基于單片機AT89C2051的觸摸屏控制器設(shè)計方案

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對電子產(chǎn)品智能化、便捷化、人性化要求也不斷提高，觸摸屏作為一種人性化的輸入輸出設(shè)備，在我國的應(yīng)用范圍非常廣闊，是極富吸引力的多媒體交互沒備。目前，觸摸屏的需求動力主要來自于消費電子產(chǎn)品，隨著觸摸屏技術(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、壽命長等特點，很快地被各國應(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。

1 觸摸屏的工作原理

觸控屏（Touch panel）又稱為觸控面板，是個可接收觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，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)動各種連結(jié)裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。

觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器件組成（如圖1所示）；觸摸檢測部件用于檢測用戶觸摸位置，接收后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息送給控制器。

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格以及對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)電層之間有許多細小（小于千分之一英寸）的透明隔離點把它們隔開絕緣。當手指觸摸屏幕時，平常相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在觸摸點位置有了一個接觸，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5 V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，這種接通狀態(tài)被控制器偵測到后，進行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的Y軸坐標，這就是四線電阻式觸摸屏基本原理，其原理如圖2所示。

2 觸摸屏控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)四線電阻式觸摸屏的工作原理可以看出，在硬件設(shè)計上的主要工作就在于將觸摸點所在的X軸及Y軸坐標通過控制驅(qū)動模塊加以精確識別。

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

觸摸屏控制器的設(shè)計關(guān)鍵在于對驅(qū)動模塊的控制，通過ADS7843模塊接收觸摸屏上得到的信號并控制驅(qū)動電路作出相應(yīng)的反應(yīng)，通過RS232串行通信發(fā)送到計算機上顯示出來。其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

2.2 觸摸屏驅(qū)動原理電路

ADS7843芯片作為其中的驅(qū)動模塊，它在控制器的作用下完成了觸摸坐標信息采集及A／D轉(zhuǎn)換，并將處理后的信息送到控制器中，實現(xiàn)了信息交互功能。它的內(nèi)部驅(qū)動電路原理如圖4所示。

從圖4中可以看出控制信號通過簡單的電阻與三級管組合來驅(qū)動四線電阻式觸摸屏。

該驅(qū)動電路的主要工作時序為：

（1）檢測是否有按壓動作

①YCTR+=1，YCTR-=0此時三極管V2、V3都為關(guān)斷狀態(tài)。

②XCTR+=0，XCTR-=1此時三極管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作。

（2）讀X坐標

①YCTR+=1，YCTR-=0此時三極管V2、V3都為關(guān)斷狀態(tài)。

②XCTR+=0，XCTR-=1此時三極管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

①XCTR+=1，XCTR-=0此時三極管V1、V4都為關(guān)斷狀態(tài)。

②YCTR+=0，YCTR-=1此時三極管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

AT89C2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C2051單片機在電子類產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。

本電路以單片機AT89C2051為控制器件，以ADS7843觸摸屏控制芯片為硬件驅(qū)動模塊，ADS7843內(nèi)部有一個由多個模擬開關(guān)組成的供電測量電路網(wǎng)絡(luò)和12位的A／D轉(zhuǎn)換。ADS7843根據(jù)微控制器發(fā)來的不同測量命令導(dǎo)通不同的模擬開關(guān)，以便向工作面電極對提供電壓，并把相應(yīng)測量電極上的觸點坐標位置所對應(yīng)的電壓模擬量引入A／D轉(zhuǎn)換器。測量電壓與測量點的關(guān)系如圖5所示等效電路，圖中P為測量點。

當觸摸屏上有按壓動作時，ADS7843芯片在單片機AT89C2051的作用下完成了觸摸坐標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，單片機根據(jù)得到的數(shù)字信息作出處理后通過MAX232芯片與計算機進行串行通信，將輸入顯示出來。

3 軟件設(shè)計

根據(jù)硬件電路設(shè)計原理，控制驅(qū)動電路軟件設(shè)計中最為關(guān)鍵的就是根據(jù)ADS7843芯片內(nèi)部原理及時序關(guān)系控制其實現(xiàn)對XY坐標的采集，同時將信息通過 RS232串行通信發(fā)送到計算機上。程序設(shè)計框圖如圖7所示。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)針對傳統(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)動芯片，通過AT89C2051單片機編程產(chǎn)生驅(qū)動信號，并由串行通信對測量過程進行信息傳遞。通過進行實際的設(shè)計調(diào)試，該設(shè)計觸摸響應(yīng)迅速，具有精度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可控性高且軟硬件系統(tǒng)成本預(yù)算低廉等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。