如何采用其他电子器件实现电阻式触摸屏的设计？

触摸屏越来越多的应用于国民生产的各个领域用来实现手写输入、查询、控制等，这些触摸屏多被装在显示器(CRT)或液晶(LCD)上，触摸屏的种类也越来越多，有矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏等等，这些触摸屏都各有优缺点，介绍的文章很多，笔者就不在这里赘述了。本文主要介绍安装在LCD上的电阻技术触摸屏的校正原理、算法及其编程应用设计。

2.1概述

众所周知，基于电阻技术触摸屏分为四线电阻触摸屏、五线电阻触摸屏或更多线电阻触摸屏，但无论哪一类电阻触摸屏都有一个最大共性：电压成线性均匀分布。正是由于这一特性使得触摸屏的校正和使用非常方便。说到触摸屏的校正，也许有人会问触摸屏为什么还要校正呢?我们知道，触摸屏本身性能多少会有些差异，在LCD或CRT上安装时位置也难免会存在偏差，再加上使用一段时间后，触摸屏的性能参数也有可能发生改变，那么，我们在使用不同的触摸屏时，即便是在显示屏幕上的同一位置触摸也很难保证得到相同的触摸坐标。这样一来编程人员就很难用相同的程序来管理、控制触摸屏。正是基于此原因，我们才引入校正的概念，以便让使用触摸屏设备的编程人员能用统一的程序来管理触摸屏。

2.2 五点法校正触摸屏

2.2.1物理坐标和逻辑坐标

为了方便理解，我们首先引入2个概念，坐标和逻辑坐标。物理坐标就是触摸屏上点的实际位置，我们通常以液晶上点的个数来度量。逻辑坐标就是触摸屏上这一点被触摸时A/D转换后的坐标值。如下图，我们假定液晶最左下角为坐标轴原点A，我们在液晶上再任取一点B(十字线交叉中心)，B在X方向距离A 10个点，在Y方向距离A 20个点，那么我们就说液晶上B点所正对的解摸屏上这一点的物理坐标为(10，20)。如果我们触摸这一点时得到的X向A/D转换值为100，Y向A/D，转换值为200，我们就说这一点的逻辑坐标为(100，200)。

2.2.2逻辑坐标的计算

由于电阻式触摸屏的电压成线性均匀分布，那么A/D转换后的坐标也成线性。假如我们将液晶最左下角点对应的解摸屏上的点定为物理坐标原点A其物理坐标记为(XA=0,YA=0)其逻辑坐标记为(XLA,YLA)(不一定为0)。那么触摸屏上任意一点B的逻辑坐标可表达为：

XLB=XLA+KXXB

YLB=YLA+KYYB 式2-1

其中KX、KY分别为触摸屏X方向和Y方向的因子系数，这就像弹簧一样(我们知道弹簧也是线性的)，拉力与弹簧伸长正比。KX、KY可能为正，也可能为负，这根据具体触摸屏安装的方向和特性。每个液晶触摸屏，我们也应该单独计算每一个触摸屏的K系数。

如果A点不是坐标原点，也是任意一点式2-1可以表达成

XLB=XLA+KX(XB-XA)

YLB=YLA+KY(YB-YA) 式2-2

由式2-2我们可以推出计算K系统的公式

KX=(XLB-XLA)/(XB-XA)

KY=(YLB-YLA)/(YB-YA) 式2-3

其实不管在任何设计中，人性化都是非常重要的一环。信息技术的发展，为人们带来了触摸屏的福利。由于触摸屏可以使操作简单直观，因此越来越多的手持产品，公共服务类设备采用触摸屏。触摸屏有电阻式触摸屏" title="电阻式触摸屏">电阻式触摸屏、电容式触摸屏、表面声波式触摸屏、红外线触摸屏等多种。电阻式触摸屏是目前应用比较广泛的一种，有4线、5线、7线等几种。

2 电阻式触摸屏的工作原理

2.1 电阻式触摸屏结构

典型触摸屏的工作部分一般由3部分组成，如图1所示，这一个电阻式触摸屏的横截面，两层透明的电阻性导体层(玻璃)、两层导体之间的隔离层(隔离玻璃珠)、以及电阻性涂层。电阻性导体层必须选用阻性材料，如铟锡氧化物(ITO)涂在衬底上构成，上层衬底用塑料，下层衬底用玻璃。

隔离层为粘性绝缘液体材料，如聚脂薄膜。电极选用导电性能极好的材料(如银粉墨)构成，其导电性能大约为ITO的1000倍。

2.2 电阻式触摸屏原理

电阻式触摸屏是一种传感器，它将矩形区域中触摸点(X,Y)的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压。当触摸屏表面受到的压力(如通过笔尖或手指进行按压)足够大时，顶层与底层之间会产生接触。所有的电阻式触摸屏都采用分压器原理来产生代表X坐标和Y坐标的电压。如图2所示，分压器是通过将两个电阻进行串联来实现的。上面的电阻(R1)连接正参考电压(VREF)，下面的电阻(R2)接地。两个电阻连接点处的电压测量值与下面那个电阻的阻值成正比。为了在电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标，需要对一个阻性层进行偏置：将它的一边接VREF，另一边接地。同时，将未偏置的那一层连接到一个ADC的高阻抗输入端。当触摸屏上的压力足够大，使两层之间发生接触时，电阻性表面被分隔为两个电阻。它们的阻值与触摸点到偏置边缘的距离成正比。触摸点与接地边之间的电阻相当于分压器中下面的那个电阻。因此，在未偏置层上测得的电压与触摸点到接地边之间的距离成正比。

3 ADS7846的基本特性与典型应用

3.1 基本特性

ADS7846是ADI公司生产的一种4线式触摸屏控制器" title="触摸屏控制器">触摸屏控制器，目前广泛应用于电阻式触摸屏输入系统中。ADS7846数字转换器在一个12位逐次逼近式比较寄存器(SAR)ADC架构上集成了用于驱动触摸屏的低通阻抗开关。这些器件不使用内部基准电压，当以大于125kp/s的吞吐率运行时的最大功耗小于1.4mW。它们还带有10keV到12keV的模拟输入ESD保护，增强了抗ESD能力，以避免关键的内部系统元件损坏。使用单2.2V到5.25V的电源工作。AD7846串行接口的一次完整操作需要24个DCLK.，前8个脉冲接收8位的命令，并在第6个脉冲的上升沿开始采样，从第9个脉冲开始进入转换阶段，输出12位采样值，转换结束进入空闲阶段。直到24个DCLK结束，CS置高电平，一次测量结束。

3.2 电阻式触摸屏的接口电路与坐标值获取

图3为ADS7846与PhilipsARM7芯片LPC2210的接口电路。

ADS7846芯片通过片内模拟电子开关的切换，将X+(Y+)端接正电源VCC，X-(Y-)接地，将X+(Y+)和X-(Y-)端以差动形式接到A/D转换器的输入端。

当用笔点击触摸屏的不同位置时，由于输入到A/D转换器的电压不同(见前面的分压原理)，经过A/D转换后就得到笔触点的输出值，该输出值与笔触点的位置成近似线性关系。因此ADS7846就可以得到笔触点在触摸屏上的相对位置。

3.3 误差产生的原因及消除方法

对坐标值精度产生影响的原因主要有：

①触摸屏本身电阻材料的均匀性，由于材料均匀性的问题，可能导致电压分压的不均匀，必然影响输出的精度。

②触摸在按下和释放过程中的抖动问题。

③ADS7846模拟开关的内阻和A/D转换器自身的转换精度。

④ESD干扰问题。

第①个和第③个问题是器件的固有问题，无法消除。对第②个问题，可通过软件进行键削抖。采用两次键值比较是一个较好的方法，具体工作原理是连续测量X，Y坐标值两次，然后进行比较，若相同或相差在允许的误差范围内就认为是有效键，否则为无效键。

关于ESD问题，这个是设计时主要面对的问题，具体措施主要采取一下几点：

(1)ADS7846的模拟地与系统的数字地不是一点相连。数字的干扰由公共阻抗耦合到ADS7846的模拟地，产生干扰造成抖动。解决办法是模拟地与数字地一点连接。

(2)ADS7846的逐次比较型A/D转换器对电源及数字写入非常敏感，解决方法是在电源引脚附近放置一个10μF的旁路电容，在参考电压输入端也放置一个0.1μF的旁路电容。

(3)在电磁干扰比较强的场合，为了防止触摸屏的引脚产生的高频干扰脉冲对ADS7846产生干扰，应在关键引脚DCLK，DIN，DOUT对地接0.001μF的高频整波电容。在PCB布线的时候屏到芯片的连线也应该以短粗为主。