基于ADS7846的電阻式觸摸屏設計
周偉
（電子科技大學光電信息學院2003級研究生2班 610054）
摘要：本文介紹了電阻式觸摸屏的基本結構和工作原理，詳細闡述了ADS7846在電阻式觸摸屏驅動設計中的作用以及基本的觸摸屏坐標定位算法，并分析了影響觸摸屏定位精度的原因，探討了提高定位精度的方法。
關鍵詞：觸摸屏，坐標定位，坐標變換,電磁兼容
1．前言
隨著信息技術的不斷發展，人性化設計的重要性越來越凸現出來。由于觸摸屏可以使操作簡單直觀，因此越來越多的手持產品，公共服務類設備采用觸摸屏。觸摸屏有電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、表面聲波式觸摸屏、紅外線觸摸屏等多種。電阻式觸摸屏是目前應用比較廣泛的一種，有四線、五線、七線等幾種。
2．電阻式觸摸屏的工作原理
2.1 電阻式觸摸屏結構
典型觸摸屏的工作部分一般由三部分組成，如圖1所示,這一個電阻式觸摸屏的橫截面，兩層透明的電阻性導體層(玻璃)、兩層導體之間的隔離層(隔離玻璃珠)、以及電阻性涂層。電阻性導體層必須選用阻性材料，如銦錫氧化物(ITO)涂在襯底上構成，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，如聚脂薄膜。電極選用導電性能極好的材料(如銀粉墨)構成，其導電性能大約為ITO的1000倍。
2．2 電阻式觸摸屏原理
電阻式觸摸屏是一種傳感器，它將矩形區域中觸摸點(X,Y)的物理位置轉換為代表X坐標和Y坐標的電壓。當觸摸屏表面受到的壓力(如通過筆尖或手指進行按壓)足夠大時，頂層與底層之間會產生接觸。所有的電阻式觸摸屏都采用分壓器原理來產生代表X坐標和Y坐標的電壓。如圖2所示，分壓器是通過將兩個電阻進行串聯來實現的。上面的電阻(R1)連接正參考電壓(VREF)，下面的電阻(R2)接地。兩個電阻連接點處的電壓測量值與下面那個電阻的阻值成正比。 為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測量一個坐標，需要對一個阻性層進行偏置：將它的一邊接VREF，另一邊接地。同時，將未偏置的那一層連接到一個ADC的高阻抗輸入端。當觸摸屏上的壓力足夠大，使兩層之間發生接觸時，電阻性表面被分隔為兩個電阻。它們的阻值與觸摸點到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點與接地邊之間的電阻相當于分壓器中下面的那個電阻。因此，在未偏置層上測得的電壓與觸摸點到接地邊之間的距離成正比。
3．ADS7846的基本特性與典型應用
3．1 基本特性
ADS7846是ADI公司生產的一種四線式觸摸屏控制器，目前廣泛應用于電阻式觸摸屏輸入系統中。ADS7846數字轉換器在一個12位逐次逼近式比較寄存器(SAR)ADC架構上集成了用于驅動觸摸屏的低通阻抗開關。這些器件不使用內部基準電壓，當以大于125kSaps的吞吐率運行時的最大功耗小于1.4mW。它們還帶有10KeV到12KeV的模擬輸入ESD保護，增強了抗ESD能力，以避免關鍵的內部系統元件損壞。使用單2.2V 到5.25V的電源工作。 AD7846串行接口的一次完整操作需要24個DCLK.，前8個脈沖接收8位的命令，并在第6個脈沖納仙乜疾裳擁?個脈沖開始進入轉換階段，輸出12位采樣值，轉換結束進入空閑階段。直到24個DCLK結束，CS置高電平，一次測量結束。
3．2 電阻式觸摸屏的接口電路與坐標值獲取
圖3為ADS7846與Philips ARM7芯片LPC2210的接口電路圖：
ADS7846芯片通過片內模擬電子開關的切換，將X+(Y+)端接正電源VCC，X-(Y-)接地，將X+(Y+)和X-(Y-)端以差動形式接到A/D轉換器的輸入端。當用筆點擊觸摸屏的不同位置時，由于輸入到A/D轉換器的電壓不同(見前面的分壓原理),經過A/D轉換后就得到筆觸點的輸出值，該輸出值與筆觸點的位置成近似線性關系。因此ADS7846就可以得到筆觸點在觸摸屏上的相對位置。
3．3誤差產生的原因及消除方法
對坐標值精度產生影響的原因主要有：1，觸摸屏本身電阻材料的均勻性，由于材料均勻性的問題，可能導致電壓分壓的不均勻，必然影響輸出的精度。2，觸摸在按下和釋放過程中的抖動問題。3，ADS7846模擬開關的內阻和A/D轉換器自身的轉換精度。4，ESD干擾問題。
第一個和第三個問題是器件的固有問題，無法消除。對第二個問題，我們可通過軟件進行鍵削抖。采用兩次鍵值比較是一個較好的方法，具體工作原理是連續測量X 、Y坐標值兩次，然后進行比較，若相同或相差在允許的誤差范圍內就認為是有效鍵，否則為無效鍵。
關于ESD問題，這個是設計時主要面對的問題，具體措施主要采取一下幾點：
1、ADS7846的模擬地與系統的數字地不是一點相連。數字地干擾由公共阻抗耦合到ADS7846的模擬地，產生干擾造成抖動。解決辦法是模擬地與數字地一點連接。
2、ADS7846的逐次比較型A/D轉換器對電源及數字寫入非常敏感，解決方法是在電源引腳附近放置一個10μF的旁路電容，在參考電壓輸入端也放置一個0.1μF的旁路電容。
3、在電磁干擾比較強的場合，為了防止觸摸屏的引腳產生的高頻干擾脈沖對ADS7846產生干擾，應在關鍵引腳DCLK、DIN、DOUT對地接0.001μF的高頻整波電容。在PCB布線的時候屏到芯片的連線也應該以短粗為主。
3.4 ADS7846控制字及數據傳送方式
控制字
ADS7846的控制字由表1所列，其中S為數據傳輸起始標志位，該位必為“1”，A2～A0進行通道選擇。MODE用來選擇A/D轉換的精度，“1”選擇8位，“0”選擇12位。SER/DFR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轉換之間掉電，且中斷允許；“01”同“00”但不允許中斷；“10”保留；“11”禁止省電模式。
表1 ADS7846控制字
| Bit7(MSB) | bit6 | bit5 | bit4 | bit3 | bit2 | bit1 | bit0 |
| S | A2 | A1 | A0 | MODE | SER/DFR | PD1 | PD0 |
4. 坐標定位與坐標變換
，最終可得觸點坐標公式：
5 程序實現流程以及注意事項
觸摸屏和微控制器之間的互動通過外部中斷實現。在程序設計中重要功能塊包括以下幾個部分：
ADS7846的初始化，包括有： 初始化SPI寄存器、可編程定時器中斷和筆中斷；MCU外部中斷的配置；LCD控制器的初始化配置：LCD驅動IC的一些初試化配置，一般由LCD的廠家提供；坐標定位子程序；以及LCD逐點顯示子程序。程序設計中，需要注意觸摸抖動和連擊問題。可以采用延遲測量法來解決，即在接收到觸摸屏筆中斷時延遲一段時間（抖動時30ms）后再測量，可消除抖動；測量完后再次延遲一段時間（連擊延時300ms）后打開筆中斷，可避免連擊現象出現。
6 結束語
討論了在電阻式觸摸屏開發應用中遇到的幾個技術問題以及解決方法，電阻式觸摸屏的應用既有硬件接口技術問題，也有軟件處理方法的問題。因此，要想使電阻式觸摸屏的使用取得良好的效果，確保硬件穩定可靠，增強其抗干擾的能力是前提。而對于硬件上克服不了的問題，可以用軟件處理的方法來解決。所討論的問題解決方案均切實可行，且在實踐中取得了良好的應用效果。
參考文獻
[1] Touch Screen Controller ADS7846 http://www.ti.com 2004
[2] 倪天龍 鄧洪波 金連文
通過ADS7846在PDA上實現個性化書法輸入,電子技術應用，2004年9月21日
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