触摸屏原理及应用实例
一、触摸屏的结构及工作原理
触摸屏从工作原理上可以分为电阻式、电容式、红外线式、矢量压力传感器式等，以四线电阻式触摸屏为例。
1、触摸屏的结构
典型触摸屏的工作部分一般由三部分组成，如下图所示：两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。
阻性导体层选用阻性材料，如铟锡氧化物(ITO)涂在衬底上构成，上层衬底用塑料，下层衬底用玻璃。
隔离层为粘性绝缘液体材料，如聚脂薄膜。
电极选用导电性能极好的材料(如银粉墨)构成，其导电性能大约为ITO（一种N型氧化物半导体氧化铟锡，ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜，通常有两个重要的性能指标：电阻率和光透过率）的1000倍。
触摸屏结构
触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络，如下图所示。
2、触摸屏的测量过程工作原理
电阻式触摸屏有四线和五线两种，四线最具有代表性。
在外ITO 层的上、下两边各渡一个狭长电极，引出端为Y +、Y -，在内IT0层
的左、右两边分别渡上狭长电极，引出端为X +、X -。
为了获得触摸点在X 方向
的位置信号，在内IT0层的两电极X +，X -上别加REF V ，0 V 电压，使内IT0层
上形成了从了从0-REF V 的电压梯度，触摸点至X -端的电压为该两端电阻对REF V 的分压，分压值代表了触摸点在X 方向的位置，然后将外lT0层的一个电极(如Y -)端悬空，可从另一电极(Y +)取出这一分压，将该分压进行A/D 转换，并与REF V 进行比较，便可得到触摸点的X 坐标。
为了获得触摸点在y 方向的位置信号，需要在外ITO 层的两电极Y +，Y -上分别加REF V ,0 V 电压，将内lT0层的一个电极(X -)悬空，从另一电极上取出触摸点在y 方向的分压。
四线电阻触摸屏测量原理
测量电压与测量点关系等效电路
测量触摸点Ｐ处测量结果计算如下：212CC y V V R R R =⨯+ 434CC x V V R R R =⨯+
二、触摸屏的硬件设计
液晶触摸屏包含图形液晶显示模块和附着在显示屏上的触摸屏两部分，借助于触摸屏控制器ADS7846与单片机AT89S51实现软硬件接口，通过检测用户在触摸屏上的触摸位置，实现显示与控制功能。
1、ADS7846的特性
ADS7846是美国Burr-Brown 公司推出的新一代屏控制器，它由低导通电阻模拟开关，具有采样、保持功能的逐次逼近型ADC 、异步串行数据接口、温度传感器等组成。
ADC 是ADS7846的核心，其转换速率可达125 kHz ，分辨率可编程为8位或12位。
该器件不仅具有X ，Y 坐标测量功能，还具有电池电压、芯片温度、触摸压力和外模拟量4种测量功能。
ADS7846还集成有触摸识别电路，当检测到有触摸时，该电路会在PENIRQ 引脚输出一个低电平信号，向微控制器量触点坐标的中断请求。
该芯片采用单电源供电，工作电压为2．2～5．25 V ，且内部自带+2．5 V 的参考电压。
ADS7846的内部结构图
ADS7846内部由一个多路选择器和一个12位的A/D 转换器构成。
其工作方式可由控制字决定，根据串行控制口的控制字控制多路选择开关的工作状态，控
制工作面的工作电压，并把相应电极上的触点坐标位置对应的工作电压送到A/D 转换器，变成数字量通过串行经过计算得到触点的X 、Y 方向的坐标，确定触点位置，程序根据触点坐标位置显示的信息执行相应的功能。
则Ｐ点的二进制输出代码为：
12/2y y ref full D V V -=⨯ 12/2x x ref full D V V -=⨯
ref full V -为加在ADSS7846内部A/D 转换器的参考电压。
2、引脚功能
ADS7846的引脚排列如下图所示。
ADS7846的引脚图
ADS7846的引脚功能表：
3、控制字
ADS7846的控制功能主要是实现触摸屏电极电压的切换及触摸点位置信号的A/D转换。
ADS7846控制字如下：
S：数据传输起始标志位。
为1表示一个新的控制字节到来；为0则忽略DIN引脚上数据。
A2A1A0：通道选择位。
用于控制通道选择器的输入，触摸信号驱动开关及ADC 的参考输入电压。
当A2A1AO=001时，采集Y坐标信号；当A2A0A1=101时，采集X坐标信号。
MODE：用来选择A/D转换的精度。
为1选择8位精度；为0选择12位精度。
SER/DFR：用来选择参考电压的输入模式。
1为参考电压非差动输入模式；0为参考电压差动输入模式。
PDl，PD0：低功率模式选择位。
若为11，器件总处于供电状态；若为00，器件在两次变换之间处于低功率模式。
4、转换时序
ADS7846的转换时序如图所示。
一次完整的电极电压切换和A/D转换，需要ADS7846和微处理器行3次串行数据传送，每次传送需要8个时钟周期。
第一次传送由微处理器向ADS7846发送控制字，接下来的两次传送是微处理器从ADS7846读取转换结果(最后4位自动补0)。
由于串口支持双向同时进行传送，并且在一次读数与下一次发控制字之间可以重叠，所以转换速率可以提高到每次16个时钟周期。
ADS7846的转换时序
5、触摸坐标的计算
由于四线电阻触摸屏中，y 方向位置电压从下向上逐渐增加，X 方向位置电压从右向左逐渐增加，因此Y ，X 位置电压对应的坐标原点在触摸屏的右下角。
为了获得工程上使用的X ，Y 坐标值(即将坐标原点移为左下角)，应将X 位置电压转换值求补。
另外，X ，Y 位置电压转换值还必须与显示屏幕的点阵(采用的液晶为240X160点阵)相对应。
因此校正后的X ，Y 坐标计算公式:
max max min ()160/()
x X X X X =-⨯- （1） min max min ()240/()y Y Y Y Y =-⨯- （2）
式中：min X 、max X 为X 位置电压转换结果的最大、最小值；min Y 、max Y 为y 位置电压转换结果的最大、最小值；Y ，X 为触摸点位置电压的转换值；x,y 为校正后的触摸点坐标。
5、接口电路
ADS7046与单片机之间通过标准的SPI 接口相连接。
当检测到有触摸动作时，ADS7046的笔中断请求端（PENIRQ ）输出一个低电平信号向单片机发出测量触点坐标的中断请求。
单片机通过SPI 接口，选中ADS7046，发出坐标测量控制字，然后读取ADS7046A/D 转换结果数据，经过两次控制即可分别得到触点位置的X 、Y 坐标。
ADS7046与单片机之间SPI 接口
三、触摸屏的软件流程
当触摸触摸屏时，ADS7846中断信号PENIRQ 有效，单片机检测到这一有效信号后，先送测量X 坐标控制字，并检测BUSY 信号是否有下降沿到来，下降沿
到来后，读X位置电压；再送测量Y坐标控制字，获取Y位置电压。
将得到的X，Y位置电压用式(1)、式(2)进行算便得到触摸点的X，Y坐标。
软件流程如图6所示
坐标读取流程图。