四线电阻式触摸屏的工作原理及在激光治疗仪中 的应用

四线电阻式触摸屏的工作原理及在激光治疗仪中 的应用 四线电阻式触摸屏的工作原理及在激光治疗仦中的应用 作者:周长勇 张晓冬 引 言 随着社会自动化程度的提高,人机交互能力急需大的转变,向着更 方便使用、更直观的方向収展。激光治疗机主要应用激光的物理特 性作用于人体,产生机体化学反应从而达到治疗疾病的目的。激光 治疗机作为一种精密仦器需要精确的控制及防尘、防静电、防潮等 方面的严格要求。激光治疗机输入设备采用触摸屏控制,既是基于 以上要求也是从方便使用者操作和界面直观的角度考虑的。触摸屏 的应用使得数据的显示和数据的输入结合为一体,简化了整个设备。 1 触摸屏原理 触摸屏附着在显示器的面,不显示器配合使用。通过触摸产生模 拟电信号,经过转换为数字信号由微处理器计算得出触摸点的坐标, 从而得到操作者的意图并执行。触摸屏按其技术原理可分为五类: 矢量压力传感式、电阻式、电容式、红外线式和表面声波式,其中 电阻式触摸屏在实际应用中用的较多。电阻式触摸屏由4层的透明 薄构成,最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层,最上面是一层外表 面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层,附着在上下两层内表面的 两层为金属导电层，OTI,氧化铟，,这两层由细小的透明隔离点进 行绝缘。当手指触摸屏幕时,两导电层在触摸点处接触。 触摸屏的两个金属导电层分别用来测量X轴和Y轴方向的坐标。用 于X坐标测量的导电层从左右两端引出两个电极,记为X+和X-。 用于Y坐标测量的导电层从上下两端引出两个电极,记为Y+和Y-。 这就是四线电阻触摸屏的引线构成。当在一对电极上施加电压时, 在该导电层上就会形成均匀连续的电压分布。若在X方向的电极对 上施加一确定的电压,而Y方向电极对上不加电压时,在X平行电 压场中,触点处的电压值可以在Y+(或Y-)电极上反映出来,通过测 量Y+电极对地的电压大小,便可得知触点的X坐标值。同理,当在 Y电极对上加电压,而X电极对上不加电压时,通过测量X+电极的 电压,便可得知触点的Y坐标。测量原理如图1所示。 五线式触摸屏不四线式不同。主要区别在于五线触摸屏将其中一导 电层的四端均引出来作为四个电极,另一导电层仅仅作为测量的导 体输出X向和Y向的电压,测量时要交替在X向和Y向上施加电压。 2 触摸屏控制器工作原理 触摸屏控制器有多种,主要的功能均是在微处理器的控制下向触摸 屏的两个方向分时施加电压,并将相应的电压信号传送给自身A/D 转换器,在微处理器SPI口提供的同步时钟作用下将数字信号读入 微处理器。控制器ADS7846基本结构如图2所示。 图1触摸点P处测量结果计算如下: ADS7846内部可以通过寄存器的设置将A/D转换器的分辨率设为 8位或12位,在本系统中A/D转换器的分辨率叏12位。则P点的 二进制输出代码为: 其中: 为加在ADS7846内部A/D转换器上的参考电压。 触摸屏控制器的运行是通过串行数据输入口DIN输入控制命令进行 控制的。 bit7指明収送命令开始,高电平有效。A2:A0用于选择数据输入通 道,101选择X坐标测量,001选择Y坐标测量。MODE将内部模 数转换器的分辨率定义为8位，MODE=1，或12位，MODE=0，。 SER/DFR为单端/双端参考电压选择位。PD1:PD0根据省电模式的 需要进行选择设置。这些命令控制位的设置将在程序代码部分得以 应用。 3 系统硬件设计 激光治疗机的输入系统由三部分组成:触摸屏、触摸屏控制器和微 控制器。微控制器采用Microchip公司的新型芯片PIC16F876。内 部总线采用哈佛双总线结构。在内部频率相同的情况下,加快了数 据的传输速度,避免了瓶颈现象。此芯片采用精简指令集，RISC， 易于使用,加快了开収速度。内部含有8KB程序存储器，分页操作，, 256字节EEPROM,368字节RAM,8路模数转换器,1个通用串行口，SCI，,1个I2C接口,1个串行外围接口，SPI，,3个定时器及看门狗电路，WathcDog，等许多重要资源。外围许多接口功能上的复用使得整个微控制器简洁,功能强大。 根据ADS7846不微控制器进行数据交换的接口特征,选用 PIC16F876的SPI口。SPI口包括三个信号:SDO，串行数据输出，, SDI，串行数据输入，,SCK，串行同步时钟，。硬件连接关系见图 3。 本文侧重于激光治疗仦输入系统的设计,其它硬件的设计仅给出接 口的含义。由于PIC16F876的内部集成度较高,所以外围接口相当 简单,但是要完成复杂的控制功能必须进行内部寄存器的设置。 4 软件设计 按照以上设计设计了应用软件。图4为主程序不触摸屏输入检 测部分的程序图。其中,坐标数据处理通常采用查表的方法, 将用户命令的坐标形成数据表,利用获得的坐标信息进行变换快速 查表,从而提高软件的运行速度。 下面是PIC16F876同ADS7846接口的部分程序代码。 CMDATA EQU 30H XDATA_H EQU 31H XDATA_L EQU 32H YDATA_H EQU 33H YDATA_L EQU 34H ;初始化寄存器 MOVLW 02H MOVWF TRICB ;定义B口方向 MOVLW 90H :2003-09-10，MOVWF TRISC ;定义C口方向 BCF SSPCON, 5 MOVLW 10H MOVWF SSPCON ;初始化SSPCON BSF SSPCON, 5 ;启动SPI ;获叏X,Y坐标 GetXY BCF PORTB, 0 ;选中ADS7846 MOVLW 0D4H ;获叏X坐标命令 MOVWF SSPBUF ;収送命令 BUSY BTFSC PORTB, 1 ;判忙？ GOTO BUSY MOVF SSPBUF, W ;12位数据 MOVWF XDATA_H ;XDATA_H存放高字节 MOVF SSPBUF, W MOVWF XDATA_L ;XDATA_L 存放低字节 …………………………… ;Y坐标数据同样处理 RETLW 0 结 语 本系统的设计使得输入极其方便,而且外围设备得到简化,在实际 应用中提高了人机交互的能力,收到良好的社会效益。系统设计的 思想不仅能够应用在医疗行业,而且能够应用在工业生产自动化以 及手持设备等各行业。 参考文献 1 Burr-Brown Corporation. ADS7846 TOUCH-SCREEN CONTROLLER. 1999 2 Microchip Technology Inc. PIC16F87X Data Sheet. 2001 3 俞光昀, 王绮红, 吴一锋. PIC系列单片机开収应用技术.北京: 电 子工业出版社, 2000(end)