基于單片機(jī)AT89C2051的觸摸屏控制器設(shè)計(jì)方案

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)電子產(chǎn)品智能化、便捷化、人性化要求也不斷提高，觸摸屏作為一種人性化的輸入輸出設(shè)備，在我國(guó)的應(yīng)用范圍非常廣闊，是極富吸引力的多媒體交互沒(méi)備。目前，觸摸屏的需求動(dòng)力主要來(lái)自于消費(fèi)電子產(chǎn)品，隨著觸摸屏技術(shù)的不斷發(fā)展，它在其他電子產(chǎn)品中的應(yīng)用也會(huì)得到不斷延伸。電子產(chǎn)品以電子管為核心。四十年代末世界上誕生了第一只半導(dǎo)體三極管，它以小巧、輕便、省電、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，很快地被各國(guó)應(yīng)用起來(lái)，在很大范圍內(nèi)取代了電子管。五十年代末期，世界上出現(xiàn)了第一塊集成電路，它把許多晶體管等電子元件集成在一塊硅芯片上，使電子產(chǎn)品向更小型化發(fā)展。集成電路從小規(guī)模集成電路迅速發(fā)展到大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，從而使電子產(chǎn)品向著高效能低消耗、高精度、高穩(wěn)定、智能化的方向發(fā)展。

1 觸摸屏的工作原理

觸控屏（Touch panel）又稱(chēng)為觸控面板，是個(gè)可接收觸頭等輸入訊號(hào)的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動(dòng)各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫(huà)面制造出生動(dòng)的影音效果。

觸摸屏由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器件組成（如圖1所示）；觸摸檢測(cè)部件用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接收后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息送給控制器。

觸摸屏的主要3大種類(lèi)是：電阻技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏。其中，電阻式觸摸屏憑借低廉的價(jià)格以及對(duì)于手指及輸入筆觸摸的良好響應(yīng)性，涵蓋了100多家觸摸屏元件制造商中的2／3。

電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面相匹配的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層透明導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)?。ㄐ∮谇Х种挥⒋纾┑耐该鞲綦x點(diǎn)把它們隔開(kāi)絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，平常相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在觸摸點(diǎn)位置有了一個(gè)接觸，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5 V均勻電壓場(chǎng)，使得偵測(cè)層的電壓由零變?yōu)榉橇?，這種接通狀態(tài)被控制器偵測(cè)到后，進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5 V相比即可得到觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)，這就是四線電阻式觸摸屏基本原理，其原理如圖2所示。

2 觸摸屏控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)四線電阻式觸摸屏的工作原理可以看出，在硬件設(shè)計(jì)上的主要工作就在于將觸摸點(diǎn)所在的X軸及Y軸坐標(biāo)通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)模塊加以精確識(shí)別。

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

觸摸屏控制器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊的控制，通過(guò)ADS7843模塊接收觸摸屏上得到的信號(hào)并控制驅(qū)動(dòng)電路作出相應(yīng)的反應(yīng)，通過(guò)RS232串行通信發(fā)送到計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)。其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

2.2 觸摸屏驅(qū)動(dòng)原理電路

ADS7843芯片作為其中的驅(qū)動(dòng)模塊，它在控制器的作用下完成了觸摸坐標(biāo)信息采集及A／D轉(zhuǎn)換，并將處理后的信息送到控制器中，實(shí)現(xiàn)了信息交互功能。它的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路原理如圖4所示。

從圖4中可以看出控制信號(hào)通過(guò)簡(jiǎn)單的電阻與三級(jí)管組合來(lái)驅(qū)動(dòng)四線電阻式觸摸屏。

該驅(qū)動(dòng)電路的主要工作時(shí)序?yàn)椋?/p>

（1）檢測(cè)是否有按壓動(dòng)作

①YCTR+=1，YCTR-=0此時(shí)三極管V2、V3都為關(guān)斷狀態(tài)。

②XCTR+=0，XCTR-=1此時(shí)三極管V1、V4都為開(kāi)通狀態(tài)。

③A／D轉(zhuǎn)換器讀ADC的電壓值，若大于門(mén)限值則說(shuō)明有按壓動(dòng)作。

（2）讀X坐標(biāo)

①YCTR+=1，YCTR-=0此時(shí)三極管V2、V3都為關(guān)斷狀態(tài)。

②XCTR+=0，XCTR-=1此時(shí)三極管V1、V4都為開(kāi)通狀態(tài)。

③A／D轉(zhuǎn)換器讀ADX的電壓值。

（3）讀Y坐標(biāo)

①XCTR+=1，XCTR-=0此時(shí)三極管V1、V4都為關(guān)斷狀態(tài)。

②YCTR+=0，YCTR-=1此時(shí)三極管V2、V3都為開(kāi)通狀態(tài)。

③A／D轉(zhuǎn)換器讀ADY的電壓值。

2.3 觸摸屏控制系統(tǒng)原理電路設(shè)計(jì)

AT89C2051是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C2051單片機(jī)在電子類(lèi)產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。

本電路以單片機(jī)AT89C2051為控制器件，以ADS7843觸摸屏控制芯片為硬件驅(qū)動(dòng)模塊，ADS7843內(nèi)部有一個(gè)由多個(gè)模擬開(kāi)關(guān)組成的供電測(cè)量電路網(wǎng)絡(luò)和12位的A／D轉(zhuǎn)換。ADS7843根據(jù)微控制器發(fā)來(lái)的不同測(cè)量命令導(dǎo)通不同的模擬開(kāi)關(guān)，以便向工作面電極對(duì)提供電壓，并把相應(yīng)測(cè)量電極上的觸點(diǎn)坐標(biāo)位置所對(duì)應(yīng)的電壓模擬量引入A／D轉(zhuǎn)換器。測(cè)量電壓與測(cè)量點(diǎn)的關(guān)系如圖5所示等效電路，圖中P為測(cè)量點(diǎn)。

當(dāng)觸摸屏上有按壓動(dòng)作時(shí)，ADS7843芯片在單片機(jī)AT89C2051的作用下完成了觸摸坐標(biāo)X+、X-、Y+、Y-的信息采集及A／D轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)信息返回到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)得到的數(shù)字信息作出處理后通過(guò)MAX232芯片與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信，將輸入顯示出來(lái)。

3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)硬件電路設(shè)計(jì)原理，控制驅(qū)動(dòng)電路軟件設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的就是根據(jù)ADS7843芯片內(nèi)部原理及時(shí)序關(guān)系控制其實(shí)現(xiàn)對(duì)XY坐標(biāo)的采集，同時(shí)將信息通過(guò) RS232串行通信發(fā)送到計(jì)算機(jī)上。程序設(shè)計(jì)框圖如圖7所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)針對(duì)傳統(tǒng)觸摸屏控制器的高成本、低可控性等問(wèn)題，采用ADS7843觸摸屏驅(qū)動(dòng)芯片，通過(guò)AT89C2051單片機(jī)編程產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并由串行通信對(duì)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行信息傳遞。通過(guò)進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)調(diào)試，該設(shè)計(jì)觸摸響應(yīng)迅速，具有精度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控性高且軟硬件系統(tǒng)成本預(yù)算低廉等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。