《電子技術(shù)應(yīng)用》
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新型觸摸屏控制器助便攜裝置顯示如虎添翼
摘要: 觸摸屏顯示器能夠檢測(cè)顯示區(qū)域上是否有人觸摸以及觸摸位置,因此各種設(shè)備上的機(jī)械按鈕正日漸被這種顯示器所取代,包括智能電話、MP3播放器、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、游戲機(jī)和實(shí)驗(yàn)室儀器等。
Abstract:
Key words :

  觸摸屏顯示器能夠檢測(cè)顯示區(qū)域上是否有人觸摸以及觸摸位置,因此各種設(shè)備上的機(jī)械按鈕正日漸被這種顯示器所取代,包括智能電話、MP3播放器、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、游戲機(jī)和實(shí)驗(yàn)室儀器等。第一代此類設(shè)備不太精確,存在誤檢率高和功耗過大的問題。新型觸摸屏控制器,如AD7879等,可提供更高的精度、更低的功耗和結(jié)果濾波功能。這些器件還可以檢測(cè)溫度、電源電壓和觸摸壓力,有助于現(xiàn)代觸摸屏顯示器實(shí)現(xiàn)魯棒的檢測(cè)。

  觸摸屏的工作原理

  首先,讓我們看看電阻式觸摸屏如何工作。圖1顯示了觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)和工作原理圖。

觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)和工作原理圖

圖1. 電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)

  觸摸屏由兩層塑料薄膜組成,各薄膜層上均涂有一層導(dǎo)電金屬(通常是氧化銦錫),中間的空氣間隙將二者分開。電源電壓激勵(lì)其中的一塊板,上圖中為X板。觸摸屏幕時(shí),兩塊導(dǎo)電板碰到一起,在X板上構(gòu)成一個(gè)電阻分壓器。接觸點(diǎn)的電壓通過Y+電極檢測(cè),代表X板上的位置,如圖2所示。然后重復(fù)上述過程,電源電壓激勵(lì)Y板,并通過X+電極檢測(cè)Y位置。

計(jì)算公式

X位置測(cè)量

圖2. X位置測(cè)量

  接下來,將電源電壓置于Y+和X–上,再進(jìn)行兩次屏幕測(cè)量:測(cè)量X+上的電壓得出Z1,測(cè)量Y–上的電壓得出Z2。這些測(cè)量結(jié)果可以用來估計(jì)觸摸壓力,其方法有兩種。如果X板的電阻已知,則觸摸電阻的計(jì)算公式為:

計(jì)算公式

  如果X板和Y板的電阻均已知,則觸摸電阻的計(jì)算公式為:

計(jì)算公式

  觸摸電阻值越大,則表示觸摸壓力越小。

  AD7879觸摸屏控制器

  AD7879觸摸屏控制器設(shè)計(jì)用于與四線式電阻觸摸屏接口。除了檢測(cè)觸摸動(dòng)作外,它還能測(cè)量溫度和輔助輸入端的電壓。所有四種觸摸測(cè)量加上溫度、電池、輔助電壓測(cè)量,均可以通過編程寫入其片內(nèi)序列器。寬電源電壓范圍(1.6 V至3.6 V)、小尺寸(12引腳、1.6 mm × 2 mm WLCSP封裝或16引腳、4 mm × 4 mm LFCSP封裝)以及低功耗(轉(zhuǎn)換時(shí)480 µA,關(guān)斷模式0.5 µA),使這款控制器可以靈活地用于各種產(chǎn)品。

  觸摸喚醒

  可以將AD7879配置為在發(fā)生觸摸屏幕事件時(shí)啟動(dòng)并轉(zhuǎn)換,在釋放之后進(jìn)入省電模式。這種配置非常適合注重節(jié)約電量的電池供電設(shè)備。每個(gè)轉(zhuǎn)換序列完成之后,AD7879向主機(jī)微控制器發(fā)送一個(gè)中斷,將其從低功耗模式喚醒,以便處理數(shù)據(jù)。這樣,屏幕被觸摸之前微控制器的功耗也會(huì)極低。圖3顯示了觸摸喚醒功能的設(shè)置。

觸摸喚醒設(shè)置

圖3. 觸摸喚醒設(shè)置

  觸摸屏幕時(shí),X板與Y板接觸,拉低限變器輸入,從而喚醒AD7879,隨后開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),AD7879向主機(jī)發(fā)送一個(gè)中斷。

  結(jié)果濾波

  在典型的顯示器中,電阻板位于液晶顯示器(LCD)之上,LCD會(huì)產(chǎn)生大量噪聲,影響位置測(cè)量。這種噪聲由脈沖噪聲和高斯噪聲組合而成。AD7879提供的中值濾波器和均值濾波器可降低這種噪聲。可以將序列器配置為利用2個(gè)、4個(gè)、8個(gè)或16個(gè)樣本進(jìn)行位置測(cè)量,而不是利用單個(gè)樣本進(jìn)行測(cè)量。這些樣本經(jīng)過排序、中值濾波和均值濾波,便可得到噪聲更低、精度更高的結(jié)果。圖4清楚顯示了其原理。獲得16個(gè)位置測(cè)量結(jié)果,然后按由低到高的順序排序。剔除四個(gè)最大測(cè)量結(jié)果和四個(gè)最小測(cè)量結(jié)果,以消除脈沖噪聲;對(duì)剩余的八個(gè)采樣值求平均值,以降低高斯噪聲。這種方法還有一個(gè)額外好處,即可以降低所需的主機(jī)處理工作量和主機(jī)與觸摸屏控制器的通信量。

中值和均值濾波

圖4. 中值和均值濾波

  參考文獻(xiàn)

  Pratt, Susan. Ask The Applications Engineer—35, "Capacitance Sensors for Human Interfaces to Electronic Equipment." Analog Dialogue. Volume 40, Number 4. www.analog.com/library/analogdialogue/archives/40-10/cap_sensors.html.

  Kearney, Paul. "The PDA Challenge—Met by the AD7873 Resistive-Touch-Screen Controller ADC." Analog Dialogue. Volume 35, Number 4. www.analog.com/library/analogdialogue/archives/35-04/touchscreen.

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