【技術(shù)干貨】工業(yè)觸摸屏之電阻屏原理（連載）

武漢萬(wàn)象奧科

觸摸屏作為嵌入式產(chǎn)品中常用的交互設(shè)備，具有交互直觀，編程簡(jiǎn)易等特點(diǎn)，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(jiàn)的故障解決方法，敬請(qǐng)關(guān)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(shè)備，對(duì)于高效的系統(tǒng)而言，一個(gè)輸入設(shè)備必須滿足以下幾點(diǎn)：

• 中斷觸發(fā)機(jī)制，若一個(gè)設(shè)備不能引起中斷，那么系統(tǒng)只能隔一段時(shí)間查詢外設(shè)是否被觸發(fā)，倘若兩次查詢間隔內(nèi)狀態(tài)發(fā)生改變，那么系統(tǒng)將丟失數(shù)據(jù)。
• 能輸出或被控制輸出不同的數(shù)據(jù)，由算法或者硬件輸出，這點(diǎn)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(gòu)成如圖1.1所示，對(duì)外接口為X軸的正負(fù)極x+、x-，Y軸的正負(fù)極y+、y-。X軸的兩個(gè)電極分布在下層的兩端，Y軸的兩個(gè)電極分布在上層的另外兩端，這樣施加的電場(chǎng)可以相互垂直。

四線的屏硬件構(gòu)造

圖1.1 四線的屏硬件構(gòu)造

當(dāng)y+賦予正電壓，y-賦予負(fù)電壓，形成電場(chǎng)后，讀取x+的電壓，此時(shí)按壓的x軸坐標(biāo)即為。同理，賦予x+、x-正負(fù)電壓，即可得到y(tǒng)軸坐標(biāo)。
所以對(duì)于四線屏來(lái)說(shuō)，需要滿足ADC的四根線能控制輸出電壓，同時(shí)能采集電壓數(shù)據(jù)。那如何解決中斷呢？對(duì)于四線屏來(lái)說(shuō)，只需將一面電極板如x+、x-均設(shè)置為低電平，y+作為感應(yīng)觸發(fā)引腳，當(dāng)屏被按下時(shí)就會(huì)產(chǎn)生下降沿脈沖，此信號(hào)即為中斷觸發(fā)信號(hào)。
1.3五線電阻屏五線電阻屏的硬件構(gòu)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(gè)電極點(diǎn)上，名為UR、UL、LR、LL，上層為活動(dòng)電極層，負(fù)責(zé)采集點(diǎn)觸點(diǎn)電壓。

圖1.2 五線電阻屏構(gòu)成

這四個(gè)電極點(diǎn)通過(guò)輸出不同的電平使整個(gè)底板在不同時(shí)刻產(chǎn)生不同方向的電場(chǎng)，交互垂直和水平電場(chǎng)即可采集x、y軸坐標(biāo)值，電場(chǎng)關(guān)系如表1.1所示。在水平電場(chǎng)情況下，活動(dòng)電極點(diǎn)出來(lái)的電壓即為相對(duì)于水平方向的坐標(biāo)值，同理垂直電場(chǎng)也是如此。

表1.1 五線屏電場(chǎng)形成情況

1.4處理器的支持本章節(jié)將從處理器角度，分析硬件是如何觸發(fā)、如何產(chǎn)生電場(chǎng)、以及不同線制需要調(diào)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(shí)際包含觸摸模組與ADC模組，內(nèi)部構(gòu)造如圖1.3所示。整個(gè)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?xí)r為XP，接五線屏?xí)r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(chǎng)選擇功能開(kāi)關(guān)：3個(gè)高電平的開(kāi)關(guān)（YPPSW、XNPSW、XPPSW），4個(gè)低電平的開(kāi)關(guān)（WPNSW、YNNSW、YPNSW、XNNSW）共7個(gè)開(kāi)關(guān)。
• 中斷觸發(fā)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(guān)配置如表1.2所示，結(jié)合圖1.3，當(dāng)打開(kāi)XPP開(kāi)關(guān)后，AN0直連到VDDA，即AN0直連到ADC的電源正極，此時(shí)AN0就會(huì)輸出高電平，同理AN1輸出低電平，此時(shí)形成了正負(fù)電場(chǎng)，AN2作為采集點(diǎn)就可以順利采集對(duì)應(yīng)坐標(biāo)。

表1.2 四線屏寄存器配置

五線屏的相關(guān)配置如表.3所示，五線屏需要在電極板上的四個(gè)角形成正負(fù)電場(chǎng)，且正負(fù)電場(chǎng)可以在水平和垂直的方向來(lái)回切換，故四個(gè)角采集X軸和Y軸時(shí)電平情況分別為（H,H），(H,L)，（L,H），（L,L），結(jié)合圖1.3，AN0為（H,H）點(diǎn)，AN1為（L,H）點(diǎn)，AN2為（H,L）點(diǎn)，AN3為（L,L）點(diǎn)，而AN4負(fù)責(zé)采集兩個(gè)不同方向電場(chǎng)下的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

表.3 五線屏寄存器配置

1.5擴(kuò)展分析上述只是基于AM335x平臺(tái)，以下看一下NXP的i.MX6UL處理器自帶的觸摸模組的手冊(cè)描述，如圖1.4所示，于AM335x平臺(tái)一樣，i.MX6UL同樣針對(duì)四線屏和五線屏，輸出不同模式的電場(chǎng)模式。同理，對(duì)于其他平臺(tái)，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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