觸控螢幕的結構及工作原理

本文簡要介紹觸控螢幕的結構及工作原理，並以burr-brown公司的觸控螢幕控制晶元ads7843為例，介紹觸控螢幕應用的典型電路和操作。由於ads7843內建12位a/d，理論上觸控螢幕的輸入座標識別精度為有效長寬的1/4096。

關鍵詞觸控螢幕 ito ads7843 嵌入式系統

1 觸控螢幕的基本原理

典型觸控螢幕的工作部分一般由三部分組成，如圖1所示：兩層透明的阻性導體層、兩層導體之間的隔離層、電極。阻性導體層選用阻性材料，如銦錫氧化物（ito）塗在襯底上構成，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。

圖1 觸控螢幕結構

觸控螢幕工作時，上下導體層相當於電阻網路，如圖2所示。當某一層電極加上電壓時，會在該網路上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點接觸，則在電極未加電壓的另一層可以測得接觸點處的電壓，從而知道接觸點處的座標。

比如，在頂層的電極(x+,x－)上加上電壓，則在頂層導體層上形成電壓梯度，當有外力使得上下兩層在某一點接觸，在底層就可以測得接觸點處的電壓，再根據該電壓與電極(x+)之間的距離關係，知道該處的x座標。然後，將電壓切換到底層電極（y+,y－）上，並在頂層測量接觸點處的電壓，從而知道y座標。

圖2 工作時的導體層

2 觸控螢幕的控制實現

現在很多pda應用中，將觸控螢幕作為乙個輸入裝置，對觸控螢幕的控制也有專門的晶元。很顯然，觸控螢幕的控制晶元要完成兩件事情：其一，是完成電極電壓的切換；其二，是採集接觸點處的電壓值（即a/d）。

本文以bb(burr-brown)公司生產的晶元ads7843為例，介紹觸控螢幕控制的實現。

2.1 ads7843的基本特性與典型應用

ads7843是乙個內建12位模數轉換、低導通電阻模擬開關的序列介面晶元。供電電壓2.7~5 v，參考電壓vref為1 v~+vcc，轉換電壓的輸入範圍為0~ vref，最高轉換速率為125 khz。

ads7843的引腳配置如圖3所示。表1為引腳功能說明，圖4為典型應用。

圖3 ads7843引腳

表1 引腳功能說明

圖4 ads7843的典型應用

2.2 ads7843的內部結構及參考電壓模式選擇

ads7843之所以能實現對觸控螢幕的控制，是因為其內部結構很容易實現電極電壓的切換，並能進行快速a/d轉換。圖5所示為其內部結構，a2~a0和ser/為控制暫存器中的控制位，用來進行開關切換和參考電壓的選擇。

圖5 ads7843內部結構

ads7843支援兩種參考電壓輸入模式：一種是參考電壓固定為vref，另一種採取差動模式，參考電壓來自驅動電極。這兩種模式分別如圖6(a)、(b)所示。

採用圖6(b)的差動模式可以消除開關導通壓降帶來的影響。表2和表3為兩種參考電壓輸入模式所對應的內部開關狀況。

圖6 參考電壓輸入模式

表2 參考電壓非差動輸入模式（ser/dfr="1"）

表3 參考電壓差動輸入模式（ser/dfr="0"）

2.3 ads7843的控制字及資料傳輸格式

ads7843的控制字如表4所列，其中s為資料傳輸起始標誌位，該位必為"1"。a2~a0進行通道選擇（見表2和3）。mode用來選擇a/d轉換的精度，"1"選擇8位，"0"選擇12位。

ser/選擇參考電壓的輸入模式（見表2和3）。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"，只是不允許中斷；"10"保留；"11"禁止省電模式。

表4 ads7843的控制字