嵌入式系统中的触摸屏及其控制

在便携式的电子类产品中，触摸屏由于其轻便、占用空间少、方便灵活等优点，已经逐渐取代键盘成为嵌入式计算机系统的输入设备。基于触摸屏的输入系统实际上是由触摸屏、触摸屏控制器、微控制器及其相应软件构成的，本文从系统的硬件组成入手，分析整个系统的硬软件原理及其实现方法。

一. 系统组成原理

触摸屏输入系统由触摸屏、触摸屏控制器和微控制器三部分组成。图1示出了一个实际的触摸屏输入系统，在该系统中触摸屏采用信利公司的四线电阻式触摸屏，触摸屏控制器采用BB公司的ADS7846，微控制器为Motorola M·CORE系列的MMC2107。   

  

图1 触摸屏输入系统的组成   


  
图2触摸屏的触摸示意图   

1. 触摸屏原理

触摸屏附着在显示器的表面，与显示器相配合使用，如果能测量出触摸点在屏幕上的坐标位置，则可根据显示屏上对应坐标点的显示内容或图符获知触摸者的意图。触摸屏按其技术原理可分为五类：矢量压力传感式、电阻式、电容式、红外线式、表面声波式，其中电阻式触摸屏在嵌入式系统中用的较多。电阻触摸屏是一块4层的透明的复合薄膜屏，如图2所示，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层，最上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层，中间是两层金属导电层，分别在基层之上和塑料层内表面，在两导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开。当手指触摸屏幕时，两导电层在触摸点处接触。

触摸屏的两个金属导电层是触摸屏的两个工作面，在每个工作面的两端各涂有一条银胶，称为该工作面的一对电极，若在一个工作面的电极对上施加电压，则在该工作面上就会形成均匀连续的平行电压分布。如图1所示，当在X方向的电极对上施加一确定的电压，而Y方向电极对上不加电压时，在X平行电压场中，触点处的电压值可以在Y+(或Y-)电极上反映出来，通过测量Y+电极对地的电压大小，便可得知触点的X坐标值。同理，当在Y电极对上加电压，而X电极对上不加电压时，通过测量X+电极的电压，便可得知触点的Y坐标。电阻式触摸屏有四线和五线两种。四线式触摸屏的X工作面和Y工作面分别加在两个导电层上，共有四根引出线，分别连到触摸屏的X电极对和Y电极对上。五线式触摸屏把X工作面和Y工作面都加在玻璃基层的导电涂层上，但工作时，仍是分时加电压的，即让两个方向的电压场分时工作在同一工作面上，而外导电层则仅仅用来充当导体和电压测量电极。因此，五线式触摸屏的引出线需为5根。

2. ADS7846触摸屏控制器的工作原理

各种类型的触摸屏均有其相应的控制器，如：ADS7846是四线式触摸屏的控制器，而ADS7845是五线式触摸屏的控制器。控制器的主要功能是分时向X、Y电极对施加电压，并把测量电极上的电压信号转换为相应触摸点的X、Y坐标。

1).操作原理

ADS7846内部有一个由多个模拟开关组成的供电-测量电路网络和12位的A/D转换器（参见图3）。ADS7846根据微控制器发来的不同测量命令导通不同的模拟开关，以便向工作面电极对提供电压，并把相应测量电极上的触点坐标位置所对应的电压模拟量引入A/D转换器。在触摸点X、Y坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等效电路如图4所示，图中P为测量点。   

  

图3 ADS7846的功能框图   

  

图4 测量关系   

2).数字接口

ADS7846与MMC2107之间通过标准的SPI口相连，由MMC2107启动3次SPI传送来完成转换，如图5所示。第一次SPI传送由MMC2107向ADS846发控制字，包括起始位、通道选择、8/12位模式、差分/单端选择和掉电模式选择，接下来的两次SPI传送则是MMC2107从ADS7846取A/D转换结果数据（最后四位自动补零），完成触摸屏控制器和微控制器之间的一次通信。     

  

图5 转换时序   

  

图6 中断请求   

3).笔中断（PENIRQ＃）输出

ADS7846通过笔中断请求向MMC2107表示有触摸发生。如图6所示，当没有触摸时，MOSFET①和②打开、③关闭，则笔中断输出引脚通过外加的上拉电阻输出为高。当有触摸时，①和③打开、②关闭，则笔中断输出引脚通过③内部连接到地而输出为低，从而向MMC2107提中断请求。

二. 实际应用举例

触摸屏输入系统的硬件连线如图1所示，当有触摸时ADS7846向MMC2107提中断请求，由MMC2107响应该中断请求,启动图５所示的通信过程，读取ADS7846的转换结果，从而得到触摸点的坐标，其软件接口如图7所示，包