一種電感式觸摸屏控制器設(shè)計

1、種電感式觸摸屏控制器設(shè)計2013年3月4日來源：大比特半導(dǎo)體器件網(wǎng)引言觸摸屏是目前最友好的計算機用戶接口界面,在消費電子業(yè)的應(yīng)用越來 越廣泛.觸摸屏主要由兩部分組成：觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器目前主流 觸摸屏產(chǎn)品的觸摸檢測裝置都是采用前置的方式，在觸摸過程中會對檢測 裝置的機械結(jié)構(gòu)造成損壞，導(dǎo)致觸摸屏觸摸精度下降、壽命縮短；此外，常 用的電容、電阻式的觸摸屏的成本相對較高。本文設(shè)計了一種后置式電感 式觸摸屏，避免觸摸過程中對觸摸檢測裝置的損壞，延長觸摸屏產(chǎn)品的壽 命，成本也相對較低。1電感式觸摸屏的工作原理1.1觸摸屏整體結(jié)構(gòu)電感式觸摸屏整體結(jié)構(gòu)如圖1所示（需要特別說明的是，電感式觸摸屏 要用

2、專用的觸摸筆來達到觸摸輸入的效果，觸摸筆可以發(fā)出120180 kHz 頻率范圍內(nèi)的信號，這里不詳細(xì)介紹觸摸筆的原理）。上面是LCD顯示器， 下面 是觸摸屏檢測裝置。觸摸檢測裝置通過 FP C（Flexible Printed Circuit board,柔性印刷電路板）與觸摸屏控制器連接。由觸摸屏結(jié)構(gòu)圖中可以看出， 在利用觸摸屏輸入時，觸摸筆不與觸摸檢測裝置直接接觸，這樣避免了對 觸摸檢測裝置的機械損壞，提高了整個觸摸控制系統(tǒng)的壽命。圖1電感式觸摸屏整體結(jié)構(gòu)1.2觸摸檢測裝置結(jié)構(gòu)觸摸檢測裝置是由厚度為0.8 mm 的 軟性 PCB（P rinted Circuit Board）構(gòu) 成，在PCB

3、內(nèi)部鑲嵌著兩層橫（Y軸）豎（X軸）垂直交叉的導(dǎo)線，每一組交叉 的導(dǎo)線之間都是絕緣的；導(dǎo)線的一端接地，另一端通過FPC與觸摸屏控制器 中模擬電子開關(guān)CD4051的輸入端相連接。X、Y軸方向上的線圈數(shù)量根據(jù)顯示器的尺寸來確定。觸摸檢測裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，該觸摸檢測裝置X軸方向由35個線圈、Y軸由30個線圈組成，適用于14英寸顯示屏使用。V/ Y tn*l:n Y ffi:1Y軸接【IX軸捲11(Xff+i.Ym | )竺，pAY1 r訓(xùn)挾點P胡部披大圈圖2觸摸檢測裝置結(jié)構(gòu)1.3觸摸屏坐標(biāo)的確定方法當(dāng)用戶將觸摸筆接近檢測裝置時，檢測裝置會感應(yīng)到信號，觸摸信號 采用分時掃描的方式進行檢測。如圖2右側(cè)是

4、觸摸點P局部放大圖，假如 觸摸到P點時，在Xn、Xn+1和Ym、Ym+1線圈上會感應(yīng)到電磁信號，使 得檢測端口的信號由零變?yōu)榉橇?。首先對X軸方向進行掃描，通過模擬電 子開關(guān)掃描到Xn上的信號，由CD4051 公共輸出引腳輸出到OUT端，再 把信號經(jīng)放大濾波、電壓整流電路后傳送到MCU,由MCU完成A/D轉(zhuǎn)換， 得到一個電壓值Vn;接著掃描到Xn+1上的信號，同樣也經(jīng)過放大、濾波、 整流后將信號發(fā)送到MCU進行A/D轉(zhuǎn)換得到一個電壓值Vn+1.X 軸方向上 掃描完成后，再掃描Y軸，同理可以在 Ym、Ym+1 上檢測到兩個電壓值Vm、Vm+1,利用檢測到的4個電壓值 Vn、Vn+1、Vm、Vm+1

5、 可計算出觸摸坐標(biāo)，計算公式如下：X=Xh + iiX=X，+I V VY=人十 丫 - X _.lbiri）；（XHY, ni- LCDh _ LMA7二 gM ZA CD4C6In = e m,CWOflQgQgScSE E 1Jim s-ii r- fb Lt -*u A AX AAA圖4模擬電子開關(guān)電路2.2觸摸信號頻率檢測電路觸摸信號的頻率是由觸摸筆發(fā)出，觸摸筆上有兩個按鍵，按下這兩個 按鍵可以輸出兩個不同頻率的信號，分別為k1、k2.觸摸筆的作用相當(dāng)于鼠 標(biāo)，當(dāng)觸摸筆輸出一次k1頻率時相當(dāng)于點擊一下鼠標(biāo)左鍵，輸出一次k2 頻率相當(dāng)于點擊鼠標(biāo)右鍵。當(dāng)觸摸筆筆尖與LCD距離w 35 c

6、m時，觸摸檢 測裝置可感應(yīng)到觸摸信號，這時光標(biāo)隨著觸摸筆在LCD上移動。觸摸信號 頻率檢測精度的高低是觸摸屏是否穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。頻率檢測電路及仿真 結(jié)果如圖5、圖6所示，TOUCH_SIN 端為觸摸信號輸入端，通過施密特觸 發(fā)器，然后信號從FRE端發(fā)送到單片機，進行運算處理，計算出觸摸信號 的頻率。利用Multisim 軟件平臺建立出頻率檢測電路仿真模型，從仿真結(jié) 果中可以看到，經(jīng)過處理后的觸摸信號轉(zhuǎn)換為具有相同周期T的方波信號， 將方波信號傳送到微處理器，微處理器在t時間里計算出方波的個數(shù)n,則 信號的周期T=t/n,頻率f=1/T,由此確定觸摸信號的頻率。TOLCH_SIN DItoVCC

7、2(A)Y3TH_ SN741.VC1GI4圖5頻率檢測電路單片機從端口 TOUCH_SIN 獲得的頻率信號的質(zhì)量，決定了觸摸屏能 否快速響應(yīng)正確的觸摸動作因此，在觸摸信號頻率檢測電路設(shè)計中，使用 施密特觸發(fā)器(SN74LVC1G14) 可以將觸摸時產(chǎn)生的鋸齒波形信號整形成較 規(guī)則的方波信號。經(jīng)過這樣的設(shè)計，也可以有效消除觸摸時因其他信號對 頻率的干擾或過快點擊對觸摸屏精度造成的影響。2.3觸摸信號電壓整流電路當(dāng)觸摸筆靠近LCD時，觸摸檢測器獲得感應(yīng)信號，經(jīng)過電子開關(guān)及信 號處理電路后，再對信號進行整流。觸摸信號整流電路如圖7所示。觸摸 信號由 TOUCH_SIN 輸入，經(jīng)過二極管 D 整流。

8、圖中 CONTROL 與 HT460RB70 的PC4引 腳相連接，HT460RB70 通過 PC4引腳控制三極管的 導(dǎo)通狀態(tài)，通過電容充放電直接影響整流后的波形，使其更加準(zhǔn)確。信號 整流后還需經(jīng)過一個同相放大電路，然后從SIN發(fā)送到HT460RB70 單片機PCO/INT 引腳。在Multisim 中對觸摸電壓信號整流電路的仿真結(jié)果如圖8 所示，圖中信號SIN是處理后的信號波形。其結(jié)果表明，通過整流后得到 平滑穩(wěn)定的直流電壓信號，有利于提高A/D轉(zhuǎn)換的精度。圖8仿真結(jié)果2.4 MCU 電路MCU 電路采用Holtek 公司的RISC 單片機-HT47RB70. 該單片機是A/D 轉(zhuǎn)換型8位U

9、SB單片機，專門為USB產(chǎn)品而設(shè)計，尤其適用于USB或SPI 接口觸控屏、觸控按鍵等產(chǎn)品?；贖T47RB70 的電感式觸摸屏MCU 電路如圖9所示。HT47RB70 采 用上電 復(fù)位方 式進行復(fù)位，AX、BX、CX 和 AY、BY、CY 與其 PD0PD2 和PA0PA2 引腳分別作為X軸和Y軸電子開關(guān)電路的選擇端。PD3PD6 和PA3PA6 分別作為X軸和Y軸上電子開關(guān)電路的使能端。PE0PE2 作 為信號修正電路的控制端。通過觸摸電壓處理電路后的信號通過PB0/AN0 輸入單片機，經(jīng)過單片機內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器得出觸摸電壓的值，從而辨別 出觸摸效果。頻率信號通過PC0/INT 輸入單片機

10、，通過單片機在單位時間 內(nèi)對方波個數(shù)的計數(shù)，即可得出信號的頻率。最后通過將觸摸信號轉(zhuǎn)換成 標(biāo)準(zhǔn)鼠標(biāo)信號，通過USB接口輸出到計算機，達到觸摸效果。GYYYOXXXACBABCBAROLSIN匚出PA3PA4PA2PA5PAIPA6PAPA7PD3/PWM3PDAPD2TWM2Pb5P D1/PWM1PD6PDO/PWMOPI )7PB7/AN7/Rl-SPH6AAN6AVDDPB5/AN5VDDPIWAN4AVSSPC7VSSPC6JSC PCSOSC2PC4Pl：4Pli3/AN3PE：5PB2MX2V33OI：FI沁 1UD卩PBOAANOUDNPI3 SIX)PCO/INTP12/SD1

11、 PC1JTMR0PEi/Cl.K PC2門材RlPEO/SCSPCSHI16RB70-!2門14|5-衛(wèi)內(nèi)5AlA2A3AJRlIC113工0gF 工 O.lph T譽USH5V5.M2lonkU(iNDN-j-一USB5V11!廠囪 IMF3332TT3U蠢胡USR5V33Q4 .4FRI：AGNI)取皆MHz圖9 MCU 電路3軟件設(shè)計電感式觸摸屏控制器軟件設(shè)計主要包括：I/O初始化程序、定時計數(shù)器 初始化、觸摸筆中斷服務(wù)程序、與計算機通信程序和主程序幾部分。觸摸 筆中斷程序中包括觸摸坐標(biāo)計算程序和觸摸信號頻率計算程序。當(dāng)觸摸控 制器接收到觸摸信號時，MCU 響應(yīng)觸摸筆中斷服務(wù)程序，得到