|
1 概述 隨著家用電子設備和智能儀器的廣泛應用，人們對其人機接口的要求越來越高，人性化的人機接口能大大提高人們的操作水平，更好地發揮裝置性能。觸摸屏因此而被大量應用于家用電子、檢測儀器、通訊設備等裝置的人機接口部分。 MXB7846是Maxim公司的一款集成了±15kV ESD保護的4線工業標準觸摸屏數據轉換器，廣泛應用于電阻式觸摸屏輸入系統中。它集成了一個12位的同步采樣模數轉換器，可以采用內部集成的+2.5V參考電源，也可以采用外接參考電源。還集成了片上溫度傳感器、電源監測通道和輔助AD轉換器。電路的所有模擬輸入通道都處于ESD保護之中，因此使用時不需要額外的靜電保護裝置。 2 引腳排列及引腳功能 MXB7846采用16腳QSOP和TSSOP封裝。其引腳排列如圖1所示，各引腳功能如下所述。 VDD：電源輸入，電壓范圍為+2.375V～+5.25V。采用內部參考電源時，參考電源大小由此引腳決定。工作時采用1μF電容器旁路濾波。 GND：地。 X+、X-、Y+、Y-：橫縱坐標輸入，其中X+、Y+為ADC輸入的第1、2通道。 BAT：電源監測輸入端，為ADC的第3通道。 AUX：輔助模擬輸入端，為ADC的第4通道。 REF：參考電壓輸入/輸出通道，為AD轉換提供參考電壓。當采用內部參考電源時，該引腳提供2.5V的參考電壓輸出；采用外部參考電源時，參考電壓由此輸入，可輸入1V～VDD的電壓。工作時采用0.1μF電容器旁路濾波。 PENIRQ：觸摸中斷引腳，工作時通過10kΩ～100kΩ電阻器上拉。觸摸屏被觸摸時引起中斷，ADC開始轉換。 DIN：串行數據輸入，DCLK的上升沿讀入數據。 DOUT：串行數據輸出，DCLK的下降沿輸出數據，CS為高時，DOUT為高阻狀態。 BUSY：忙輸出標志，在數據轉換時持續一個時鐘周期的高狀態，CS為高時，BUSY為高阻狀態。 CS：片選信號，只有當CS為低時，串行數據才可以從DIN讀入。 DCLK：時鐘信號輸入，輸入時鐘信號決定電路的轉換速度，其占空比必須為40%～60%。 3 工作原理 MXB7846采用逐次逼近型技術來實現模擬信號到12位數字信號的轉換。其內部結構如圖2所示。當電路工作于單輸入模式時，ADC將REF做為參考輸入；電路工作于差分輸入模式時，ADC的REF+連接到X+或Y+，REF-連接到X-或Y-。具體的連續方式如表1所示。 表1 MXB7846控制字格式 BIT7 BIT6 BIT5 NIT4 START A2 A1 A0 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 MODE SER/DFR PD1 PD0 XB7846的控制字格式如表1所列，其中START為數據傳輸起始標志位，該位必為“1”。A2-A0進行通道選擇（見表2）。MODE用來選擇AD轉換的精度，“1”表示8位“0”表示12位。SER/DFR選擇參考電壓的輸入模式，“1”為單輸入模式，“0”為差分輸入模式。PD1、PD0選擇省電模式：“00”表示省電模式允許，在二次A/D轉換之間掉電，且中斷允許；“01”同“00”，只是不允許中斷；“10”為保留；“11”表示禁止省電模式。 表2 MXB7846的控制及工作方式 A2 A1 A0 測量值 ADC輸入 ADC連接 0 0 0 Temp0 Temp0 - 0 0 1 Y坐標 X+ Y+、Y- 0 1 0 BAT BAT - 1 0 1 X坐標 Y+ X+、X- 1 1 0 AUX AUX - 1 1 1 Temp1 Temp1 - 4 典型應用 MXB7846用于控制電阻式觸摸屏的典型電路原理如圖3所示。 觸摸屏工作時，上下導體層相當于電阻網絡，如圖3所示。當某一層電極加上電壓時，會在該網絡上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點接觸，則在電極未加電壓的另一層可以測得接觸點處的電壓，從而知道觸點處的坐標。比如，在頂層的電極（X+，Y-）上加電壓，則會在頂層導體導上形成電壓梯度，當有外力使得上下兩層在某一點接觸，就可以在底層測得接觸點處的電壓，再根據該電壓與電極（X+）之間的距離關系算出該處的X坐標。然后，將電壓切換到底層電極（Y+，Y-）上，并在頂層測量接觸點處的電壓，從而知道Y坐標。 為了完成一次電極電壓切換和A/D轉換，首先應通過串口向MXB7846發送控制字，轉換完成后再通過串口讀出電壓轉換值。標準的一次轉換需要24個時鐘周期。由于串口支持雙向同時傳送，并且在一次讀數與下一次發控制字之間可以重疊，所以轉換速率可以提高到每次16個時鐘周期。如果條件允許，即CPU可以產生15個時鐘周期（比如FPGAs和ASICs），轉換速率還可以提高到每次15個時鐘周期，其轉換時序如圖4所示。 本文采用Altera公司的EPM7128LC84-6型CPLD生產MXB7846所需的控制邏輯，以使其工作在較高的轉換效率。用Verilog語言編制的控制程序如下： module max(DATAIN,CLK,DOUT,BUSY,CS,DCLK,DIN,DATAOUT,FLAG); input [7:0]DATAIN; input BUSY,CLK,DOUT; output[11:0]DATAOUT; output CS,DCLK,DIN,FLAG; reg [11:0]DATAOUT; reg [11:0]yiwei; reg [5:0]count; reg [4:0]jishu; reg shizhong,CS,DCLK,DIN,FLAG; always @(negedge CLK) begin count=count+1; if(count==6'd2) begin shizhong=～shizhong; count=0; end end always@(negedge shizhong) begin if (DATAIN==8'hff) CS=1; Else Begin CS=0; jishu=jishu+1; DCLK=～DCLK; if(jishu==30) jishu=0; case(jishu) 5'b00000:begin DIN="DATAIN" ;yiwei =DOUT;end 5'b00010:begin DIN="DATAIN" ; yiwei =DOUT;end 5'b00100:begin DIN="DATAIN" ; yiwei =DOUT;end 5'b01000:begin DIN="DATAIN" ;yiwei [11]=DOUT;DATAOUT=yiwei;FLAG=1;end 5'b01010:begin DIN="DATAIN";FLAG=0;end 5'b01100:DIN=DATAIN; 5'b01110:DIN=DATAIN[0]; 5'b10000:if(BUSY==0)yiwei[0]=DOUT; 5'b10010:yiwei=DOUT; 5'b10100:yiwei=DOUT; 5'b10110:yiwei=DOUT; 5'b11000:yiwei=DOUT; 5'b11010:yiwei=DOUT; 5'b11100:yiwei=DOUT; endcase end end endmodule 本程序為CPLD模塊中MXB7846的控制模塊，其主要作用是通過CPLD時鐘進行分頻（分頻數可設定）生產MXB7846的時鐘，以及通過DATAIN給定MXB7846的控制字。其CS、DOUT、DCLK、DIN、BUSY分別與MXB7846的對應管腳相連以對其進行控制。當MXB7846完成一次轉換后，CPLD讀取其中的串行數據并轉化為并行數據，待FLAG為高以后就可以從DATAOUT讀取數據了。 5 結束語 MXB7846易于與目前各種常用的CPU接口，其低功耗特性使得非常適用于電源供電的系統，在個人掌上電腦、手機、醫用儀器、測量儀表等各種便攜式裝置中具有廣闊的應用前景。 |
