触摸屏的工作原理及典型应用
摘要简要介绍触摸屏的结构及工作原理,并以Burr-Brown公司的触摸屏控制芯片ADS7843为例,介绍触摸屏应用的典型电路和操作。由于ADS7843内置12位A/D,理论上触摸屏的输入坐标识别精度为有效长宽的1/4096。
关键词触摸屏 ITO ADS7843 嵌入式系统
1 触摸屏的基本原理
典型触摸屏的工作部分一般由三部分组成,如图1所示：两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。阻性导体层选用阻性材料,如铟锡氧化物（ITO）涂在衬底上构成,上层衬底用塑料,下层衬底用玻璃。隔离层为粘性绝缘液体材料,如聚脂薄膜。电极选用导电性能极好的材料（如银粉墨）构成,其导电性能大约为ITO的1000倍。
图1 触摸屏结构
触摸屏工作时,上下导体层相当于电阻网络,如图2所示。当某一层电极加上电压时,会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触,则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压,从而知道接触点处的坐标。比如,在顶层的电极(X+,X－)上加上电压,则在顶层导体层上形成电压梯度,当有外力使得上下两层在某一点接触,在底层就可以测得接触点处的电压,再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系,知道该处的X坐标。然后,将电压切换到底层电极（Y+,Y－）上,并在顶层测量接触点处的电压,从而知道Y坐标。
图2 工作时的导体层
2 触摸屏的控制实现
现在很多PDA应用中,将触摸屏作为一个输入设备,对触摸屏的控制也有专门的芯片。很显然,触摸屏的控制芯片要完成两件事情：其一,是完成电极电压的切换;其二,是采集接触点处的电压值（即A/D）。本文以BB(Burr-Brown)公司生产的芯片ADS7843为例,介绍触摸屏控制的实现。
2.1 ADS7843的基本特性与典型应用
ADS7843是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片。供电电压2.7~5 V,参考电压VREF为1 V~+VCC,转换电压的输入范围为0~ VREF,最高转换速率为125 kHz。ADS7843的引脚配置如图3所示。表1为引脚功能说明,图4为典型应用。
图3 ADS7843引脚
表1 引脚功能说明
图4 ADS7843的典型应用
2.2 ADS7843的内部结构及参考电压模式选择
ADS7843之所以能实现对触摸屏的控制,是因为其内部结构很容易实现电极电压的切换,并能进行快速A/D转换。图5所示为其内部结构,A2~A0和SER/为控制寄存器中的控制位,用来进行开关切换和参考电压的选择。
图5 ADS7843内部结构
ADS7843支持两种参考电压输入模式：一种是参考电压固定为VREF,另一种采取差动模式,参考电压来自驱动电极。这两种模式分别如图6(a)、(b)所示。采用图6(b)的差动模式可以消除开关导通压降带来的影响。表2和表3为两种参考电压输入模式所对应的内部开关状况。
图6 参考电压输入模式
表2 参考电压非差动输入模式（SER/DFR="1"）
表3 参考电压差动输入模式（SER/DFR="0"）
2.3 ADS7843的控制字及数据传输格式
ADS7843的控制字如表4所列,其中S为数据传输起始标志位,该位必为"1"。A2~A0进行通道选择（见表2和3）。MODE用来选择A/D转换的精度,"1"选择8位,"0"选择12位。SER/选择参考电压的输入模式（见表2和3）。PD1、PD0选择省电模式："00"省电模式允许,在两次A/D转换之间掉电,且中断允许;"01"同"00",只是不允许中断;"10"保留;"11"禁止省电模式。
表4 ADS7843的控制字
