MXB7846型4线触摸屏数据转换器的原理及应用
时间:10-25
来源:互联网
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1 概述
随着家用电子设备和智能仪器的广泛应用,人们对其人机接口的要求越来越高,人性化的人机接口能大大提高人们的操作水平,更好地发挥装置性能。触摸屏因此而被大量应用于家用电子、检测仪器、通讯设备等装置的人机接口部分。
![](../img/eec-Analog/Analog-1338911f2dhhcu1ys.gif)
MXB7846是Maxim公司的一款集成了%26;#177;15kV ESD保护的4线工业标准触摸屏数据转换器,广泛应用于电阻式触摸屏输入系统中。它集成了一个12位的同步采样模数转换器,可以采用内部集成的+2.5V参考电源,也可以采用外接参考电源。还集成了片上温度传感器、电源监测通道和辅助AD转换器。电路的所有模拟输入通道都处于ESD保护之中,因此使用时不需要额外的静电保护装置。
2 引脚排列及引脚功能
MXB7846采用16脚QSOP和TSSOP封装。其引脚排列如图1所示,各引脚功能如下所述。
VDD:电源输入,电压范围为+2.375V~+5.25V。采用内部参考电源时,参考电源大小由此引脚决定。工作时采用1μF电容器旁路滤波。
GND:地。
X+、X-、Y+、Y-:横纵坐标输入,其中X+、Y+为ADC输入的第1、2通道。
BAT:电源监测输入端,为ADC的第3通道。
AUX:辅助模拟输入端,为ADC的第4通道。
REF:参考电压输入/输出通道,为AD转换提供参考电压。当采用内部参考电源时,该引脚提供2.5V的参考电压输出;采用外部参考电源时,参考电压由此输入,可输入1V~VDD的电压。工作时采用0.1μF电容器旁路滤波。
PENIRQ:触摸中断引脚,工作时通过10kΩ~100kΩ电阻器上拉。触摸屏被触摸时引起中断,ADC开始转换。
DIN:串行数据输入,DCLK的上升沿读入数据。
DOUT:串行数据输出,DCLK的下降沿输出数据,CS为高时,DOUT为高阻状态。
BUSY:忙输出标志,在数据转换时持续一个时钟周期的高状态,CS为高时,BUSY为高阻状态。
CS:片选信号,只有当CS为低时,串行数据才可以从DIN读入。
DCLK:时钟信号输入,输入时钟信号决定电路的转换速度,其占空比必须为40%~60%。
![](../img/eec-Analog/Analog-133892mvn4d5xahlk.gif)
3 工作原理
MXB7846采用逐次逼近型技术来实现模拟信号到12位数字信号的转换。其内部结构如图2所示。当电路工作于单输入模式时,ADC将REF做为参考输入;电路工作于差分输入模式时,ADC的REF+连接到X+或Y+,REF-连接到X-或Y-。具体的连续方式如表1所示。
表1 MXB7846控制字格式
BIT7
BIT6
BIT5
NIT4
START
A2
A1
A0
BIT3
BIT2
BIT1
BIT0
MODE
SER/DFR
PD1
PD0
MXB7846的控制字格式如表1所列,其中START为数据传输起始标志位,该位必为“1”。A2-A0进行通道选择(见表2)。MODE用来选择AD转换的精度,“1”表示8位“0”表示12位。SER/DFR选择参考电压的输入模式,“1”为单输入模式,“0”为差分输入模式。PD1、PD0选择省电模式:“00”表示省电模式允许,在二次A/D转换之间掉电,且中断允许;“01”同“00”,只是不允许中断;“10”为保留;“11”表示禁止省电模式。
表2 MXB7846的控制及工作方式
A2
A1
A0
测量值
ADC输入
ADC连接
0
0
0
Temp0
Temp0
-
0
0
1
Y坐标
X+
Y+、Y-
0
1
0
BAT
BAT
-
1
0
1
X坐标
Y+
X+、X-
1
1
0
AUX
AUX
-
1
1
1
Temp1
Temp1
-
4 典型应用
MXB7846用于控制电阻式触摸屏的典型电路原理如图3所示。
触摸屏工作时,上下导体层相当于电阻网络,如图3所示。当某一层电极加上电压时,会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触,则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压,从而知道触点处的坐标。比如,在顶层的电极(X+,Y-)上加电压,则会在顶层导体导上形成电压梯度,当有外力使得上下两层在某一点接触,就可以在底层测得接触点处的电压,再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系算出该处的X坐标。然后,将电压切换到底层电极(Y+,Y-)上,并在顶层测量接触点处的电压,从而知道Y坐标。
为了完成一次电极电压切换和A/D转换,首先应通过串口向MXB7846发送控制字,转换完成后再通过串口读出电压转换值。标准的一次转换需要24个时钟周期。由于串口支持双向同时传送,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。如果条件允许,即CPU可以产生15个时钟周期(比如FPGAs和ASICs),转换速率还可以提高到每次15个时钟周期,其转换时序如图4所示。
![](../img/eec-Analog/Analog-133893ce31g0ncxry.gif)
本文采用Altera公司的EPM7128LC84-6型CPLD生产MXB7846所需的控制逻辑,以使其工作在较高的转换效率。用Verilog语言编制的控制程序如下:
module max(DATAIN,CLK,DOUT,BUSY,CS,DCLK,DIN,DATAOUT,FLAG);
input [7:0]DATAIN;
input BUSY,CLK,DOUT;
output[11:0]DATAOUT;
output CS,DCLK,DIN,FLAG;
reg [11:0]DATAOUT;
reg [11:0]yiwei;
reg [5:0]count;
reg [4:0]jishu;
reg shizhong,CS,DCLK,DIN,FLAG;
always @(negedge CLK)
begin
count=count+1;
if(count==6"d2)
begin
shizhong=~shizhong;
count=0;
end
end
always@(negedge shizhong)
begin
if (DATAIN==8"hff)
CS=1;
Else
Begin
CS=0;
jishu=jishu+1;
DCLK=~DCLK;
if(jishu==30)
jishu=0;
case(jishu)
5"b00000:begin DIN=DATAIN ;yiwei =DOUT;end
5"b00010:begin DIN=DATAIN ; yiwei =DOUT;end
5"b00100:begin DIN=DATAIN ; yiwei =DOUT;end
5"b01000:begin DIN=DATAIN ;yiwei [11]=DOUT;DATAOUT=yiwei;FLAG=1;end
5"b01010:begin DIN=DATAIN;FLAG=0;end
5"b01100:DIN=DATAIN;
5"b01110:DIN=DATAIN[0];
5"b10000:if(BUSY==0)yiwei[0]=DOUT;
5"b10010:yiwei=DOUT;
5"b10100:yiwei=DOUT;
5"b10110:yiwei=DOUT;
5"b11000:yiwei=DOUT;
5"b11010:yiwei=DOUT;
5"b11100:yiwei=DOUT;
endcase
end
end
endmodule
本程序为CPLD模块中MXB7846的控制模块,其主要作用是通过CPLD时钟进行分频(分频数可设定)生产MXB7846的时钟,以及通过DATAIN给定MXB7846的控制字。其CS、DOUT、DCLK、DIN、BUSY分别与MXB7846的对应管脚相连以对其进行控制。当MXB7846完成一次转换后,CPLD读取其中的串行数据并转化为并行数据,待FLAG为高以后就可以从DATAOUT读取数据了。
5 结束语
MXB7846易于与目前各种常用的CPU接口,其低功耗特性使得非常适用于电源供电的系统,在个人掌上电脑、手机、医用仪器、测量仪表等各种便携式装置中具有广阔的应用前景。
随着家用电子设备和智能仪器的广泛应用,人们对其人机接口的要求越来越高,人性化的人机接口能大大提高人们的操作水平,更好地发挥装置性能。触摸屏因此而被大量应用于家用电子、检测仪器、通讯设备等装置的人机接口部分。
![](../img/eec-Analog/Analog-1338911f2dhhcu1ys.gif)
MXB7846是Maxim公司的一款集成了%26;#177;15kV ESD保护的4线工业标准触摸屏数据转换器,广泛应用于电阻式触摸屏输入系统中。它集成了一个12位的同步采样模数转换器,可以采用内部集成的+2.5V参考电源,也可以采用外接参考电源。还集成了片上温度传感器、电源监测通道和辅助AD转换器。电路的所有模拟输入通道都处于ESD保护之中,因此使用时不需要额外的静电保护装置。
2 引脚排列及引脚功能
MXB7846采用16脚QSOP和TSSOP封装。其引脚排列如图1所示,各引脚功能如下所述。
VDD:电源输入,电压范围为+2.375V~+5.25V。采用内部参考电源时,参考电源大小由此引脚决定。工作时采用1μF电容器旁路滤波。
GND:地。
X+、X-、Y+、Y-:横纵坐标输入,其中X+、Y+为ADC输入的第1、2通道。
BAT:电源监测输入端,为ADC的第3通道。
AUX:辅助模拟输入端,为ADC的第4通道。
REF:参考电压输入/输出通道,为AD转换提供参考电压。当采用内部参考电源时,该引脚提供2.5V的参考电压输出;采用外部参考电源时,参考电压由此输入,可输入1V~VDD的电压。工作时采用0.1μF电容器旁路滤波。
PENIRQ:触摸中断引脚,工作时通过10kΩ~100kΩ电阻器上拉。触摸屏被触摸时引起中断,ADC开始转换。
DIN:串行数据输入,DCLK的上升沿读入数据。
DOUT:串行数据输出,DCLK的下降沿输出数据,CS为高时,DOUT为高阻状态。
BUSY:忙输出标志,在数据转换时持续一个时钟周期的高状态,CS为高时,BUSY为高阻状态。
CS:片选信号,只有当CS为低时,串行数据才可以从DIN读入。
DCLK:时钟信号输入,输入时钟信号决定电路的转换速度,其占空比必须为40%~60%。
![](../img/eec-Analog/Analog-133892mvn4d5xahlk.gif)
3 工作原理
MXB7846采用逐次逼近型技术来实现模拟信号到12位数字信号的转换。其内部结构如图2所示。当电路工作于单输入模式时,ADC将REF做为参考输入;电路工作于差分输入模式时,ADC的REF+连接到X+或Y+,REF-连接到X-或Y-。具体的连续方式如表1所示。
表1 MXB7846控制字格式
BIT7
BIT6
BIT5
NIT4
START
A2
A1
A0
BIT3
BIT2
BIT1
BIT0
MODE
SER/DFR
PD1
PD0
MXB7846的控制字格式如表1所列,其中START为数据传输起始标志位,该位必为“1”。A2-A0进行通道选择(见表2)。MODE用来选择AD转换的精度,“1”表示8位“0”表示12位。SER/DFR选择参考电压的输入模式,“1”为单输入模式,“0”为差分输入模式。PD1、PD0选择省电模式:“00”表示省电模式允许,在二次A/D转换之间掉电,且中断允许;“01”同“00”,只是不允许中断;“10”为保留;“11”表示禁止省电模式。
表2 MXB7846的控制及工作方式
A2
A1
A0
测量值
ADC输入
ADC连接
0
0
0
Temp0
Temp0
-
0
0
1
Y坐标
X+
Y+、Y-
0
1
0
BAT
BAT
-
1
0
1
X坐标
Y+
X+、X-
1
1
0
AUX
AUX
-
1
1
1
Temp1
Temp1
-
4 典型应用
MXB7846用于控制电阻式触摸屏的典型电路原理如图3所示。
触摸屏工作时,上下导体层相当于电阻网络,如图3所示。当某一层电极加上电压时,会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触,则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压,从而知道触点处的坐标。比如,在顶层的电极(X+,Y-)上加电压,则会在顶层导体导上形成电压梯度,当有外力使得上下两层在某一点接触,就可以在底层测得接触点处的电压,再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系算出该处的X坐标。然后,将电压切换到底层电极(Y+,Y-)上,并在顶层测量接触点处的电压,从而知道Y坐标。
为了完成一次电极电压切换和A/D转换,首先应通过串口向MXB7846发送控制字,转换完成后再通过串口读出电压转换值。标准的一次转换需要24个时钟周期。由于串口支持双向同时传送,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。如果条件允许,即CPU可以产生15个时钟周期(比如FPGAs和ASICs),转换速率还可以提高到每次15个时钟周期,其转换时序如图4所示。
![](../img/eec-Analog/Analog-133893ce31g0ncxry.gif)
本文采用Altera公司的EPM7128LC84-6型CPLD生产MXB7846所需的控制逻辑,以使其工作在较高的转换效率。用Verilog语言编制的控制程序如下:
module max(DATAIN,CLK,DOUT,BUSY,CS,DCLK,DIN,DATAOUT,FLAG);
input [7:0]DATAIN;
input BUSY,CLK,DOUT;
output[11:0]DATAOUT;
output CS,DCLK,DIN,FLAG;
reg [11:0]DATAOUT;
reg [11:0]yiwei;
reg [5:0]count;
reg [4:0]jishu;
reg shizhong,CS,DCLK,DIN,FLAG;
always @(negedge CLK)
begin
count=count+1;
if(count==6"d2)
begin
shizhong=~shizhong;
count=0;
end
end
always@(negedge shizhong)
begin
if (DATAIN==8"hff)
CS=1;
Else
Begin
CS=0;
jishu=jishu+1;
DCLK=~DCLK;
if(jishu==30)
jishu=0;
case(jishu)
5"b00000:begin DIN=DATAIN ;yiwei =DOUT;end
5"b00010:begin DIN=DATAIN ; yiwei =DOUT;end
5"b00100:begin DIN=DATAIN ; yiwei =DOUT;end
5"b01000:begin DIN=DATAIN ;yiwei [11]=DOUT;DATAOUT=yiwei;FLAG=1;end
5"b01010:begin DIN=DATAIN;FLAG=0;end
5"b01100:DIN=DATAIN;
5"b01110:DIN=DATAIN[0];
5"b10000:if(BUSY==0)yiwei[0]=DOUT;
5"b10010:yiwei=DOUT;
5"b10100:yiwei=DOUT;
5"b10110:yiwei=DOUT;
5"b11000:yiwei=DOUT;
5"b11010:yiwei=DOUT;
5"b11100:yiwei=DOUT;
endcase
end
end
endmodule
本程序为CPLD模块中MXB7846的控制模块,其主要作用是通过CPLD时钟进行分频(分频数可设定)生产MXB7846的时钟,以及通过DATAIN给定MXB7846的控制字。其CS、DOUT、DCLK、DIN、BUSY分别与MXB7846的对应管脚相连以对其进行控制。当MXB7846完成一次转换后,CPLD读取其中的串行数据并转化为并行数据,待FLAG为高以后就可以从DATAOUT读取数据了。
5 结束语
MXB7846易于与目前各种常用的CPU接口,其低功耗特性使得非常适用于电源供电的系统,在个人掌上电脑、手机、医用仪器、测量仪表等各种便携式装置中具有广阔的应用前景。