觸摸屏

如圖1，典型觸摸屏的工作部分一般由三部分組成：兩層透明的阻性導(dǎo)體層、兩層導(dǎo)體之間的隔離層、電極。阻性導(dǎo)體層選用阻性材料，如銦錫氧化物（ITO）涂在襯底上構(gòu)成，上層襯底用塑料，下層襯底用玻璃，隔離層為粘性絕緣液體材料，如聚酯薄膜。電極選用導(dǎo)電性能極好的材料（如銀粉墨）構(gòu)成，其導(dǎo)電性能大約為ITO的1000倍。

觸摸屏工作時(shí)，上下導(dǎo)體層相當(dāng)于電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)某一層電極加上電壓時(shí)，會(huì)在該網(wǎng)絡(luò)上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，則在電極未加電壓的另一層可以測(cè)得接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道接觸點(diǎn)處的坐標(biāo)。比如，在頂層的電極（X+，X-）上加上電壓，則在頂層導(dǎo)體層上形成電壓梯度，當(dāng)有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，在底層就可以測(cè)得接觸點(diǎn)處的電壓，再根據(jù)該電壓與電極（X+）之間的距離關(guān)系，知道該處的X坐標(biāo)。然后，將電壓轉(zhuǎn)換到底層電極（Y+，Y-）上，并在頂層測(cè)量接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道Y坐標(biāo)，四線制電阻觸摸屏也是目前最常用的觸摸屏產(chǎn)品，本系統(tǒng)中選用AMT9502。

觸摸屏控制器硬件設(shè)計(jì)

Atmega128單片機(jī)是Atmel公司的8位RISC單片機(jī)，片內(nèi)有128Kflash、4KRAM、4KEEPROM、兩個(gè)可編程的USART、1個(gè)可工作在主機(jī)/從機(jī)的SPI串行接口，此外還有豐富的I/O接口，8通道10位分辨率ADC轉(zhuǎn)換器等硬件資源。

單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示，低電壓版本的Atmega128支持3。3V、5V兩種供電電壓，本系統(tǒng)采用5V供電，便于供電電壓統(tǒng)一。晶振采用常規(guī)直插晶振7。373800M，選用標(biāo)準(zhǔn)晶振的目的主要是為了提高USART通訊波特率的準(zhǔn)確性，使單片機(jī)能夠使用比較高的通訊波特率。復(fù)位電路采用常規(guī)的RC復(fù)位，沒(méi)有使用特殊的復(fù)位器件，Atmega128已經(jīng)內(nèi)置了看門狗，并且可以通過(guò)編程使看門狗在程序啟動(dòng)前啟動(dòng)，即上電后程序啟動(dòng)前，看門狗已經(jīng)啟動(dòng)，這樣系統(tǒng)的可靠性可以得到保證，看門狗最高分頻系數(shù)是2048K，最小分頻系統(tǒng)是16K，系統(tǒng)中PB0（SS）已經(jīng)直接接到+5V，這樣硬件配置了單片機(jī)為主機(jī)，下面所有外掛的均為從機(jī)，本系統(tǒng)外掛只有一個(gè)就是ADS7843，單片機(jī)和觸摸屏控制器連接如圖3所示，PB1（CLK）為SPI時(shí)鐘，PB2（MOSI）為SPI主機(jī)輸出從機(jī)輸入，PB3（CLK）為SPI時(shí)鐘，PB2（MOSI）為SPI主機(jī)輸出從機(jī)輸入，PB3（MISO）SPI主機(jī)輸入從機(jī)輸出，這三根線為SPI總線。ADS7843是TI公司的觸摸屏控制器芯片專門應(yīng)用于四線電阻式觸摸屏，最高達(dá)到125K的轉(zhuǎn)換率8位或者12位可編程精度，外部參考電壓范圍從1V到VCC均可，VCC最高電壓為5V，高速低功耗使得ADS7843非常適合于使用電阻觸摸屏的手持設(shè)備，寬溫度設(shè)計(jì)使得它很適用于大量的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

ADS7843連接觸摸屏的示意圖如圖4所示。

觸摸屏是一個(gè)四線電阻屏幕，可以示意出兩個(gè)電阻，測(cè)量X方向的時(shí)候，將X+，X-之間加上參考電壓Vref，Y-斷開(kāi)，Y+作為A/D輸入，因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換獲得X方向的電壓，同理測(cè)量Y方向的時(shí)候，將Y+，Y-之間加上參考電壓Vref，X-斷開(kāi)，X+作為A/D輸入，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換獲得Y方向的電壓，之后再完成電壓與坐標(biāo)的換算，整個(gè)過(guò)程類似一個(gè)電位器，觸摸不同的位置分得不同的電壓。

以上所需要的加參考電壓斷開(kāi)A/D轉(zhuǎn)換等工作都是ADS7843直接完成的，只需要將相應(yīng)的命令傳輸?shù)紸DS7843即可，等待轉(zhuǎn)換周期完成，檢測(cè)到BUSY信號(hào)不再忙，即可獲得相應(yīng)電壓的數(shù)據(jù)。

此外，PENIRQ一般需要一個(gè)上拉電阻，因?yàn)锳DS7843是一個(gè)OC門輸出結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)中直接使用Atmega128內(nèi)部的上拉電阻，單片機(jī)中斷系統(tǒng)中將INT0分配給觸摸屏控制器，并且設(shè)定成低電平觸發(fā)，這樣可以檢測(cè)按鍵時(shí)間，可以用按鍵長(zhǎng)短處理不同的功能。

觸摸屏控制器驅(qū)動(dòng)程序

驅(qū)動(dòng)程序的編寫與硬件的設(shè)計(jì)是直接相關(guān)的，驅(qū)動(dòng)程序是以上面所設(shè)計(jì)的硬件為基礎(chǔ)的。

根據(jù)ADS7843的Datasheet，ADS7843的控制字及數(shù)據(jù)傳輸格式如表1。其中S為數(shù)據(jù)傳輸起始標(biāo)志位，該位必為"1"。A2-A0進(jìn)行通道選擇。MODE用來(lái)選擇A/D轉(zhuǎn)換的精度，"1"選擇8位，"0"選擇12位，SER/選擇參考電壓的輸入模式，PD1、PD0選擇省電模式，"00"省電模式允許，在兩次A/D轉(zhuǎn)換之間掉電，且中斷允許；"01"同"00"，只是不允許中斷；"10"保留；"11"禁止省電模式。

為了完成一次電極電壓切換和A/D轉(zhuǎn)換，需要先通過(guò)串口往ADS7843發(fā)送控制字，轉(zhuǎn)換完成后再通過(guò)串口讀出電壓轉(zhuǎn)換值，標(biāo)準(zhǔn)的一次轉(zhuǎn)換需要24個(gè)時(shí)鐘周期，由于串口支持雙向同時(shí)進(jìn)行傳送，并且在一次讀數(shù)與下一次發(fā)控制字之間可以重疊，所以轉(zhuǎn)換速率可以提高到每次16個(gè)時(shí)鐘周期，如?跫?市恚珻PU可以產(chǎn)生15個(gè)CLK的話（比如FPGA和ASIC），轉(zhuǎn)換速率還可以提高到每次15個(gè)時(shí)鐘周期。

所以我們選擇控制字：

0x94---X+輸入得到Y(jié)AD值0xe4---Y+輸入得到XAD值

SPI初始化程序：

不同的用戶還需根據(jù)自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)作一個(gè)簡(jiǎn)單的四點(diǎn)校正程序，這樣可以獲得一個(gè)精確度較高的觸摸屏坐標(biāo)體系。

結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目揚(yáng)州二電廠工程2×600MW發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化設(shè)備中得到應(yīng)用，共使用了64套，運(yùn)行一年以來(lái)使用情況良好。