基于單片機的觸摸屏坐標定位系統設計

摘 要 介紹了電阻式觸摸屏的工作原理及坐標定位方法，分析了觸摸屏與內置A/D轉換器的單片機C8051F121的接口技術，提出通過模擬多路開關對電極電壓控制的方法，實現了對四線電阻式觸摸屏準確、快速的坐標定位。實際應用表明系統結構簡單、性能可靠、功耗低、實用性強。

【關鍵詞】電阻式觸摸屏 坐標定位 C8051F

電阻式觸摸屏具有分辨率高，靈敏度好，價格便宜，受環境影響小等優點，是工業控制系統中使用最多一種的觸摸屏。將觸摸屏與單片機接口，可以使系統的人機界面更加友好，操作更加快捷、方便。應用電阻式觸摸屏，最先遇到的一個重要問題是如何準確、快速的定位觸摸坐標，因此設計一個簡單、實用的觸摸屏坐標定位系統成為應用中需要解決的關鍵問題。

1 觸摸屏坐標定位系統設計

本系統以AMT9532四線電阻式觸摸屏與單片機接口。CPU選用高速SOC 單片機C8051F121。考慮到C8051F121芯片內集成了A/D轉換器、電壓比較器等功能部件，本系統采用觸摸屏直接與單片機接口的方式，通過單片機內置的A/D轉換器讀取X方向和Y方向的電壓值并通過I/O口的輸出控制觸摸屏電極電壓的切換，系統結構圖如圖1所示。

要實現C8051F121單片機對坐標定位系統的控制，需要解決以下兩大問題。第一，如何做到微功耗。第二，按壓觸摸屏時，如何產生中斷。下面將逐一進行分析。

1.1 低功耗設計

在某點按壓觸摸屏時，上、下電阻層接通。如圖2所示，V1端為直流電壓3.3V輸入，電流流過電阻R、二極管D、X方向電阻段R1和Y方向電阻段R4，最后通過電極Y-接地。

按壓位置不同，接入回路的觸摸屏電阻也隨之改變，考慮到AMT9532觸摸屏在X方向和Y方向的電阻值之和小于1K歐姆，在電路中接入阻值為100K歐姆的電阻，使得線路總阻值大約在100K～101K歐姆之間，此時不同的按壓位置對線路總阻值的影響并不大，可以使回路電流I保持在33μA左右。

1.2 中斷請求電路設計

本系統采用中斷的方式處理按壓位置的坐標計算，中斷請求電路的設計如圖2所示。V1端為直流電壓3.3V輸入，二極管D選用導通壓降較小的鍺管（導通壓降約為0.2V），中斷請求信號Vint從電阻R和二級管D之間引出，接入C8051F121單片機的片內比較器CP的輸入端。

未按壓觸摸屏時，由于X方向上的電極X-處于懸空狀態，X方向上的電阻層沒有電流，因此，Vint處的電壓約為V1的輸入電壓3.3V；有按壓時，由于回路電流I約為33μA，觸摸屏電阻上的壓降小于33mV，此時，從Vint處讀出的電壓基本上等于二極管的導通壓降0.2V。對比以上兩種情況可見，觸摸信號會使Vint處的電壓產生一個下降沿，在本電路中正是通過這個下降沿觸發中斷。

為了使電路的性能更加可靠并充分利用C8051F121單片機的內部資源，在本系統中，由單片機內部的D/A轉換器輸出一個基準電壓，把D/A轉換器的輸出與中斷信號Vint接入單片機內部比較器的兩個輸入端，當Vint的值小于基準電壓時，使比較器的輸出觸發中斷。CPU響應后，先使V1端的輸入電壓清零，然后通過切換各電極電壓來判定按壓位置。

2 硬件實現

來自C8051F121CPU輸出引腳的控制信號加到兩片模擬多路開關的地址代碼輸入端，控制不同狀態下加在各電極上的電壓。由于多路模擬開關74VHC4052的驅動能力不夠大，不足以提供觸摸屏的工作電流，因此在觸摸屏四個電極的電壓輸入端需接三極管以提高驅動能力。由于C8051F121單片機內部有兩個8通道的AD轉換器，足以提供4個通道將各電極電壓通過AD轉換器讀出其實際值。

由于計算的數據均來自兩個輸出值的差，有效的消除了驅動電壓變化以及三極管導通壓降不一致等因素對運算結果的影響，確保了坐標定位的準確性，大大提高了系統的抗干擾能力。

3 結束語

在理解觸摸屏控制原理的基礎上，討論了坐標定位系統設計過程中需要解決的問題并給出設計方法。此設計簡單實用，成本低，在菜單式選擇觸摸屏等控制系統中能夠方便、可靠地實現坐標定位功能，是觸摸屏與單片機接口技術的一種創新。

參考文獻

[1]朱維安，鄭壽云，陳莉.電容觸摸屏的坐標定位分析[J].電子測量技術，2009，32（05）：13-16.

[2]鄭戍華，王向周，南順成，王渝.電阻式觸摸屏在智能儀表中的應用[J].儀表技術與傳感器，2003（01）：35-37.

作者簡介

劉隆吉（1985-），女，山東省淄博市人。碩士學位。現為青島港灣職業技術學院講師。主要研究方向為控制理論與控制工程。

作者單位

青島港灣職業技術學院電氣工程系 山東省青島市 266404