四線電阻式觸摸屏的工作原理及在激光治療儀中的應(yīng)用

1、四線電阻式觸摸屏的工作原理及在激光治療儀中的應(yīng)用作者：周長勇張曉冬F(xiàn)or personal use only in study and research; not for commercial use隨著社會自動化程度的提高，人機交互能力急需人的轉(zhuǎn)變，向著更 方便使用、更直觀的方向發(fā)展。激光治療機主要應(yīng)用激光的物理特 性作用于人體，產(chǎn)生機體化學(xué)反應(yīng)從而達到治療疾病的目的。激光 治療機作為一種精密儀器需要精確的控制及防塵、防靜電、防潮等 方而的嚴(yán)格要求。激光治療機輸入設(shè)備采用觸摸屏控制，既是基于 以上要求也是從方便使用者操作和界面直觀的角度考慮的。觸摸屏 的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)的顯示和數(shù)據(jù)的輸入結(jié)合為一

2、體，簡化了整個設(shè)備。1觸摸屏原理觸摸屏附著在顯示器的表面，與顯示器配合使用。通過觸摸產(chǎn)生模擬電信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號由微處理器計算得出觸摸點的坐標(biāo),從而得到操作者的意圖并執(zhí)行。觸摸屏按其技術(shù)原理可分為五類： 矢量壓力傳感式、電阻式、電容式、紅外線式和表面聲波式，其中 電阻式觸摸屏在實際應(yīng)用中用的較多。電阻式觸摸屏由4層的透明 薄構(gòu)成，最下面是玻璃或有機玻璃構(gòu)成的基層，最上面是一層外表 面經(jīng)過硬化處理從而光滑防刮的塑料層，附著在上下兩層內(nèi)表面的 兩層為金屬導(dǎo)電層（OTI,氧化鋼），這兩層由細小的透明隔離點進 行絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時，兩導(dǎo)電層在觸摸點處接觸。觸摸屏的兩個金屬導(dǎo)電層分別用來測量X

3、軸和Y軸方向的坐標(biāo)。用 于X坐標(biāo)測量的導(dǎo)電層從左右兩端引出兩個電極，記為X+和X-o 用于丫坐標(biāo)測量的導(dǎo)電層從上下兩端引出兩個電極，記為Y+和Y-。 這就是四線電阻觸摸屏的引線構(gòu)成。當(dāng)在一對電極上施加電壓時， 在該導(dǎo)電層上就會形成均勻連續(xù)的電壓分布。若在X方向的電極對 上施加一確定的電壓，而丫方向電極對上不加電壓時，在X平行電 壓場中，觸點處的電壓值可以在Y+（或Y-）電極上反映出來，通過測 量Y+電極對地的電壓大小，便可得知觸點的X坐標(biāo)值。同理，當(dāng)在 Y電極對上加電壓，而X電極對上不加電壓時，通過測量X+電極的 電壓，便可得知觸點的Y坐標(biāo)。測量原理如圖1所示。列A/D匸 GND o 哎二（a

4、）測廈Ybi0）測炎林圖1四境式融漠屏測雖原理五線式觸摸屏與四線式不同。主要區(qū)別在于五線觸摸屏將其中一導(dǎo) 電層的四端均引出來作為四個電極，另一導(dǎo)電層僅僅作為測量的導(dǎo) 體輸岀X向和Y向的電壓，測量時要交替在X向和Y向上施加電壓。2觸摸屏控制器工作原理觸摸屏控制器有多種，主要的功能均是在微處理器的控制卜向觸摸 屏的兩個方向分時施加電壓，并將相應(yīng)的電壓信號傳送給自身A/D 轉(zhuǎn)換器，在微處理器SPI 口提供的同步時鐘作用下將數(shù)字信號讀入 微處理器?？刂破鰽DS7846基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。For personal use only in study and research; not for comme

5、rcialuse1圖2 ADS7846 構(gòu)圖1觸摸點p處測量結(jié)果計算如卞:VCCx R、RZFor personal use only in study and research; not for commercial useADS7846內(nèi)部可以通過寄存器的設(shè)置將A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率設(shè)為8 位或12位，在本系統(tǒng)屮A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率取12位。則P點的二 進制輸出代碼為：其中：為加在ADS7846內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器上的參考電壓。觸摸屏控制器的運行是通過串行數(shù)據(jù)輸入口 DIN輸入控制命令進行控制的。(髙電平A2Al AO MODE SER/DFR PD1bitOPDObit7指明發(fā)送命令開始，高電

6、平有效oA2:A0用于選擇數(shù)據(jù)輸入通道, 101選擇X坐標(biāo)測量，001選擇Y坐標(biāo)測量。MODE將內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的分辨率定義為8位(M ODE=1)或12位(M ODE=0)°SER/DFR 為單端/雙端參考電壓選擇位oPD1：PD0根據(jù)省電模式的需要進行選 擇設(shè)置。這些命令控制位的設(shè)置將在程序代碼部分得以應(yīng)用。3系統(tǒng)硬件設(shè)計激光治療機的輸入系統(tǒng)由三部分組成：觸摸屏、觸摸屏控制器和微 控制器。微控制器采用Microchip公司的新型芯片PIC16F876。內(nèi) 部總線采用哈佛雙總線結(jié)構(gòu)。在內(nèi)部頻率相同的情況下，加快了數(shù) 據(jù)的傳輸速度，避免了瓶頸現(xiàn)彖。此芯片采用精簡指令集（RISC） 易

7、于使用，加快了開發(fā)速度。內(nèi)部含有8KB程序存儲器（分頁操作）， 256字節(jié)EEPROM, 368字節(jié)RAM, 8路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1個通用串 行口（SCI） , 1個I2C接口，1個串行外圍接口（SPI） , 3個定時 器及看門狗電路（WathcDog）等許多重要資源。外圉許多接口功能 上的復(fù)用使得整個微控制器簡潔，功能強大。根據(jù)ADS7846與微控制器進行數(shù)據(jù)交換的接口特征，選用 PIC16F876的SPI 口。SPI 口包括三個信號：SDO（串行數(shù)據(jù)輸出）， SDI （串行數(shù)據(jù)輸入），SCK （串行同步時鐘）。硬件連接關(guān)系見圖 3o本文側(cè)重于激光治療儀輸入系統(tǒng)的設(shè)計，其它硬件的設(shè)計僅給出接 口

8、的含義。由于PIC16F876的內(nèi)部集成度較高，所以外圍接口相當(dāng) 簡單，但是要完成復(fù)朵的控制功能必須進行內(nèi)部寄存器的設(shè)置。4軟件設(shè)計按照以上設(shè)計思想設(shè)計了應(yīng)用軟件。圖4為主程序與觸摸屏輸入檢 測部分的程序流程圖。其中，坐標(biāo)數(shù)據(jù)處理通常采用查表的方法， 將用戶命令的坐標(biāo)形成數(shù)據(jù)表，利用獲得的坐標(biāo)信息進行變換快速 查表，從而提高軟件的運行速度。圖4程序浹程圖下面是PIC16F876同ADS7846接口的部分程序代碼。CM DATA EQU 30H XDATA_H EQU 31H XDATA_L EQU32H YDATA_H EQU 33H YDATA_L EQU 34H ；初始化寄存器MOVLW

9、02H MOWVF TRICB ；定義 B 口方向 MOVLW 90H:2003-09-10) MOVWF TRISC ；定義 C 口方向 BCF SSPCON,5 MOVLW 10H MOVWF SSPCON；初始化 SSPCON BSFSSPCON, 5 ;啟動 SPI ；獲取X,Y 坐標(biāo) GetXY BCF PORTB, 0 ; 選中ADS7846 MOVLW 0D4H ；獲取X坐標(biāo)命令 MOVWF SSPBUF ；發(fā)送命令 BUSY BTFSC PORTB, 1 ；判忙？ GOTO BUSY MOVF SSPBUF, W；12 位數(shù)據(jù) MOVWFXDATA_H ；XDATA_H 存放高

10、字節(jié) MOVF SSPBUF, WMOVWF XDATA_L ;XDATA_L 存放低字節(jié) ；Y坐標(biāo)數(shù)據(jù)同樣處理 RETLW 0結(jié)語本系統(tǒng)的設(shè)計使得輸入極其方便，而且外圍設(shè)備得到簡化，在實際應(yīng)用中提高了人機交互的能力，收到良好的社會效益。 系統(tǒng)設(shè)計的思想不僅能夠應(yīng)用在醫(yī)療行業(yè)，而且能夠應(yīng)用在工業(yè)生 產(chǎn)自動化以及手持設(shè)備等各行業(yè)。參考文獻1 Burr-Brow nCorporation. ADS7846 TOUCH-SCREEN CONTROLLER. 19992 Microchip Technology Inc. PIC16F87X Data Sheet. 20013俞光旳，王綺紅，吳一鋒.PIC系列單片機開發(fā)應(yīng)用技術(shù).北京：電子 工業(yè)出版社,2000(end)僅供個人用于學(xué)習(xí).研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial useNur fur den persdnlichen fur Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verweridel werdenPour I tude et la recherche uniquement a des fins