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第44卷–2010年2月

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新型触摸屏控制器助便携装置显示如虎添翼

作者:Gareth Finn

触摸屏显示器能够检测显示区域上是否有人触摸以及触摸位置,因此各种设备上的机械按钮正日渐被这种显示器所取代,包括智能电话、MP3播放器、GPS导航系统、数码相机、笔记本电脑、游戏机和实验室仪器等。第一代此类设备不太精确,存在误检率高和功耗过大的问题。新型触摸屏控制器,如AD7879等,可提供更高的精度、更低的功耗和结果滤波功能。这些器件还可以检测温度、电源电压和触摸压力,有助于现代触摸屏显示器实现鲁棒的检测。

触摸屏的工作原理
首先,让我们看看电阻式触摸屏如何工作。图1显示了触摸屏的基本结构和工作原理图。

图1. 电阻式触摸屏的结构

触摸屏由两层塑料薄膜组成,各薄膜层上均涂有一层导电金属(通常是氧化铟锡),中间的空气间隙将二者分开。电源电压激励其中的一块板,上图中为X板。触摸屏幕时,两块导电板碰到一起,在X板上构成一个电阻分压器。接触点的电压通过Y+电极检测,代表X板上的位置,如图2所示。然后重复上述过程,电源电压激励Y板,并通过X+电极检测Y位置。

图2. X位置测量

接下来,将电源电压置于Y+和X–上,再进行两次屏幕测量:测量X+上的电压得出Z1,测量Y–上的电压得出Z2。这些测量结果可以用来估计触摸压力,其方法有两种。如果X板的电阻已知,则触摸电阻的计算公式为:

如果X板和Y板的电阻均已知,则触摸电阻的计算公式为:

触摸电阻值越大,则表示触摸压力越小。

AD7879触摸屏控制器
AD7879触摸屏控制器设计用于与四线式电阻触摸屏接口。除了检测触摸动作外,它还能测量温度和辅助输入端的电压。所有四种触摸测量加上温度、电池、辅助电压测量,均可以通过编程写入其片内序列器。宽电源电压范围(1.6 V至3.6 V)、小尺寸(12引脚、1.6 mm × 2 mm WLCSP封装或16引脚、4 mm × 4 mm LFCSP封装)以及低功耗(转换时480 µA,关断模式0.5 µA),使这款控制器可以灵活地用于各种产品。

触摸唤醒
可以将AD7879配置为在发生触摸屏幕事件时启动并转换,在释放之后进入省电模式。这种配置非常适合注重节约电量的电池供电设备。每个转换序列完成之后,AD7879向主机微控制器发送一个中断,将其从低功耗模式唤醒,以便处理数据。这样,屏幕被触摸之前微控制器的功耗也会极低。图3显示了触摸唤醒功能的设置。

图3. 触摸唤醒设置

触摸屏幕时,X板与Y板接触,拉低限变器输入,从而唤醒AD7879,随后开始转换。转换结束时,AD7879向主机发送一个中断。

结果滤波
在典型的显示器中,电阻板位于液晶显示器(LCD)之上,LCD会产生大量噪声,影响位置测量。这种噪声由脉冲噪声和高斯噪声组合而成。AD7879提供的中值滤波器和均值滤波器可降低这种噪声。可以将序列器配置为利用2个、4个、8个或16个样本进行位置测量,而不是利用单个样本进行测量。这些样本经过排序、中值滤波和均值滤波,便可得到噪声更低、精度更高的结果。图4清楚显示了其原理。获得16个位置测量结果,然后按由低到高的顺序排序。剔除四个最大测量结果和四个最小测量结果,以消除脉冲噪声;对剩余的八个采样值求平均值,以降低高斯噪声。这种方法还有一个额外好处,即可以降低所需的主机处理工作量和主机与触摸屏控制器的通信量。

图4. 中值和均值滤波

参考文献

Pratt, Susan. Ask The Applications Engineer—35, "Capacitance Sensors for Human Interfaces to Electronic Equipment." Analog Dialogue. Volume 40, Number 4. www.analog.com/library/analogdialogue/archives/40-10/cap_sensors.html.

Kearney, Paul. "The PDA Challenge—Met by the AD7873 Resistive-Touch-Screen Controller ADC." Analog Dialogue. Volume 35, Number 4. www.analog.com/library/analogdialogue/archives/35-04/touchscreen.

作者简介
Gareth Finn [gareth.finn@analog.com] 目前是爱尔兰利默里克ADI公司集成便携式产品部门的一名模拟设计工程师。1999年毕业于科克大学并获得电子工程学士学位之后,他曾作为一名设计师在爱尔兰科克S3公司消费电子产品部门工作五年,然后在德国慕尼黑TI公司混合信号汽车应用部门工作两年。他于2006年加入ADI公司发射信号处理部门。
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