很多LCD模塊都采用了電阻式觸摸屏，這些觸摸屏等效于將物理位置轉(zhuǎn)換為代表X、Y坐標(biāo)的電壓值的傳感器。通常有4線、5線、7線和8線觸摸屏來實(shí)現(xiàn)，本文詳細(xì)介紹了SAR結(jié)構(gòu)、四種觸摸屏的組成結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理，以及檢測觸摸的方法。
電阻式觸摸屏是一種傳感器，它將矩形區(qū)域中觸摸點(diǎn)(X,Y)的物理位置轉(zhuǎn)換為代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓。很多LCD模塊都采用了電阻式觸摸屏，這種屏幕可以用四線、五線、七線或八線來產(chǎn)生屏幕偏置電壓，同時(shí)讀回觸摸點(diǎn)的電壓。
過去，為了將電阻式觸摸屏上的觸摸點(diǎn)坐標(biāo)讀入微控制器，需要使用一個(gè)專用的觸摸屏控制器芯片，或者利用一個(gè)復(fù)雜的外部開關(guān)網(wǎng)絡(luò)來連接微控制器的片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。夏普公司的LH75400/01/10/11系列和LH7A404等微控制器都帶有一個(gè)內(nèi)含觸摸屏偏置電路的片上ADC，該ADC采用了一種逐次逼近寄存器(SAR)類型的轉(zhuǎn)換器。采用這些控制器可以實(shí)現(xiàn)在觸摸屏傳感器和微控制器之間進(jìn)行直接接口，無需CPU介入的情況下控制所有的觸摸屏偏置電壓，并記錄全部測量結(jié)果。本文將詳細(xì)介紹四線、五線、七線和八線觸摸屏的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理。
SAR結(jié)構(gòu)
SAR的實(shí)現(xiàn)方法很多，但它的基本結(jié)構(gòu)很簡單，參見圖1。該結(jié)構(gòu)將模擬輸入電壓(VIN)保存在一個(gè)跟蹤/保持器中，N位寄存器被設(shè)置為中間值(即100...0，其中最高位被設(shè)置為1)，以執(zhí)行二進(jìn)制查找算法。因此，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的輸出(VDAC)為VREF的二分之一，這里VREF為ADC的參考電壓。之后，再執(zhí)行一個(gè)比較操作，以決定VIN小于還是大于VDAC：
如果VIN小于VDAC，比較器輸出邏輯低，N位寄存器的最高位清0。
2. 如果VIN大于VDAC，比較器輸出邏輯高(或1)，N位寄存器的最高位保持為1。
其后，SAR的控制邏輯移動(dòng)到下一位，將該位強(qiáng)制置為高，再執(zhí)行下一次比較。SAR控制邏輯將重復(fù)上述順序操作，直到最后一位。當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時(shí)，寄存器中就得到了一個(gè)N位數(shù)據(jù)字。
圖2顯示了一個(gè)4位轉(zhuǎn)換過程的例子，圖中Y軸和粗線表示DAC的輸出電壓。在本例中：
1. 第一次比較顯示VIN小于VDAC，因此位[3]被置0。隨后DAC被設(shè)置為0b0100并執(zhí)行第二次比較。
2. 在第二次比較中，VIN大于VDAC，因此位[2]保持為1。隨后，DAC被設(shè)置為0b0110并執(zhí)行第三次比較。
3. 在第三次比較中，位[1]被置0。DAC隨后被設(shè)置為0b0101，并執(zhí)行最后一次比較。
4. 在最后一次比較中，由于VIN大于VDAC，位[0]保持為1。
觸摸屏原理
觸摸屏包含上下疊合的兩個(gè)透明層，四線和八線觸摸屏由兩層具有相同表面電阻的透明阻性材料組成，五線和七線觸摸屏由一個(gè)阻性層和一個(gè)導(dǎo)電層組成，通常還要用一種彈性材料來將兩層隔開。當(dāng)觸摸屏表面受到的壓力(如通過筆尖或手指進(jìn)行按壓)足夠大時(shí)，頂層與底層之間會(huì)產(chǎn)生接觸。所有的電阻式觸摸屏都采用分壓器原理來產(chǎn)生代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓。如圖3所示，分壓器是通過將兩個(gè)電阻進(jìn)行串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的。上面的電阻(R1)連接正參考電壓(VREF)，下面的電阻(R2)接地。兩個(gè)電阻連接點(diǎn)處的電壓測量值與下面那個(gè)電阻的阻值成正比。
為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測量一個(gè)坐標(biāo)，需要對(duì)一個(gè)阻性層進(jìn)行偏置：將它的一邊接VREF，另一邊接地。同時(shí)，將未偏置的那一層連接到一個(gè)ADC的高阻抗輸入端。當(dāng)觸摸屏上的壓力足夠大，使兩層之間發(fā)生接觸時(shí)，電阻性表面被分隔為兩個(gè)電阻。它們的阻值與觸摸點(diǎn)到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點(diǎn)與接地邊之間的電阻相當(dāng)于分壓器中下面的那個(gè)電阻。因此，在未偏置層上測得的電壓與觸摸點(diǎn)到接地邊之間的距離成正比。
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