【技術干貨】工業觸摸屏之電阻屏原理（連載）

武漢萬象奧科

觸摸屏作為嵌入式產品中常用的交互設備，具有交互直觀，編程簡易等特點，本系列文章將以多種角度分析如何選擇合適的觸摸屏方案及常見的故障解決方法，敬請關注連載文章。下文主題為：電阻屏的原理。
1.1基本原理首先觸摸屏屬于輸入設備，對于高效的系統而言，一個輸入設備必須滿足以下幾點：

• 中斷觸發機制，若一個設備不能引起中斷，那么系統只能隔一段時間查詢外設是否被觸發，倘若兩次查詢間隔內狀態發生改變，那么系統將丟失數據。
• 能輸出或被控制輸出不同的數據，由算法或者硬件輸出，這點在電阻屏中尤其重要。
  

1.2四線電阻屏

四線電阻屏的硬件構成如圖1.1所示，對外接口為X軸的正負極x+、x-，Y軸的正負極y+、y-。X軸的兩個電極分布在下層的兩端，Y軸的兩個電極分布在上層的另外兩端，這樣施加的電場可以相互垂直。

四線的屏硬件構造

圖1.1 四線的屏硬件構造

當y+賦予正電壓，y-賦予負電壓，形成電場后，讀取x+的電壓，此時按壓的x軸坐標即為。同理，賦予x+、x-正負電壓，即可得到y軸坐標。
所以對于四線屏來說，需要滿足ADC的四根線能控制輸出電壓，同時能采集電壓數據。那如何解決中斷呢？對于四線屏來說，只需將一面電極板如x+、x-均設置為低電平，y+作為感應觸發引腳，當屏被按下時就會產生下降沿脈沖，此信號即為中斷觸發信號。
1.3五線電阻屏五線電阻屏的硬件構成如所示，x、y軸的電極分布下層貼近玻璃基板，分布施加在四個電極點上，名為UR、UL、LR、LL，上層為活動電極層，負責采集點觸點電壓。

圖1.2 五線電阻屏構成

這四個電極點通過輸出不同的電平使整個底板在不同時刻產生不同方向的電場，交互垂直和水平電場即可采集x、y軸坐標值，電場關系如表1.1所示。在水平電場情況下，活動電極點出來的電壓即為相對于水平方向的坐標值，同理垂直電場也是如此。

表1.1 五線屏電場形成情況

1.4處理器的支持本章節將從處理器角度，分析硬件是如何觸發、如何產生電場、以及不同線制需要調整的配置。此處以Ti Cortex-A8 AM335x為例，此款處理器可支持4線、5線和8線（此款市面較少）電阻屏。
AM335x的觸摸模組實際包含觸摸模組與ADC模組，內部構造如圖1.3所示。整個功能的核心部件由以下幾部分組成：

• AN0~AN7：模擬量輸入端口，AN0接四線屏時為XP，接五線屏時為UL，AN0~AN3具有XP、XN、YP、YN（四線屏功能引腳），UR、UL、LR、LL（五線屏功能）；
• 電場選擇功能開關：3個高電平的開關（YPPSW、XNPSW、XPPSW），4個低電平的開關（WPNSW、YNNSW、YPNSW、XNNSW）共7個開關。
• 中斷觸發器：Pen & IRQ Control選擇觸摸筆的輸入引腳，只能選擇AN0或AN4；
  

圖1.3 AM335x的觸摸模組

四線屏的相關配置如表1.2所示，結合圖1.3，當打開XPP開關后，AN0直連到VDDA，即AN0直連到ADC的電源正極，此時AN0就會輸出高電平，同理AN1輸出低電平，此時形成了正負電場，AN2作為采集點就可以順利采集對應坐標。

表1.2 四線屏寄存器配置

五線屏的相關配置如表.3所示，五線屏需要在電極板上的四個角形成正負電場，且正負電場可以在水平和垂直的方向來回切換，故四個角采集X軸和Y軸時電平情況分別為（H,H），(H,L)，（L,H），（L,L），結合圖1.3，AN0為（H,H）點，AN1為（L,H）點，AN2為（H,L）點，AN3為（L,L）點，而AN4負責采集兩個不同方向電場下的坐標數據。

表.3 五線屏寄存器配置

1.5擴展分析上述只是基于AM335x平臺，以下看一下NXP的i.MX6UL處理器自帶的觸摸模組的手冊描述，如圖1.4所示，于AM335x平臺一樣，i.MX6UL同樣針對四線屏和五線屏，輸出不同模式的電場模式。同理，對于其他平臺，以此方法即可判斷能否支持四線電阻屏、五線電阻屏。

圖1.4 i.MX6UL觸摸模組信息

devinzeng

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