一種電感式觸摸屏控制器設計

摘要：在介紹電感式觸摸屏的結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎之上，設計了以HT460RB70單片機為控制核心的電感式觸摸屏控制器，該控制器采用CD4051電子開關(guān)電路作為觸摸屏驅(qū)動。電感式控制器觸摸檢測裝置采用后置的方式，避免了觸模過程中的機械損傷，延長了觸模屏的壽命，同時具有低成本的優(yōu)點。該控制器的硬件電路及軟件部分已全部實現(xiàn)，實驗結(jié)果表明該控制器具有較好的穩(wěn)定性，且適用溫度范圍廣。
關(guān)鍵詞：電感；觸摸屏；控制器；HT460RB70

引言
觸摸屏是目前最友好的計算機一用戶接口界面，在消費電子業(yè)的應用越來越廣泛。觸摸屏主要由兩部分組成：觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器。目前主流觸摸屏產(chǎn)品的觸摸檢測裝置都是采用前置的方式，在觸摸過程中會對檢測裝置的機械結(jié)構(gòu)造成損壞，導致觸摸屏觸摸精度
下降、壽命縮短；此外，常用的電容、電阻式的觸摸屏的成本相對較高。本文設計了一種后置式電感式觸摸屏，避免觸摸過程中對觸摸檢測裝置的損壞，延長觸摸屏產(chǎn)品的壽命，成本也相對較低。

1 電感式觸摸屏的工作原理
1．1 觸摸屏整體結(jié)構(gòu)
電感式觸摸屏整體結(jié)構(gòu)如圖1所示(需要特別說明的是，電感式觸摸屏要用專用的觸摸筆來達到觸摸輸入的果，觸摸筆可以發(fā)出120～180 kHz頻率范圍內(nèi)的信號，這里不詳細介紹觸摸筆的原理)。上面是LCD顯示器，下面是觸摸屏檢測裝置。觸摸檢測裝置通過FPC(Flexible Print ed Circuitboard，柔性印刷電路板)與觸摸屏控制器連接。由觸摸屏結(jié)構(gòu)圖中可以看出，在利用觸摸屏輸入時，觸摸筆不與觸摸檢測裝置直接接觸，這樣避免了對觸摸檢測裝置的機械損壞，提高了整個觸摸控制系統(tǒng)的壽命。

1．2 觸摸檢測裝置結(jié)構(gòu)
觸摸檢測裝置是由厚度為0.8 mm的軟性PCB(Printed Circuit Board)構(gòu)成，在PCB內(nèi)部鑲嵌著兩層橫(Y軸)豎(X軸)垂直交叉的導線，每一組交叉的導線之間都是絕緣的；導線的一端接地，另一端通過FPC與觸摸屏控制器中模擬電子開關(guān)CD4051的輸入端相連接。X、Y軸方向上的線圈數(shù)量根據(jù)顯示器的尺寸來確定。觸摸檢測裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，該觸摸檢測裝置X軸方向由35個線圈、Y軸由30個線圈組成，適用于14英寸顯示屏使用。

1．3 觸摸屏坐標的確定方法
當用戶將觸摸筆接近檢測裝置時，檢測裝置會感應到信號，觸摸信號采用分時掃描的方式進行檢測。如圖2右側(cè)是觸摸點P局部放大圖，假如觸摸到P點時，在xn、xn+1和Ym、Ym+1線圈上會感應到電磁信號，使得檢測端口的信號由零變?yōu)榉橇?。首先對X軸方向進行掃描，通過模擬電子開關(guān)掃描到Xn上的信號，由CD4051公共輸出引腳輸出到OUT端，再把信號經(jīng)放大濾波、電壓整流電路后傳送到MCU，由MCU完成A／D轉(zhuǎn)換，得到一個電壓值Vn；接著掃描到Xn+1上的信號，同樣也經(jīng)過放大、濾波、整流后將信號發(fā)送到MCU進行A／D轉(zhuǎn)換得到一個電壓值Vn+1。X軸方向上掃描完成后，再掃描Y軸，同理可以在Ym、Ym+1上檢測到兩個電壓值Vm、Vm+1，利用檢測到的4個電壓值Vn、Vn+1、Vm、Vm+1可計算出觸摸坐標，計算公式如下：

其中，Xn，Ym、Xn+1，Ym+1是已知坐標，△Vx、△Vy為已知常數(shù)，△Vx是觸摸筆在Xn軸上時Vn與Vn+1的差值，△Vy則是觸摸筆在Ym軸上時Vm與Vm+1的差值。