引言
人機對話的界面種類有很多,比如顯示器、LED、LCD及帶觸摸屏的LCD等。其中后者是最近幾年剛發展起來的一項新技術,它通過計算機技術處理聲音、圖像、視頻、文字、動畫等信息,并在這些信息間建立一定的邏輯關系,使之成為能交互地進行信息存取和輸出的集成系統。換言之,它能綜合信息發布者的意愿和接受者對信息的需求及接受習慣,對信息進行收集、加工、整合并雙向式傳播。觸摸屏系統符合簡便、經濟、高效的原則,具有人機交互性好、 操作簡單靈活、輸入速度快等特點。它與迅猛發展的計算機網絡和多媒體技術相結合,使用者僅僅用手指觸摸屏幕,就能進行信息檢索、數據分析,甚至可以做出身臨其境、栩栩如生的效果;較鍵盤輸入簡單、直觀、快捷,具有豐富多采的表現能力,比以往任何傳媒更具親合力。
觸摸屏和單片機接口,可以使一些小系統的操作更加方便、快捷。使用觸摸屏時最重要的問題是確定觸摸點的坐標位置,本文以四線電阻式觸摸屏為例,通過單片機控制準確地采樣到被觸摸點的坐標位置,至于該點響應何種按鍵只是交給相應的處理軟件進行處理即可。
四線電阻式觸摸屏
電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復合薄膜,由一層玻璃或有機玻璃作為基層,表面涂有一層透明的導電層,上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層,它的內表面也涂有一層透明導電層,在兩層導電層之間有許多細小(小于千分之一英寸)的透明隔離點把它們隔開絕緣,見圖1。
當手指觸摸屏幕時,平常相互絕緣的兩層導電層就在觸摸點位置有了一個接觸,因其中一面導電層接通Y軸方向的Vref均勻電壓場,使得偵測層的電壓由零變為非零,控制器偵測到這個接通后,進行A/D轉換,并將得到的電壓值與Vref相比即可得觸摸點的Y軸坐標,同理得出X軸的坐標,這就是所有電阻技術觸摸屏共同的最基本原理。電阻類觸摸屏的關鍵在于材料,電阻屏根據引出線數多少,分為四線、五線、六線等多線電阻觸摸屏。
圖1 四線式觸摸屏結構示意圖
圖2 觸摸時的狀態
觸摸屏與內置A/D的單片機接口可以通過4個三極管或MOS管分別給X、Y方向施加電壓,并通過A/D通道讀取Y、X方向的電壓值來實現(見圖3)。對觸摸屏輸入A/D的數據讀取控制可采用定時查詢方式和中斷方式。
20ms定時查詢方式
在觸摸屏不處于觸摸狀態時MCU 使V1、V3、V4截止,V2導通(MCU控制口PE2為“1”);一旦出現觸摸動作,觸摸屏經由V5使PE5=0(觸摸屏電阻相對R5、R6電阻較小),MCU定時查詢到“PE5=0”后,立即使V3導通并置PE6=0,在Y方向上形成電流回路,啟動MCU A/D轉換-ADC1通道,由X+即可讀出Y軸的坐標值;同樣MCU關閉V2、V3 ,打開V1、V4,啟動MCU A/D轉換—ADC0通道由Y+即可讀出X軸的坐標值;X、Y軸坐標采樣完畢后使PE6=1,V1、V3、V4截止,V2導通,讀取PE5狀態,若PE5=0,則按鍵未抬起,繼續采樣并做數字濾波,若PE5=1,則按鍵抬起響應按鍵。
圖3 四線電阻式觸摸屏與單片機的接口電路
圖4 對A/D的輸入保護措施
中斷方式
在觸摸屏不處于觸摸狀態時MCU 使V1、V3、V4截止,V2導通(MCU控制口PE2為“1”);一旦出現觸摸動作,觸摸屏經由V5產生一個中斷信號(PE5),MCU立即使V3導通,在Y方向上形成電流回路,啟動MCU A/D轉換—ADC1通道,由X+即可讀出Y軸的坐標值;同樣MCU關閉V2、V3,打開V1、V4,啟動MCU A/D轉換—ADC0通道由Y+即可讀出X軸的坐標值;為了減少二極管漏電流對X、Y軸坐標采樣的影響,當單片機接收到中斷信號進入中斷服務程序后,先置PE6=0得到X、Y坐標,然后置PE6=1,從中斷服務程序返回。這樣,在進行X、Y軸的坐標測量時,二極管截止,此時二極管漏電流的影響可以被忽略。
定時查詢時,無論是否有觸摸輸入,每20ms就需要中斷一次,需要占用CPU較多的時間,為了提高CPU的利用率,可以采用中斷方式,當有觸摸信號時才產生中斷請求。
觸摸屏與內置A/D的單片機接口設計簡單,成本低,但觸摸屏輸入只能完成一些要求簡單的輸入控制操作,如菜單式選擇、按鈕式選擇等。若要求進行諸如漢字手寫輸入等要求線性、精度等較高的觸摸屏輸入,就需要采用專用的A/D接口。
為了防止高能量脈沖信號通過觸摸屏耦合進入A/D轉換器,從而造成芯片損壞或性能下降,在實際應用中,還需要在觸摸屏的X+、 Y+輸出引線與A/D輸入通道之間加入鉗位
二極管和濾波電容,也可以在輸入線上穿入鐵氧體磁環對A/D進行保護,如圖4所示,這樣脈沖信號在進入A/D轉換器之前先被濾除,防止了脈沖信號的振幅超過電源電壓而損壞器件,保護A/D不受損壞。
結語
針對四線電阻式觸摸屏結構原理,設計了觸摸屏與內置A/D的單片機接口,并在實際應用中取得了良好的效果——采樣準確、迅速
