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

作者: 時(shí)間:2012-03-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

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,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備。目前,的需求動(dòng)力主要來自于消費(fèi)電子產(chǎn)品,隨著技術(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,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。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/149475.htm

1 觸摸屏的工作原理

觸控屏(Touch panel)又稱為觸控面板,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;而觸摸屏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。

觸摸屏由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器件組成

觸摸屏的主要3大種類是: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。

四線電阻式觸摸屏基本原理

2 觸摸屏控制系統(tǒng)硬件

根據(jù)四線電阻式觸摸屏的工作原理可以看出,在硬件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)通過控制驅(qū)動(dòng)模塊加以精確識(shí)別。

2.1 總體結(jié)構(gòu)

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RS232串行通信發(fā)送到計(jì)算機(jī)上顯示出來。其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

整體結(jié)構(gòu)框圖

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。

內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路原理

從圖4中可以看出控制信號(hào)通過簡(jiǎn)單的電阻與三級(jí)管組合來驅(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都為開通狀態(tài)。

③A/D轉(zhuǎn)換器讀ADC的電壓值,若大于門限值則說明有按壓動(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)

是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位,片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(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,在電子類產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。

本電路以為控制器件,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)來的不同測(cè)量命令導(dǎo)通不同的模擬開關(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)。

測(cè)量電壓與測(cè)量點(diǎn)的關(guān)系

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MAX232芯片與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信,將輸入顯示出來。

控制驅(qū)動(dòng)電路

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 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。

程序設(shè)計(jì)框圖

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)針對(duì)傳統(tǒng)觸摸屏控制器的高成本、低可控性等問題,采用ADS7843觸摸屏驅(qū)動(dòng)芯片,通過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)量過程進(jìn)行信息傳遞。通過進(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。



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