基于ADS7843的四線式電阻屏驅動設計

湘潭大學信息工程學院 韓建超 朱耀文 李春曉 陳 果 倪能聰 熊彬彬

基于ADS7843的四線式電阻屏驅動設計

湘潭大學信息工程學院 韓建超 朱耀文 李春曉 陳 果 倪能聰 熊彬彬

四線式電阻屏在現代電子設備中廣泛應用。傳統的驅動方法為CPU直接驅動，占用CPU的I/O資源較多，控制復雜且不穩定。設計的基于ADS7843的四線式電阻屏驅動， CPU只需通過串口向驅動芯片發出控制指令即可實現控制效果，占用CPU資源較少，通信效果穩定。以51單片機作為控制CPU進行實驗驗證，結果證明了驅動電路及程序的可靠性。該驅動電路簡單有效易于實現，程序可靠便于移植，有一定的實用價值。

ADS7843；四線式電阻屏；驅動電路；51單片機；驅動程序

引言

在現代電子產品及工業產品的設計中,電阻式觸摸屏具有輕便小巧、功能可靠、堅固耐用等優點得到廣泛的應用。尤其是其價格低廉、穩定性好、精度高、不受灰塵油污等影響的優勢使其在工業觸摸設備中占到很大的市場份額。文章主要介紹四線電阻式觸摸屏的結構,及基于ADS7843的驅動電路和程序設計,并以51單片機作為控制CPU進行實驗驗證。

1 四線式電阻屏的結構

1.1 電阻屏基本結構

四線式電阻屏的基本結構是在一塊以玻璃或丙烯酸為材料的基板上覆蓋兩層平整透明、均勻導電的ITO(導電玻璃)層;這兩層ITO分別作為X(坐標)電極和Y(坐標)電極,他們被均勻排列的絕緣透明格點分開。其中下層的ITO附著在基板,上層的ITO附著在PET薄膜上。從X電極和Y電極的兩端引出的 “導電條”分別作為電極的正負極,且兩根導電條的位置相互垂直。引出端一共有X-,X+,Y-,Y+四條線,這就是四線電阻屏名稱的由來。當在觸摸屏表面用物體觸碰或對其施加適當的壓力時,發生可恢復性形變的上層ITO導電層將與下層ITO產生接觸。再由ADC(模數轉換器)將測得的電壓轉化為數字信號,經過算法處理就能得到觸點的坐標也即觸點的實際位置。電阻式觸摸屏的結構如圖1所示。

1.2 觸點坐標計算

觸摸屏控制的關鍵即是觸點坐標的計算,觸點感受的壓力信號轉換成模擬量電信號,轉化之后以數字量形式進入控制器,進行計算。計算觸點坐標(X,Y)主要有以下兩步：

首先是計算Y坐標,給Y+電極施加驅動電壓信號Vd,同時將Y-電極接地;將X+電極引出作為測量點,從而得到接觸點實際電壓值。由于ITO層是均勻導電的,觸點電壓與驅動電壓Vd之比和觸點Y坐標與屏幕高度之比相等。

圖1 電阻式觸摸屏結構

計算X坐標,的步驟與計算Y坐標相同,只需將X對應的點擊進行操作即可。坐標計算的等效原理圖如圖2所示。

式中：H為屏幕高度,W為屏幕寬度。

圖2 電阻屏坐標計算等效原理圖

2 四線式電阻屏驅動

2.1 電阻屏驅動電路

ADS7843是一款具有同步串行接口取樣功能的12位數模轉換芯片,常被用于四線電阻式觸摸屏的驅動電路中。在2.7V電壓下以125KHz的頻率進行工作時,其功耗僅為750uW,關閉模式下功耗更低。因為功耗小小效率高運行穩定,ADS7843在PAD、手機等以電池供電的小型手持設備中得到了廣泛的應用。

ADS7843是能夠連續近似記錄(SAR)的A/D轉換器,可通過連結觸摸屏X+觸摸信號輸入到A/D轉換器。同時將Y+和Y-的驅動打開,然后將X+的電壓數字化,經過計算便可得到Y位置的坐標測量結果。據此也可將X方向的坐標計算出來。ADS7843驅動四線式電阻屏的接口電路如圖3所示。

圖3 ADS7843接口電路

2.2 驅動程序設計

經過ADS7843芯片轉換得到的輸出結果是二進制格式的。ADS7843支持參考電壓固定模式和采取差動模式,參考電壓來自驅動電極。需要說明一點,進行數制換算的結果,在兩種不同參考電壓輸入模式中是不一樣的。如果選取8位的轉換精度,(為參考電壓),完成一次轉換的時間可以提前4個時鐘周期,同時也可以將串口時鐘的速率提高一倍。

一次電極電壓切換和A/D轉換的實現,需要CPU先通過串口向ADS7843發送控制字(表1為ADS7843的控制字);等待轉換結束,再通過串口將電壓轉換值讀出。一次標準的電壓切換和A/D轉換需要24個時鐘周期。

表1 ADS7843的控制字

ADS7843的典型接口應用電路如圖3所示,該電路可以方便的與單片機等微控制器相連接,實現觸摸屏的驅動控制。假設接口與51單片機的普通I/O口相連,下面以24個時鐘周期為完成一次轉換的周期為例介紹電壓切換和A/D轉換過程控制程序的設計。程序流程框圖如圖4所示。

在Keil軟件中,以C語言格式編寫的控制程序如下：

// ADS7843啟動

void ADS7843_start(void)

{DCLK=0;CS=1;DIN=1;CS=0;}

// ADS7843寫數據

void ADS7843_wr(uchar dat)

{uchar count;DCLK=0;

for(count=0;count＜8;count++)

{dat＜＜=1;DIN=CY;

DCLK=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

DCLK=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); }}

// ADS7843讀數據

uint ADS7843_rd(void)

{uchar count=0;uint date=0;

for(count=0;count＜12;count++)

{date＜＜=1;

DCLK=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); DCLK= 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

if(DOUT==1) date++;}return(date);}

//外中斷0中斷服務函數

void intr0_int() interrupt 0 usinG 2

{uint X=0,Y=0,i;uchar a［4］,b［4］;uchar buf［10］;

EA=0; //關中斷

delay_ms(1); //中斷延時以消抖

if(!PENIRQ) //判斷終端標志位

{ADS7843_start();delay_ms(1);

//送控制字,以差分方式讀X坐標

ADS7843_wr(0xD0);

DCLK=0; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

X=ADS7843_rd(); //讀X軸坐標

for(i=0;i++;i＜4){

DCLK=1;_nop_();_nop_();_nop_();

DCLK=0;_nop_();_nop_();_nop_();}

}EA=1; //開中斷 }

/*程序至此讀取X坐標完成,將程序中*部分替換成相關程序段,可以讀Y坐標。略。*/

圖4 軟件程序流程框圖

3 結束語

連接實物電路,將相關的程序燒寫到51單片機中進行實驗,結果證實了該驅動程序的可靠性。按照同樣的方法,將主要程序段移植到AVR單片機和ARM處理器中進行實驗,也得到了很好的效果。本文介紹了一種基于ADS7843的四線式電阻屏驅動電路,并詳細的介紹了驅動程序的設計過程。該驅動程序適用于AVR單片機、ARM等嵌入式設備,具有高度的可移植性,有實用價值。

[1]吳爽,趙永濱．基于ADS7846的四線電阻式觸屏接口設計[J]．兵工自動化,2010．

[2]郭天祥．新概念51單片機C語言教程[M]．北京：電子工業出版社,2009．

[3]陳康才,李春茂．電阻式觸摸屏兩點觸摸原理[J]．科學技術與工程,2012．

[4]王靜．基于單片機的數據串口通信[D]．湖北荊州:長江大學,2013．