ADS7846芯片通過片內(nèi)模擬電子開關(guān)的切換，將X+(Y+)端接正電源VCC，X-(Y-)接地，將X+(Y+)和X-(Y-)端以差動(dòng)形式接到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。

當(dāng)用筆點(diǎn)擊觸摸屏的不同位置時(shí)，由于輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的電壓不同(見前面的分壓原理)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后就得到筆觸點(diǎn)的輸出值，該輸出值與筆觸點(diǎn)的位置成近似線性關(guān)系。因此ADS7846就可以得到筆觸點(diǎn)在觸摸屏上的相對位置。

3.3 誤差產(chǎn)生的原因及消除方法

對坐標(biāo)值精度產(chǎn)生影響的原因主要有：

①觸摸屏本身電阻材料的均勻性，由于材料均勻性的問題，可能導(dǎo)致電壓分壓的不均勻，必然影響輸出的精度。

②觸摸在按下和釋放過程中的抖動(dòng)問題。

③ADS7846模擬開關(guān)的內(nèi)阻和A/D轉(zhuǎn)換器自身的轉(zhuǎn)換精度。

④ESD干擾問題。

第①個(gè)和第③個(gè)問題是器件的固有問題，無法消除。對第②個(gè)問題，可通過軟件進(jìn)行鍵削抖。采用兩次鍵值比較是一個(gè)較好的方法，具體工作原理是連續(xù)測量X，Y坐標(biāo)值兩次，然后進(jìn)行比較，若相同或相差在允許的誤差范圍內(nèi)就認(rèn)為是有效鍵，否則為無效鍵。

關(guān)于ESD問題，這個(gè)是設(shè)計(jì)時(shí)主要面對的問題，具體措施主要采取一下幾點(diǎn)：

(1)ADS7846的模擬地與系統(tǒng)的數(shù)字地不是一點(diǎn)相連。數(shù)字的干擾由公共阻抗耦合到ADS7846的模擬地，產(chǎn)生干擾造成抖動(dòng)。解決辦法是模擬地與數(shù)字地一點(diǎn)連接。

(2)ADS7846的逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器對電源及數(shù)字寫入非常敏感，解決方法是在電源引腳附近放置一個(gè)10μF的旁路電容，在參考電壓輸入端也放置一個(gè)0.1μF的旁路電容。

(3)在電磁干擾比較強(qiáng)的場合，為了防止觸摸屏的引腳產(chǎn)生的高頻干擾脈沖對ADS7846產(chǎn)生干擾，應(yīng)在關(guān)鍵引腳DCLK，DIN，DOUT對地接0.001μF的高頻整波電容。在PCB布線的時(shí)候屏到芯片的連線也應(yīng)該以短粗為主。