觸摸屏控制器在便攜裝置顯示中的原理分析

觸摸屏顯示器能夠檢測顯示區(qū)域上是否有人觸摸以及觸摸位置，因此各種設(shè)備上的機械按鈕正日漸被這種顯示器所取代，包括智能電話、MP3播放器、GPS導航系統(tǒng)、數(shù)碼相機、筆記本電腦、游戲機和實驗室儀器等。第一代此類設(shè)備不太精確，存在誤檢率高和功耗過大的問題。新型觸摸屏控制器，如AD7879等，可提供更高的精度、更低的功耗和結(jié)果濾波功能。這些器件還可以檢測溫度、電源電壓和觸摸壓力，有助于現(xiàn)代觸摸屏顯示器實現(xiàn)魯棒的檢測。

觸摸屏的工作原理

首先，讓我們看看電阻式觸摸屏如何工作。圖1顯示了觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)和工作原理圖。

圖1. 電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)

觸摸屏由兩層塑料薄膜組成，各薄膜層上均涂有一層導電金屬（通常是氧化銦錫），中間的空氣間隙將二者分開。電源電壓激勵其中的一塊板，上圖中為X板。觸摸屏幕時，兩塊導電板碰到一起，在X板上構(gòu)成一個電阻分壓器。接觸點的電壓通過Y+電極檢測，代表X板上的位置，如圖2所示。然后重復上述過程，電源電壓激勵Y板，并通過X+電極檢測Y位置。

圖2. X位置測量

接下來，將電源電壓置于Y+和X–上，再進行兩次屏幕測量：測量X+上的電壓得出Z1，測量Y–上的電壓得出Z2。這些測量結(jié)果可以用來估計觸摸壓力，其方法有兩種。如果X板的電阻已知，則觸摸電阻的計算公式為：

如果X板和Y板的電阻均已知，則觸摸電阻的計算公式為：

觸摸電阻值越大，則表示觸摸壓力越小。

AD7879觸摸屏控制器

AD7879觸摸屏控制器設(shè)計用于與四線式電阻觸摸屏接口。除了檢測觸摸動作外，它還能測量溫度和輔助輸入端的電壓。所有四種觸摸測量加上溫度、電池、輔助電壓測量，均可以通過編程寫入其片內(nèi)序列器。寬電源電壓范圍（1.6 V至3.6 V）、小尺寸（12引腳、1.6 mm × 2 mm WLCSP封裝或16引腳、4 mm × 4 mm LFCSP封裝）以及低功耗（轉(zhuǎn)換時480 ?A，關(guān)斷模式0.5 ?A），使這款控制器可以靈活地用于各種產(chǎn)品。

觸摸喚醒

可以將AD7879配置為在發(fā)生觸摸屏幕事件時啟動并轉(zhuǎn)換，在釋放之后進入省電模式。這種配置非常適合注重節(jié)約電量的電池供電設(shè)備。每個轉(zhuǎn)換序列完成之后，AD7879向主機微控制器發(fā)送一個中斷，將其從低功耗模式喚醒，以便處理數(shù)據(jù)。這樣，屏幕被觸摸之前微控制器的功耗也會極低。圖3顯示了觸摸喚醒功能的設(shè)置。

圖3. 觸摸喚醒設(shè)置

觸摸屏幕時，X板與Y板接觸，拉低限變器輸入，從而喚醒AD7879，隨后開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束時，AD7879向主機發(fā)送一個中斷。

結(jié)果濾波

在典型的顯示器中，電阻板位于液晶顯示器(LCD)之上，LCD會產(chǎn)生大量噪聲，影響位置測量。這種噪聲由脈沖噪聲和高斯噪聲組合而成。AD7879提供的中值濾波器和均值濾波器可降低這種噪聲?？梢詫⑿蛄衅髋渲脼槔?個、4個、8個或16個樣本進行位置測量，而不是利用單個樣本進行測量。這些樣本經(jīng)過排序、中值濾波和均值濾波，便可得到噪聲更低、精度更高的結(jié)果。圖4清楚顯示了其原理。獲得16個位置測量結(jié)果，然后按由低到高的順序排序。剔除四個最大測量結(jié)果和四個最小測量結(jié)果，以消除脈沖噪聲；對剩余的八個采樣值求平均值，以降低高斯噪聲。這種方法還有一個額外好處，即可以降低所需的主機處理工作量和主機與觸摸屏控制器的通信量。

圖4. 中值和均值濾波