觸摸屏硬件原理及寄存器分析

1、 觸摸屏原理及寄存器分析 觸摸屏分為電阻，電容，表面聲波，紅外線掃描和矢量壓力傳感等，其中使用最多的是四線或五線電阻觸摸屏，四線電阻觸摸屏是由兩個(gè)透明電阻膜構(gòu)成，在它們水平和垂直電阻網(wǎng)上施加電壓，就可以通過A/D轉(zhuǎn)換面板在觸摸點(diǎn)上測(cè)量出來的電壓，從而對(duì)應(yīng)出坐標(biāo)值。現(xiàn)在我們?cè)趕3c2410用的YL-LCD35-V1.0就是四線電阻觸摸屏。S3c2410的CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC，Analog to Digital Converter）可以接收8通道的模擬信號(hào)輸入，并將它們轉(zhuǎn)換為10位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。一雖然四線電阻觸摸屏有著價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，但是也存在缺陷。 電阻觸摸屏的B面要經(jīng)常被觸動(dòng)，四線電阻觸摸

2、屏的B面采用ITO，我們知道， ITO是極薄的氧化金屬，使用過程中，很快就會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的裂紋，而裂紋一旦產(chǎn)生，原流經(jīng)該處的電流被迫繞裂紋而行，本該均勻分布的電壓隨之遭到破壞，觸摸屏就有了損傷，表現(xiàn)為裂紋處點(diǎn)不準(zhǔn)。  圖6-6 四線制觸摸屏的裂紋導(dǎo)致分流隨著裂紋的加劇和增多，觸摸屏慢慢就會(huì)失效，因此使用壽命不長(zhǎng)是四線電阻觸摸屏的主要問題。五線電阻觸摸屏的改進(jìn)：首先五線電阻觸摸屏的A面是導(dǎo)電玻璃而不是導(dǎo)電涂覆層，導(dǎo)電玻璃的工藝使得A面的壽命得到極大的提高，并且可以提高透光率。其次五線電阻觸摸屏把工作面的任務(wù)都交給壽命長(zhǎng)的A面，而B面只用來作為導(dǎo)體，并且采用了延展性好、電阻率低的鎳

3、金透明導(dǎo)電層，因此，B面的壽命也極大的提高。五線電阻觸摸屏的另一個(gè)專有技術(shù)是通過精密的電阻網(wǎng)絡(luò)來校正A面 的線性問題：由于工藝工程不可避免的有可能厚薄不均而造成電壓場(chǎng)不均勻分布，精密電阻網(wǎng)絡(luò)在工作時(shí)流過絕大部分電流，因此可以補(bǔ)償工作面有可能的線性失真。五線電阻觸摸屏是目前最好的電阻技術(shù)觸摸屏，最適合于軍事、醫(yī)療領(lǐng)域使用。 但是四線電阻觸摸屏由于價(jià)格低廉，在通用領(lǐng)域的運(yùn)用，下面將結(jié)合S3C2410內(nèi)置的觸摸屏控制器來詳細(xì)講解整個(gè)觸摸屏電路的工作及測(cè)量過程。下圖是四線電阻觸摸屏測(cè)量時(shí)的等效電路（圖6-7）：  圖6-7測(cè)量時(shí)，分為以下3個(gè)步驟：（1） 起初，在觸摸屏沒有被按下的

4、時(shí)候，觸摸屏的X軸和Y軸不會(huì)接觸在一起，此時(shí)這個(gè)電路處在“Pen Down Detect”狀態(tài)。S1、S2、S4斷開，S3、S5閉合。X+X-的整個(gè)軸上的電壓均為0V（GND），Y-端懸空，Y+端由于有上拉電阻R1的存在而呈現(xiàn)高電平。當(dāng)“Pen Down”后，X軸和Y軸受擠壓而接觸導(dǎo)通后，Y軸上的電壓由于連通到X軸接地而變?yōu)榈碗娖?，此低電平可做為中斷觸發(fā)信號(hào)來通知CPU發(fā)生“Pen Down”事件。（2）當(dāng)檢測(cè)到“PenDown”事件后，CPU立刻進(jìn)入X軸坐標(biāo)測(cè)量狀態(tài)：S1、S3閉合，S2、S4、S5斷開（Y+、Y-兩斷懸空）。由于X軸和Y軸在接觸點(diǎn)按下而連通，因此Y端的X_ADC可以認(rèn)為是X

5、軸的分壓采樣點(diǎn)（通過測(cè)量X_ADC的電壓可以得到X+到接觸點(diǎn)，以及X-到接觸點(diǎn)的比例），從而計(jì)算出X軸的坐標(biāo)（3） 采樣完X軸的坐標(biāo)后，S1、S3、S5斷開，S2、S4閉合，同樣原理，我們可以進(jìn)一步得到Y(jié)軸的坐標(biāo)。二、S3C2410 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）及觸摸屏控制器S3C2410內(nèi)置1個(gè)8信道的10bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），該ADC能以500KSPS的采樣資料將外部的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為10bit分辯率的數(shù)字量。同時(shí)ADC部分能與CPU的觸摸屏控制器協(xié)同工作，完成對(duì)觸摸屏絕對(duì)地址的測(cè)量。特性：分辯率：10bit相信誤差：/- 2LSB最大轉(zhuǎn)換速率：500KSPS模擬量輸入范圍：03.3V分步 X

6、/Y坐標(biāo)測(cè)量模式自動(dòng)X/Y坐標(biāo)測(cè)量模式中斷等待模式下圖是ADC及觸摸屏控制器部分的邏輯示意圖（圖6-8）圖6-8隨后的圖是在S3C2410的ADC以及觸摸屏控制器的基礎(chǔ)上外接觸摸屏的示意圖，以及外部電路的實(shí)際原理圖。需要補(bǔ)充說明的是，圖中Q1、Q2為P溝道 MOS管，開門電壓為1.8V；Q3、Q4為N溝道MOS管，開門電壓為2.7V。運(yùn)用學(xué)過的電子電路的知識(shí)，我們知道當(dāng)MOS管導(dǎo)通后（柵極電壓達(dá)到開門電壓之后），MOS管的源-漏極之間可以認(rèn)為是直通的（導(dǎo)通電阻為毫歐級(jí)），即可以把MOS管認(rèn)為是圖4-7中真正的“開關(guān)”。 AVDD 是外部模擬參考源，一般接3.3V電源，XP、XM和YP、YM分別

7、是觸摸屏的4條引線，各自對(duì)應(yīng)X軸和Y軸電阻。 圖6-8 圖6-8中XP,XM,YP,YM對(duì)應(yīng)觸摸屏接口的TSXP,TSXM,TSYP,TSYM.ADC及觸摸屏控制器的工作模式：1、 ADC普通轉(zhuǎn)換模式（Normal Converson Mode）普通轉(zhuǎn)換模式（AUTO_PST=0,XY_PST=0）是用來進(jìn)行一般的ADC轉(zhuǎn)換之用的，例如通過ADC測(cè)量電池電壓等等。2、 獨(dú)立X/Y軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式（Separate X/Y Position Conversion Mode） 獨(dú)立X/Y軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式其實(shí)包含了X軸模式和Y軸模式2種模式。首先進(jìn)行X軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（AUTO_PST=0，XY_PST=1

8、），X軸的轉(zhuǎn)換資料會(huì)寫到ADCDAT0寄存器的XPDAT中，等待轉(zhuǎn)換完成后，觸摸屏控制器會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。然后進(jìn)行Y軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（AUTO_PST=0，XY_PST=2），Y軸的轉(zhuǎn)換資料會(huì)寫到ADCDAT1寄存器的YPDAT中，等待轉(zhuǎn)換完成后，觸摸屏控制器會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。3、 自動(dòng)X/Y軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式（Auto X/Y Position Conversion Mode） 自動(dòng)X/Y軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式（AUTO_PST=1，XY_PST=0）將會(huì)自動(dòng)地進(jìn)行X軸和Y軸的轉(zhuǎn)換操作，隨后產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。4、 中斷等待模式（Wait for InterruptMode） 在系統(tǒng)等待“Pen Down”，即

9、觸摸屏按下的時(shí)候，其實(shí)是處于中斷等待模式。一旦被按下，實(shí)時(shí)產(chǎn)生“INT_TC”中斷信號(hào)。每次發(fā)生此中斷都，X軸和Y軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換資料都可以從相應(yīng)的資料寄存器中讀出。5、 閑置模式（Standby Mode） 在該模式下轉(zhuǎn)換資料寄存器中的值都被保留為上次轉(zhuǎn)換時(shí)的資料。 ADC及觸摸屏控制器的寄存器詳解 ADCCON ：ADC控制寄存器（見圖6-9） ENABLE_START ： 置1：?jiǎn)?dòng)ADC轉(zhuǎn)換 置0：無操作 RESR_START ： 置1：允許讀操作啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換 置0：禁止讀操作啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換 STDBM： 置1：將ADC置為閑置狀態(tài)（模式） 置0：將ADC置為正常操作狀態(tài) SEL_MUX：

10、選擇需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的ADC信道 PRSCVL：ADC轉(zhuǎn)換時(shí)鐘預(yù)分頻參數(shù) PRSCEN：ADC轉(zhuǎn)換時(shí)鐘使能 ECFLG：ADC轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位（只讀） 為1：ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束 為0：ADC轉(zhuǎn)換進(jìn)行中 圖6-9ADCTSC ：觸摸屏控制寄存器（見圖6-10）XY_PST ：對(duì)X/Y軸手動(dòng)測(cè)量模式進(jìn)行選擇AUTO_PST：X/Y軸的自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式使能位PULL_UP ：XP端的上拉電阻使能位XP_SEN ：設(shè)置nXPON輸出狀態(tài)XM_SEN ：設(shè)置XMON輸出狀態(tài)YP_SEN ：設(shè)置nYPON輸出狀態(tài)YM_SEN ：設(shè)置YMON輸出狀態(tài) 圖6-10ADCDLY ：ADC轉(zhuǎn)換周期等待定時(shí)器（見圖6-11）圖6-11 ADCDAT0 ：ADC資料寄存器0（