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四線電阻式觸摸屏控制器的應用研究

摘要： 介紹以C8051為核心的觸摸屏控制系統的設計，分析了在系統設計過程中出現的干擾信號、測量值偏差和信號采集中延時時間的設定不當等問題以及它們對系統控制效果的影響，并給出了解決方法。

關鍵詞： 觸摸屏 ADS7843 C8051F020 電阻式控制器

Abstract：

Key words :

1 引言

ADS7843是一種四線式觸摸屏控制器,目前較多應用于電阻式觸摸屏輸入系統中。盡管有很多相關的典型應用和應用注意事項，但是在實際使用過程中仍然會遇到一些問題。應用在通用的單片機中所出現的問題及解決方法，已有一些介紹。本文是對基于高速、流水線結構的 C8051的觸摸屏控制系統設計中所遇到的問題進行分析處理，并給出了解決方法。

2 液晶觸摸屏的系統設計

2.1 硬件組成

采用典型的四線電阻式觸摸屏，其主要特點是精確度高，不受環境干擾，適用于各種場合。控制器為四線電阻式觸摸屏通用的 ADS7843控制芯片，具有 12位轉換精度，支持 SPI通訊協議；內建 512KByt e ROM,提供繁體或簡體中文，支持 2 Page顯示模式，支持文本顯示和圖形顯示 (320×240點 )兩種方式，顯示模塊內建有 512KByt e的 16× 16中文顯示字型 ROM(FontROM)與 8× 6的 A SCI I半型字型，除內建 8× 16和 16× 16的字號外，還提供字型放大的功能。

單片機采用 Cygnal的 C8051F020，高速、流水線結構的 C8051兼容的 CIP - 51內核，64K字節的 FLA SH,4K +256字節的 RAM, 12位的 AD轉換精度，硬件實現的 SPI、 S MBus/I2C接口，5個通用的 16位定時器。70%的指令執行時間為一個或兩個系統周期。

2 . 2　接口電路

如圖 1示。ADS7843串行接口的一次完整操作需要 3× 8=24個 DCL K時鐘周期，前 8個脈沖接收 8位的命令，并在第 6個脈沖的上升沿開始 A / D轉換器進入采樣階段，從第 9個脈沖開始進入轉換階段，輸出12位采樣值，轉換結束進入空閑階段。直到 24個DCL K結束，CS置高電平，一次測量結束。如圖 2所示。此外，ADS7843還支持其他的工作方式，這里不再詳述。

2 . 3　工作原理

當用戶在觸摸屏上的有效區域內點擊時，觸摸屏的 X方向、 Y方向輸出電阻分別隨 X和 Y呈線性變化，ADS7843控制器將其分別轉換為 12位數據，通過中斷告知 C8051F020需要接收數據，C8051F020接收到數據后進行處理；首先進行觸點數據是否有效判斷，包括兩方面：一是判斷是否誤操作，即是否是由于人的抖動產生的錯誤數據；二是 ADS7843傳過來得數據是否有效，由于剛開始的傳過來的第一個坐標是用戶開始接觸觸摸屏時產生的，電阻不準確，導致數據也不準，通常要去掉；在接收過程中采用多次平均的方法，假如有一次接收的數據和平均值差別很大，則這次測量就作廢，需要重新測量。一旦數據有效，C8051F020接著計算觸點坐標落在液晶屏的位置，根據計算的結果判斷執行相應的功能函數。使觸摸屏和液晶屏有機的結合起來，建立一定的邏輯關系，交互地進行信息存取和輸出。

2 . 4　觸摸屏坐標讀取的軟件流程

3　設計中出現的問題及解決方法

3 . 1　干擾信號

在測試時，手指或觸摸筆觸摸時，會產生一定的干擾信號，干擾情況分為兩種： (1)通過中斷管腳會一直向 C8051F020發出中斷請求。解決方法：中斷信號接緩沖器，然后將輸出管腳接 1 μF的鉭電容，濾除中斷干擾信號。 (2) ADS7843輸出值不穩定。解決方法：在 X +、 Y +管腳上連接 15pF鉭電容濾波。經過測試驗證，問題解決良好。連接電路見圖 1。

3 . 2　ADS7843的測量值偏差

當有觸摸動作時，觸摸點電阻膜會抖動或錯誤觸發，解決方法：先延時以消除抖動，采樣 16次，去掉采樣的最先兩個值和最后兩個值，利用軟件濾波，去除采樣中的抖動造成的偏差和誤觸發。利用中間連續采樣的 12次值，從采樣的第 3次值到第 14個值，求出每次相鄰兩次采樣值之差，求和后取平均值與預設值相比較，如果大于預設值，則此觸摸動作無效，小于預設值則把采集數據的最小 6個差值對應的數據求平均值作為坐標值。可以消除抖動和誤觸發的無效值，得到的坐標采樣值精確度較高，相對于其他的濾波算法,該方法最優。

3 . 3　信號采集中的延時時間設定

因為 C8051F020的速度是普通 51芯片的 12倍，ADS7843在進行數據采集時，時鐘信號高低電平持續的時間必須足夠，方可保證能采集到坐標值。測試中發現，在高低電平后延遲 4個“_n op_( ) ； ” 空指令時，觸摸 X坐標線，可以采集到 X值坐標，且有起始點，坐標值有線性變化；觸摸 Y坐標時，采集到的 Y坐標值無起始點，在觸摸屏上的 Y坐標上的值相差無幾,幾乎沒有變化。將延時指令由原來的 4個“_nop_( ) ； ”改為 16個，發現測試結果正常。能同時讀出 X、 Y值坐標，且兩坐標值均有起始點，且線性變化。因此，在信號采集程序中，將時鐘信號的延遲時間改為 16個“_n op_( ) ； ” 。例程如下：