基于ADS7846的电阻式触摸屏接口设计

    电阻式触摸屏根据引出线数的多少，分为4～8线等多种结构。4线电阻触摸屏最具代表性，其检测原理如图2所示。在外ITO层的上、下两边各渡一个狭长电极，引出端为Y+，Y-，在内IT0层的左、右两边分别渡上狭长电极，引出端为X+，X-。为了获得触摸点在X方向的位置信号，在内ITO层的两电极X+，X-上分别加VREF，0 V电压，使内IT0层上形成了从O～VREF的电压梯度，触摸点至X-端的电压为该两端电阻对VR-EF的分压，分压值代表了触摸点在X方向的位置，然后将外ITO层的一个电极(如Y-)端悬空，可从另一电极(Y+)取出这一分压，将该分压进行A／D转换，并与VREF进行比较，便可得到触摸点的X坐标。
    为了获得触摸点在Y方向的位置信号，需要在外ITO层的两电极Y+，Y-上分别加VREF，O V电压，而将内ITO层的一个电极(X-)悬空，从另一电极(X+)上取出触摸点在Y方向的分压。

2 ADS7846的特性
2．1 基本特性
    ADS7846是美国BB公司推出的新一代4线制触摸屏控制器，他由低导通电阻模拟开关，具有采样／保持功能的逐次逼近型ADC、异步串行数据接口、温度传感器等组成。ADC是ADS7846的核心，其转换速率可达125 kHz，分辨率可编程为8位或12位。该器件不仅具有X，Y坐标测量功能，还具有电池电压、芯片温度、触摸压力和外模拟量4种测量功能，其工作方式可由控制字决定，片内的6选1模拟多路开关可根据微控制器送来的命令字选择6个电压量之一(X+，Y+，Y-，VBAT，TEMP，AUX-IN)，并将其送入A／D转换器转换，然后再通过SPI接口将转换值送入微控制器。ADS7846还集成有触摸识别电路，当检测到有触摸时，该电路会在引脚输出一个低电平信号，向微控制器提出测量触点坐标的中断请求。该芯片采用单电源供电，工作电压为2．2～5．25 V，且内部自带+2．5 V的参考电压。
2．2 引脚功能
    ADS7846的引脚排列如图3所示，引脚功能见表1。

2．3 控制字
    ADS7846的控制功能主要是实现触摸屏电极电压的切换及触摸点位置信号的A／D转换。ADS7846的控制字如下：

    S：数据传输起始标志位。为1表示一个新的控制字节到来；为0则忽略DIN引脚上数据。
    A2A1A0：通道选择位。用于控制通道选择器的输入，触摸信号驱动开关及ADC的参考输入电压。当A2A1A0=001时，采集Y坐标信号；当A2A1A0=101时，采集X坐标信号。
    MODE：用来选择A／D转换的精度。为1选择8位精度；为0选择12位精度。
    ：用来选择参考电压的输入模式。1为参考电压非差动输入模式；O为参考电压差动输入模式。
    PDl，PD0：低功率模式选择位。若为11，器件总处于供电状态；若为OO，器件在两次变换之间处于低功率模式。
2．4 转换时序
    ADS7846的转换时序如图4所示。一次完整的电极电压切换和A／D转换，需要ADS7846和微处理器进行3次串行数据传送，每次传送需要8个时钟周期。

    第一次传送由微处理器向ADS7846发送控制字，接下来的两次传送是微处理器从ADS7846读取转换结果(最后4位自动补O)。由于串口支持双向同时进行传送，并且在一次读数与下一次发控制字之间可以重叠，所以转换速率可以提高到每次16个时钟周期。
2．5 触摸坐标计算
    由于四线电阻触摸屏中，Y方向位置电压从下向上逐渐增加，X方向位置电压从右向左逐渐增加，因此Y，X位置电压对应的坐标原点在触摸屏的右下角。为了获得工程上使用的X，Y坐标值(即将坐标原点移为左下角)，应将X位置电压转换值求补。另外，X，Y位置电压转换值还必须与显示屏幕的点阵(采用的液晶为240×160点阵)相对应。因此校正后的X，Y坐标计算公式为：
   
式中：Xmax，Xmin为X位置电压转换结果的最大、最小值；Ymax，Ymin为Y位置电压转换结果的最大、最小值；Y，X为触摸点位置电压的转换值；x，y为校正后的触摸点坐标。

3 触摸屏与微机的接口
3．1接口电路
    应用ADS7846实现触摸屏与单片机80C55的接口电路如图5所示，触摸屏的X+，X-，Y+，Y-分别与ADS7846的相应端连接，当控制字中A2A1-A0=001时，通过片内模拟开关的切换，将X+接电源VCC，X-接地，将Y+与Y-端以差动形式接到A／D转换器的输入端，A／D转换器的结果就是Y位置电压。类似当控制字中A2A1A0=101时，A／D转换器的结果就是X位置电压。单片机与ADS7846间的数据传送采用串行通信方式时，由于单片机串口方式1～3为异部通信方式，与ADS7846的时序不相配；串口方式0为移存器方式，虽然与ADS7846时序可以配合，但串口数据输入／输出使用同一端子RXD(TXD)为同步脉冲输出端)，ADS7846数据输入／输出采用不同端子DIN，DOUT。为了实现正确的数据双向传送，设计了双向数据芯片GAL，该芯片的功能是当E=O时，数据传送方向为Y到A；当E=1时，传送方向为B到Y。ADS7846的笔中断信号接P2．4，当信号有效时，单片机发送控制字。ADS7846的忙信号BUSY接P2．6，在BUSY信号的下降沿，单片机接收A／D转换结果。

3．2 接口程序
    当触摸触摸屏时，ADS7846中断信号有效，单片机检测到这一有效信号后，先送测量X坐标控制字，并检测BUSY信号是否有下降沿到来，下降沿到来后，读X位置电压；再送测量Y坐标控制字，获取Y位置电压。将得到的X，Y位置电压用式(1)、式(2)进行计算便得到触摸点的X，Y坐标。软件流程如图6所示。

4 结语
    设计的触摸屏接口电路具有下列优点：通过增加双向传输GAL芯片，解决了51系列单片机与触摸屏控制器ADS7846的串行通信问题；通过对触摸点位置电压进行校正，获得了正确的触摸坐标；接口电路易于实现，实用性强。