电阻触摸屏（精选5篇）
电阻触摸屏 篇1
0前言
触摸屏具有使用方便、反应速度快、坚固耐用、节省空间、易于交流等优点,越来越多地应用于医疗设备中。触摸屏在医疗仪器的运用,使得生硬复杂的仪器变得自然简单,给操作者带来诸多好处。然而触摸屏出现在上世纪九十年代,历史并不长,近十年才得以在国内普及,所以在生物医学工程专业教学中并未涉及。
1 仪器原理
电阻触摸屏主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏,这是一种多层的复合薄膜,它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层,表面涂有一层透明的金属氧化物(ITO)导电层,上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防划伤的塑料层(其内表面也涂有一层ITO涂层),在它们之间有许多细小的(大约1/1000英寸)透明间隔点把两层ITO导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时,平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触,因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场,使得侦测层的电压由零变为非零,控制器侦测到这个接通后,进行A/D转换,并将得到的电压值与5V相比即可得触摸点的Y轴坐标,同理得出X轴的坐标,这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。
2 仪器分类
电阻触摸屏根据引出线数多少,分为四线、五线、八线等多线电阻触摸屏。
由于五线电阻触摸屏的X和Y方向上的驱动电压均由下线路的ITO层产生,而上线路层仅仅扮演侦测电压探针的作用。即便上线路薄膜层被刮伤或损坏,触摸屏也能正常工作,所以五线电阻式触摸屏的使用寿命较长,在医疗仪器中较为常用。
3 常见故障及维修
3.1 故障现象一:触摸任何部位都无响应
故障处理:(1)首先检查各连接接口是否松动、连线是否有断点。(2)检查串口及中断号是否有冲突,若有冲突,应调整资源,避开冲突。例如某些网卡安装后默认的IRQ为3,与COM2的IRQ冲突,此时应将网卡的IRQ改用空闲未用的IRQ。(3)驱动程序出问题,可通过重新安装驱动程序解决。(4)观察控制盒上的指示灯是否工作正常,正常时,指示灯为绿色,并且闪烁。如为红灯或不亮则进一步检查控制盒或更换控制盒。
3.2 故障现象二:触摸偏差
故障处理:(1)在重新安装完驱动程序后,没有在校准时垂直触摸靶心正中位置,需重新校准。(2)用万用表测量触摸屏上的信号线是否接触不良或断路。查找断点,重新连接。(3)观察显示屏外壳是否压到电阻屏的触摸区域,或者是否有其他异物压到触摸区域。将压迫物去除后故障可解决。
3.3 故障现象三:触摸屏不敏感
故障处理:(1)由于使用时间长,金属氧化物(ITO)导电层之间的隔离点产生硬化,导致阻力增大,需要更换新屏。(2)触摸屏上有异物,这在脱水机中较为常见,操作者沾上石蜡后容易将未干的石蜡沾在触摸屏上导致触摸屏不敏感,清洁触摸屏后故障可解决。
参考文献
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高可靠电阻式触摸屏的研制 篇2
现代信息技术的发展,对具有良好人机界面的电阻、电容、红外、声表面波式等常规触摸屏技术,及色散信号式、内嵌式等触摸屏新技术[1,2,3,4,5,6,7,8,9]的应用,提供了广泛的市场机遇。各种触摸屏,受原理、结构、制作材料、工艺和市场应用水平等的限制,都各有利弊,有待提高和发展。
电阻式触摸屏由于具有:制作工艺成熟、成本低;工作面置于夹层中,防潮(水)、防尘、耐污染,适合恶劣环境工作;其分辨率可达4 096×4 096,支持手写输入等优点,仍是目前市场上不可替代的主流触摸屏。但传统的电阻式触摸屏,受制作工艺和材料的限制,在高温高湿等恶劣环境下长期工作易产生定位漂移、误操作,甚至失效等可靠性问题。为适应车、船、舰、机、工程施工等控制操作系统的需求,需开发新一代高可靠的电阻式触摸屏。
1 高可靠电阻式触摸屏的研制
1.1 研制目标
高可靠电阻式触摸屏针对高端信息、控制及多功能操控系统,允许在高温高湿等恶劣环境下长期使用。因此,其研制目标,首先要克服传统电阻式触摸屏,易产生定位漂移及误操作的弊端,具备比传统电阻式触摸屏更高的可靠性和更长的寿命;同时要具有高分辩率,支持手写输入。
1.2 研制方案
1.2.1 电阻式触摸屏的类型及特点
电阻式触摸屏分矩阵式(也叫数字式)、模拟式(也有叫类比式)二类。
对于矩阵式(N×M)触摸屏,其上基板有N条相互绝缘的透明电极,下基板在与上基板电极垂直方向有M条相互绝缘的透明电极,N+M条电极与控制器相连接,且上下基板电极用微隔子点阵隔离。当上基板受触摸时,相应点的上下基板电极导通,并被控制器检测到后,得到相应的位置信息。特点是:定位准确可靠,不存在线性偏差和定位漂移,不需要位置校准,可支持多点同时触摸定位。但分辨率较低,一般用于触摸位置固定的触控系统,不支持手写输入。
电阻模拟触摸屏的上下基板上的透明导电层是均匀连续的,一般边缘都制作了电极,中间有微隔子点阵。上基板被触摸时,在触摸点,上下基板的导电层就相互连接,控制器通过检测各电极引出线的电信号算出触点的位置。其特点是:分辩率高(一般能达到4 096×4 096),支持手写输入,不支持多点同时触摸定位。其基本形式有四线和五线二种,其它六线、八线等电阻式触摸屏都是从四线及五线触摸屏发展来的。电阻式触摸屏的工作面都处于上下基板之间,因此具有防潮(水)、防尘、防污染,适合在恶劣环境下工作的特点。
1.2.2 线性偏差与定位死区
沿电阻模拟触摸屏的某一方向(例如,X或Y方向)划平行直线,测试线性偏差时,如被测触摸屏工作面导电ITO层有损伤,划线测量线性偏差的图像会绕过损伤位置,使该位置附近相关区域A(见图1),成为一个检测不到,定位不了的定位“黑洞”或 定位“死区”。触摸A区,系统永无设定的关联功能响应,而直接触发“死区”邻近的系统相关功能,导致误操作。
1.2.3 五线屏的优势
电阻式触摸屏的PET聚脂膜,容易划破,损伤导电层。而PET上的ITO导电层也会因老化或长久使用受损。这对把PET膜作为一个工作面[1,2,3,4]的四线屏来说是致命的。同样PET膜的受损对矩阵式触摸屏,也可能是致命的。因为只要PET膜的划伤或老化,导致电极断开,就会使矩阵式触摸屏相应的行或列区域失去定位功能。但对五线式触摸屏来说,上基板PET膜只作为检测线,无论表面PET膜损伤多长,只要PET膜上触摸点与控制器有电信号通路,都能维持触摸屏正常工作,不会产生定位“死区”及相关的误操作。因此五线屏有寿命和可靠性方面的明显优势。
1.2.4 传统电阻式触摸屏的制作工艺及材料的局限性
传统电阻式触摸屏由于上基板采用PET 材料,其耐温一般在150°C左右,只能采用UV紫外固化或低温固化工艺及相关的制作材料。其缺点是:其电极电阻、电极与控制电路的连接点的电阻易随时间发生不可逆转的变化,出现明显的定位漂移,要经常校正。甚至于因长期在恶劣环境下使用,电极层劣化(例如,局部位置阻值突变),导致如图1中B区所示的边缘定位死区。为改变上述工艺缺点。目前可行方案如下:1.采用金属镀膜工艺;2.采用高温烧结工艺。但镀膜工艺制作成本大,工艺的批生产性差。而高温烧结工艺适合大批量生产。
1.2.5 方案的选定
综上所述,高可靠电阻式触摸屏,在功能上需具备手写功能;在寿命上要避免四线电阻式触摸屏的定位死区,具有更长寿命;在可靠性上,要克服传统电阻式触摸屏制作工艺及材料,因不耐恶劣环境带来的可靠性隐患,采用高温烧结工艺[10]制作的五线电阻式触摸屏,是一种具有可靠性优势及市场竞争力的可行方案。
1.3 高可靠触摸屏制作的主要工艺流程
高可靠触摸屏的制作工艺,采用了高温银浆和介质材料取代了传统低温材料,用高温烧结工艺取代了低温固化或紫外固化工艺,其主要流程与传统工艺[2]的比较如图2所示。
与传统工艺相比,新工艺具有以下特点:
由于制作材料的变化,新工艺中用高温烧结取代了传统的旧工艺中的低温固化或紫外(UV)固化工艺,可靠性提高,但工艺时间会成倍增加。
新工艺中所有图形制作工艺都在下基板上完成, 最上面的PET膜上,没有任何图形制作工艺。传统工艺中(如图2(b)),与虚线工序相应的上层电极和介质的制作通常都放在PET膜上完成。PET膜上的图形制作工艺需专门的设备或专用工艺线,有不同于玻璃基板的特殊工艺要求。相对而言,玻璃基板上的图形制作更容易。
新工艺中无光刻工艺,传统工艺中玻璃基板和PET膜上通常要进行一道光刻工艺。因此新工艺可节省相应的设备和工艺时间。
新工艺中,电极引出线与控制电路的柔性带采用各向异性导电胶热压,比传统工艺中用导电胶粘结可靠性高。
1.4 高可靠触摸屏制作的技术难题
1.4.1 底层电极线性化设计
底层电极线性化设计,要求触摸屏在工作状态下,有效触摸区的电压等位线最大限度地平行于X或Y方向。等位线的线性度越好,划线测试时的线性偏差就越小,底层电极的线性度就越高。
电极线性测试图例如图3所示。理论上,四线电阻式触摸屏(通过四点校正后)线性度可达100%,但五线电阻式触摸屏,由于同电位的二个引出线间的电极上存在一定压降,故一般沿其边缘画直线得到的定位线(同样经四点校正后),一般是一条向里弯曲的(如图3a)曲线,边缘线性度比中间差。对五线电阻式触摸屏,如中心大部分面积的线性偏差小于1%,其余边缘部分的线性偏差,会到1.5%、2%、甚至3%。图3(b)中,底层电极经优化设计,故其最
大线性偏差(包括边缘部分)不大于1%。
五线电阻式触摸屏的底层电极的线性度与相应边电极引出线间的电阻及ITO导电层的方阻有关,还与引出线电阻及电极的电阻分布有关。图3(c)、图3(d),是底层电极线性校正不足、或校正过量的实例。图3(e),图3(f)分别是引出线电阻失配和引出线间电极电阻突变导致线性偏差实例。在用低温工艺制作的传统五线触摸屏中,当电极或引出线的电阻因电极变性产生了不可逆转的阻值变化时,会出现图3(e),图3(f)中类似的现象。
采用高温烧结工艺,ITO层的方阻会发生变化。烧结进程中ITO方阻的变化与烧结温度、时间、气份等因素密切相关。对高温材料的通常烧结程序(高温560°C,保温约0.5 h,通气)经一次烧结,ITO层的方阻变化可达200%～400%,其变化率随时间和次数的增加而减小。对五线电阻式触摸屏,ITO导电层方阻不能过大,一般要求ITO导电层方阻在400～600 Ω之间,电极引出线间的电阻在50～200 Ω之间。因此,高温烧结工艺的电极线性化设计,比常规工艺更复杂。
1.4.2 烧结工艺的稳定性控制
高温烧结不仅会导致ITO方阻变化,而且烧结还会产生玻璃形变,烧结过程会引起外部杂质与玻璃的结合,产生定位“黑洞”。因此烧结工艺除了要对烧结过程实行程序化控制,还要对烧结过程中气室的洁净度、气份与气量进行稳定控制,并对烧结程序进行优化。烧结工艺的稳定性控制是高可靠触摸屏制作中,保证批量产品性能一致性和稳定性的前提。
1.5 关键技术
1.5.1 集成化烧结技术[11]
按图2中的工艺要求,电极和介质至少要经过四次烧结,每次烧结从升温到充分冷却约需要8 h,这不仅影响量产效率,也不利于底层电极性线化设计和线性度的稳定性控制。集成化的烧结技术,通过一到二次烧结,来完成整个下基板的制作工艺。其典型流程见图4。与图2中的高温烧结工艺相比,集成化烧结技术可节省40%～75%的工艺制作时间,但要解决电极的可靠绝缘等技术难题。电极(尤其是上下层电极之间)绝缘不良,会导致产生定位飞线等可靠性问题。
1.5.2 底层电极线性化设计技术
用相关的专利技术[12,13],结合烧结工艺中基板ITO方阻的变化,通过调整基板玻璃方阻、电极的图形间隙、电阻变化等设计参数,来优化电极的性线度。图5是一例应用了变宽电极等相关技术的经过优化设计的底层电极图形。
1.5.3 精密图形的印刷技术
触摸屏的精密图形印刷技术包括电极、隔子点阵等图形印刷控制技术。其中底层电极的印刷精度会直接影响产品的线性度;隔子点阵的印刷结果会影响触摸灵敏度;而集成化烧结中,底层电极上面介质与电极图形的印刷会对绝缘可靠性等产生直接影响。精密图形印刷,要求对印刷压力、丝径网孔、印刷次数、成形厚度、对位精度等进行优化。
1.5.4 温漂控制技术[14]
高温烧结工艺,并不能避免电极的电阻随环境温度变化及控制电路元器件特性随温度的变化带来的定位漂移。对定位取样数据信号进行如下的温度校正:
校正后,可保证在工作温度范围内和要求的定位精度内,定位坐标不随环境温度变化。其中D为校正后的取样数据,t为温度(°C),A,B,C为校正系数。实际应用中,可根据定位精度和工作温度范围,决定是否选用温度t的二次修正。图6中,X、X0对应用高温工艺研制的45.7 cm(18英寸)触摸屏中某一点的触摸定位数据在温度修正前后,随温度的变化曲线。
2 高可靠触摸屏的系列化产品及优越性
用高温烧结新工艺研制的从6.4～45.7 cm(2.5～18英寸)的CMP-DZ系列化高可靠五线电阻式触摸屏产品,其常规工作温度范围为-20°C～+70°C,宽温型的工作温度范围可达到达-45°C～+80°C。湿热、振动试验满足国军标相关要求。并具有以下明显的优越性:电极图形经过了高温烧结,又受高温烧结介质层的保护,阻值不会随时间和环境的影响而产生不可逆转的变化,避免了传统低温工艺制作的触摸屏因电极劣化发生的定位漂移和失效;高温烧结可提高ITO层方阻均匀性,而ITO方阻均匀性的提高,可提高触摸屏产品的线性度、定位精度和可靠性;高温烧结的电极引出端,可直接用各向异性导电胶与柔性带热压,抗拉强度优于传统工艺,可靠性高;经过温度校正后,在使用温度范围内,定位坐标不会随温度变化(包括可逆和不可逆的变化),实现真正的产品随环境变化,定位操作无漂移(如图6中X0曲线)。
3 结 论
用高温工艺制作的五线电阻式触摸屏,不仅可避免因PET膜损伤带来的定位死区和相应误操作,而且避免了传统低温工艺制作的触摸屏因电极劣化发生的定位漂移和失效。底层电极稳定性和ITO层方阻均匀性的提高,电极引出端采用的各向异性导电胶与柔性带的热压工艺,使其比传统工艺的触摸屏,具有更高的可靠性和更长的使用寿命。可实现长期工作(并在较宽的温度范围内工作)无漂移。
电阻触摸屏 篇3
触摸屏作为智能仪器、仪表的输入设备,是具有简单、方便、自然的人机交互方式。按照工作原理和传输信息介质的不同,触摸屏主要分为电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏及表面声波触摸屏4类。电阻式触摸屏对外完全隔离,不怕油污、灰尘、水,经济性很好,适应于各种领域,其产品在触摸屏产品中占90%的市场份额。现介绍电阻式触摸屏的结构及接口设计。
1 电阻式触摸屏的结构
电阻式触摸屏的检测部件是一块与显示器表面紧密配合的多层复合薄膜[1,2],由一层玻璃或有机玻璃作为基层,表面涂有一层阻性导体层(如铟锡氧化物ITO),上面再盖有一层外表面被硬化处理、光滑防刮的塑料层,塑料层的内表面也涂有一层阻性导体层。在两导体层之间有一层具有许多细小隔离点的隔离层,把两导体层隔开绝缘,如图1所示。当手指触摸屏幕时,两导体层在触摸点位置产生了接触,控制器检测到这个接通点后计算出X,Y坐标,这就是电阻式触摸屏的检测原理。
电阻式触摸屏根据引出线数的多少,分为4~8线等多种结构。4线电阻触摸屏最具代表性,其检测原理如图2所示。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ITO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ITO层的两电极X+,X-上分别加VREF,0 V电压,使内ITO层上形成了从0~VREF的电压梯度,触摸点至X-端的电压为该两端电阻对VREF的分压,分压值代表了触摸点在X方向的位置,然后将外ITO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VREF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VREF,0 V电压,而将内ITO层的一个电极(X-)悬空,从另一电极(X+)上取出触摸点在Y方向的分压[3]。
2 ADS7846的特性
2.1 基本特性
ADS7846是美国BB公司推出的新一代4线制触摸屏控制器,他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[4,5]。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,其工作方式可由控制字决定,片内的6选1模拟多路开关可根据微控制器送来的命令字选择6个电压量之一(X+,Y+,Y-,VBAT,TEMP,AUX-IN),并将其送入A/D转换器转换,然后再通过SPI接口将转换值送入微控制器。ADS7846还集成有触摸识别电路,当检测到有触摸时,该电路会在
2.2 引脚功能
ADS7846的引脚排列如图3所示,引脚功能见表1。
2.3 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的控制字如下:
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A2A1A0=001时,采集Y坐标信号;当A2A1A0=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。
PD1,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。
2.4 转换时序
ADS7846的转换时序如图4所示。一次完整的电极电压切换和A/D转换,需要ADS7846和微处理器进行3次串行数据传送,每次传送需要8个时钟[6]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。
2.5 触摸坐标计算
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[7],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240×160点阵)相对应。因此校正后的X,Y坐标计算公式为:
式中:Xmax,Xmin为X位置电压转换结果的最大、最小值;Ymax,Ymin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。
3 触摸屏与微机的接口
3.1 接口电路
应用ADS7846实现触摸屏与单片机80C55的接口电路如图5所示[8,9,10],触摸屏的X+,X-,Y+,Y-分别与ADS7846的相应端连接,当控制字中A2A1A0=001时,通过片内模拟开关的切换,将X+ 接电源VCC,X-接地,将Y+与Y- 端以差动形式接到A/D转换器的输入端,A/D转换器的结果就是Y位置电压。类似当控制字中A2A1A0=101时,A/D转换器的结果就是X位置电压。单片机与 ADS7846间的数据传送采用串行通信方式时,由于单片机串口方式1~3为异部通信方式,与 ADS7846的时序不相配;串口方式0为移存器方式, 虽然与ADS7846时序可以配合,但串口数据输入/输出使用同一端子RXD(TXD为同步脉冲输出端),ADS7846数据输入/输出采用不同端子DIN,DOUT。为了实现正确的数据双向传送,设计了双向数据芯片GAL,该芯片的功能是当E=0时,数据传送方向为Y到A;当E=1时,传送方向为B到Y。ADS7846的笔中断信号
3.2 接口程序
当触摸触摸屏时,ADS7846中断信号
4 结 语
设计的触摸屏接口电路具有下列优点:通过增加双向传输GAL芯片,解决了51系列单片机与触摸屏控制器ADS7846的串行通信问题;通过对触摸点位置电压进行校正,获得了正确的触摸坐标;接口电路易于实现,实用性强。
摘要：分析了电阻式触摸屏的结构,确定了触摸点坐标校正的方法。针对51系列单片机与触摸屏控制器ADS7846串行通信时,单片机串口方式13与ADS7846时序不相配,而方式0虽然与ADS7846时序相配,但输入/输出端数不相配。为此,提出了在单片机串口方式0的基础上增加双向传输GAL芯片,并据此设计了触摸屏接口电路及软件。分析和实验表明,这种接口系统能够正确获得触摸点坐标,电路简化且易于实现,实用性强。
关键词：电阻式触摸屏,触摸屏控制器,触摸点坐标,接口电路,串行通信
参考文献
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电阻触摸屏 篇4
触摸屏必须与LCD液晶显示屏合在一起使用才有意义,将触摸屏放在LCD上,点击触摸屏就等于点击LCD了,可以将LCD上被点击的位置激活从而产生相应的响应。
在生产触摸产品时,在将触摸屏与LCD合在一起的安装过程中,总会存在一些不精确的操作,使得触摸屏与LCD不能完全吻合(机械偏差),或者在用户使用过程中,由于某些原因,使得触摸屏与LCD产生了机械偏差,两者之间产生平移了或者成一定角度了。偏差导致用户点击的位置与所要产生的响应经常不能一致,如图1所示的一种夸张的机械偏差示意图,点PD代表LCD上有响应的点,点P代表机械偏差后在触摸屏上要点击的点,也即必须点击P点的位置才能让LCD上的PD有响应,这显然不是用户所希望的。这时要么重新将触摸屏与LCD对准,要么进行触摸屏的校准,而采用一键校准的操作显得更加方便和简捷或者有时候并不方便采取相应的方法将两者在物体位置上重新对准。所谓的校准也就是即使触摸屏与LCD屏平移和/或旋转了,通过校准后,仍能精确地点击屏上的点而产生响应。
1 系统框图及硬件设计
系统框图如图2所示。系统由单片机模块,触摸屏模块及LCD模块三部分构成。单片机模块包括主芯片C8051F040及其它的一些外围辅助电路。
C8051F040芯片是由Cygnal集成产品公司生产设计的混合信号系统级芯片(SoC),具有与MCS-51指令集完全兼容的高速CIP-51内核;峰值速度可达25MIPS,在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件,具有大容量的可在系统(ISP)和在应用(IAP)编程的FLASH存储器。同时,C8051F单片机与MSC-51指令集完全兼容,方便用户编程应用[1]。
VCC模块是采用LM1117芯片通过5V电源转换成3.3V电源供给C8051F040使用。
JTAG接口是用户程序下载口,利用C8051芯片的TMS,TCK,TDI,TDO四个接口与10针的接头相连,通过USB转换器与电脑相连,在电脑上编写的程序可以方便地下载到C8051F040中。
晶振采用22.1184MHz的振源,与单片机的XTAL1和XTAL2相连,供给单片机工作时钟。
触摸屏和LCD模块均使用的是单片机的固定I/O口,其中触摸屏模块利用AD7843芯片[2]驱动3.5寸的四线式电阻触摸屏,AD7843的DCLK、CS、DIN、BUSY、DOUT和PENTRQ与单片机的P1.0～P1.5相连,AD7843的X+、X-、Y+和Y-四个引脚与四线式触摸屏相连;LCD模块利用11个I/O与单片机相连,其中DB0-DB7与单片机的P2.0～P2.7相连,CS、RS和WR与P3.4～P3.6相连[3,4]。
2 “三点法”校准的基本原理
2.1 校准算法介绍
触摸屏与LCD之间的机械偏差会导致错误点击或点击不中。
为了容易理解,先分析LCD和触摸屏的左下角在同一点的情况,仅仅是触摸屏绕着该点旋转了一个小角度,如图1所示。分析时,可以以LCD的左下角为坐标原点,将LCD定义为XOY坐标系。
如图1,在坐标系XOY中,点PD是LCD上的点,P是旋转后的触摸屏上的对应点,也即点击P点可以让PD点产生响应。设点PD的坐标为(XD,YD),其与原点O的距离为RD,设P点的坐标为(X,Y),其与O点的距离为R。
由图1可得如下关系式:
θD=θ-θq
PD=(XD,YD)=(RDcosθD,RDsinθD)=
(RDcos(θ-θq),RDsin(θ-θq)) (1)
若θq比较小,也即触摸屏只与LCD有一个小角度(小于15度)的旋转偏差。则有:
sinθq=θq,cosθq=1
代入式(1)有:PD=(RD(cosθ+θq·sinθ),RD(sinθ-θq·cosθ))
故有:XD=RDcosθ+θqRDsinθ,
YD=RDsinθ-θqRDcosθ
触摸屏和LCD屏所用的尺寸虽然都是3.5寸,但是分辨率不一样,比如触摸屏的分辨率为2048*2048,而LCD的分辨率为320*240,这样导致的结果是空间上相同长度的线段(比如5cm的线段)在触摸屏上和在LCD上代表的长度是不一样的。可设:
X方向上:RD=KXR
Y方向上:RD=KYR(其中KX, KY是某一常系数,与触摸屏和LCD屏的分辨率有关)
则根据XD=RDcosθ+θqRDsinθ,
YD=RDsinθ-θqRDcosθ可以有:
XD=KXRcosθ+θqKXRsinθ,
YD=KYRsinθ-θqKYR cosθ
又因为P=(X,Y)=(Rcosθ,Rsinθ)
所以 XD=KXX+θqKXY
YD=-θqKYX+KYY
可设:A=KX,B=θqKX,D=-θqKY,E=KY
于是:XD=AX+BY,YD=DX+EY (2)
上文分析的只是触摸屏与LCD屏在同一原点下有个小角度的旋转的情况,对于在旋转基础上再加上有平移的情况,设在X方向上平移了C距离,在Y方向上平移了F距离,根据坐标平移的原理,式(2)可以变换成如下:
XD=AX+BY+C
YD=DX+EY+F (3)
式(3)中,(X,Y)是触摸屏上的坐标,(XD,YD)是LCD上的坐标。
2.2 校准算法验证
由式(3)可以看出, XD与(X,Y)之间存在A,B,C三个未知变量, YD与(X,Y)之间存在D,E,F三个未知变量。 因此只需点击LCD上事先设定好的三个(XD,YD)点,在触摸屏得到三组(X,Y)点,即可解出A～F的值,也即知道触摸屏与LCD之间的坐标关系,以此即可校准触摸屏。
设在LCD上事先设定的三个比较分开的点为:(XD1,YD1),(XD2,YD2),(XD3,YD3), 透过触摸屏点击这三个点得到的触摸屏上的坐标点分别对应为(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3)。
于是得到关系方程组:
XD1=AX1+BY1+C
YD1=DX1+EY1+F
XD2=AX2+BY2+C
YD2=DX2+EY2+F
XD3=AX3+BY3+C
YD3=DX3+EY3+F
解上面的六元一次方程组,即可得到A～F的值。当A～F的值已知时,式(3)也就确定了,产生机械偏差后的触摸屏与LCD之间就有了明确的关系。
当透过触摸屏点击LCD上未知某处时,通过得到的触摸屏(X,Y)点代入式(3)即可解出LCD上精确对应的点(XD,YD),让该处产生响应。
3 软件实现
基于C8051F040单片机的触摸屏校准程序,采用的新华龙电子有限公司Silicon Labs IDE软件,它是一套完整的软件程序设计软件,提供了用于开发和测试项目的所有工具。使用Silicon Labs IDE编译、链接和运行程序时,必须提前在电脑里安装完整版Keil 8051工具,在Tool Chain Integration对话框中为Keil 8051工具重新设置路径。
在Silicon Labs IDE工具中编写C8051F040的外围程序,首先让C8051F040能够工作,同时识别LCD和触摸屏,并能在LCD上写数据,能够识别触摸屏上的触点坐标[5,6]。在此基础上,再编写触摸屏的校准程序,流程图如图3所示。
4 结束语
本文主要基于C8051F040单片机,设计了在此单片机上如何进行四线式触摸屏和LCD屏的硬件连接,分析了基于此硬件系统的触摸屏校准程序的算法实现及软件编写。实验发现,该方法能够较好地针对触摸屏与LCD屏之间存在旋转偏差角度小于15度的系统进行一键校准,校准后的系统能够达到点击后精确响应的用户要求。
摘要：基于C8051F040单片机,详细讲述了四线式电阻触摸屏与单片机的电路连接及基于此硬件系统的“三点法”校准触摸屏的方法。系统分为单片机模块,LCD显示模块及四线式电阻触摸屏模块。在安装或使用过程中LCD与触摸屏之间容易产生较小的机械偏差,利用程序校准后的系统能够较好地显示触摸的内容。
关键词：C8051F040,触摸屏,三点法,校准
参考文献
[1]潘琢金.C8051F单片机应用解析[M].北京航空航天大学出版社,2002.
[2]ADS7843 Datasheet[Z].BURR-BROWN.1998.
[3]胡冰.ADS7843触摸屏接口[Z].解放军信息工程大学,2002.
[4]周超.基于W77E58的LCD控制及触摸屏接口设计[M].武汉大学,2009.
[5]黄彬.基于单片机的液晶触摸屏控制系统[Z].江苏科技大学,2005.
电阻触摸屏 篇5
1 测试原理
国际发光照明委员会(CIE)规定红、绿、蓝三基色光的波长分别为700.0 nm、546.1 nm、435.8 nm。与光谱每一波长为λ的等能光谱色对应的红、绿、蓝三基色数量,称为光谱三刺激值。
根据兰伯-比尔定律测量在光通过不同电压驱动下样品的电光光谱特性。
其中,A(λ)为吸光度;I为投射光强;T(λ)为透射率;I0为入射光强[10,11]。
2 测试方法
采用与计算机相连的UV-Vis8500型双光束紫外/可见分光光度计测试三基色在不同电压下的透射率,其波长范围为190～1 100 nm,波长调节量为0.1nm。结果只能代表相对透射光谱。
测试采用的样品由汕头超声仪器有限公司提供。分别测试了液晶光阀(液晶屏)、液晶光阀叠加彩色膜(彩色液晶屏)、液晶光阀叠加电阻屏(黑白电阻触摸屏)、液晶光阀叠加彩色膜以及电阻屏(彩色电阻触摸屏)四种样品的电光特性。测量温度为25℃,选定可见光波长(400～800 nm)测试,波长调节量选1.0 nm。利用DF1028B低频信号发生器对液晶器件施加频率在100 Hz,占空比为50%的交流方波信号,改变电压的大小分别测出了样品在不同电压驱动下的电光特性曲线,电压调节量为0.1 V。测量过程中用数字万用表测电压的有效值[12,13]。
3 结果分析
3.1 液晶光阀的三基色电光特性
在电压驱动方式下,频率为100 Hz,测得不同电压下液晶光阀的电光特性如图1。
从图1中选取R(700.0 nm),G(546.1 nm),B(435.8 nm)这三种波长不同电压下液晶光阀的透射率,得到三基色透射率随电压变化关系曲线,如图2所示。
从图2中可以看到,蓝基色和绿基色的透射率变化趋势基本一致,红基色透射率变化与蓝、绿两种基色不同,其透射率在4.5～5.0 V区间不断增大;在大约5.2 V时,三基色的透射率开始下降,其中红基色透射率下降最快,绿基色随电压增大透射率降低速度比蓝基色快。
以绿基色为基准,得到不同电压下液晶对三基色透射率的差值图,如图3所示,其中△T为绿基色与其他两种基色透射率的差值。
BG为蓝光(435.8 nm)的透射率与绿光(546.1nm)的透射率的差值;RG为红光(700.0 nm)的透射率与绿光(546.1 nm)的透射率的差值;GG为透射率差值为零的直线。
由图3可以更明显地看出随着电压变化,各基色的透射率变化是不一致的。从4.5～4.8 V之间,红绿基色透射率差值持续增大,5.0 V之后开始降低,5.3 V时降低至最小值0,之后重新增大,5.7 V时增至最大值7%。蓝绿基色透射率差值在5.0 V之前达到最大值7%左右,5.6 V时降低至最小值0。5.8～7.0 V之间,蓝绿基色和红绿基色的透射率差值逐渐减小趋于稳定。
3.2 彩色液晶光阀三基色电光特性
同样在电压驱动方式下,频率为100 Hz,测得不同电压下彩色液晶光阀的电光特性如图4。
同理,从图4中选取R(700.0 nm),G(546.1 nm),B(435.8 nm)这三种波长不同电压下的透射率,得到三基色透射率随电压变化关系曲线,如图5所示。
从图5中可以看到,蓝基色和绿基色的透射率变化趋势基本一致,红基色透射率变化与蓝、绿两种基色不同,其透射率在大约5.2 V时突然增大,之后开始下降;在大约5.5 V时,绿基色和蓝基色的透射率开始下降,其中绿基色透射率下降比蓝基色更快。
以绿基色为基准,得到不同电压下液晶对三基色透射率的差值图,如图6所示,其中△T为绿基色与其他两种基色透射率的差值。
由图6可以明显地看出随着电压变化,各基色的透射率变化是不一致的。蓝绿基色透射率的差值在5.0 V之前达到最大值1.8%,5.4 V之后开始降低,5.9V时降低至最小值0,之后有微弱上升。在4.5～5.2 V之间,红绿基色透射率的差值急剧上升,5.3 V时上升至最大值3.7%,5.3 V之后开始降低,5.8 V时降低至最小值0,之后有微弱上升,基本维持恒定。
3.3 黑白电阻触摸屏的三基色电光特性
在电压驱动方式下,频率为100 Hz,测得不同电压下黑白电阻触摸屏的电光显示特性如图7。
同理,从图7中选取R(700.0 nm),G(546.1 nm),B(435.8 nm)这三种波长不同电压下的透射率,得到三基色透射率随电压变化关系曲线,如图8所示。
从图8中可以看出,蓝基色和绿基色的透射率变化趋势基本一致,红基色透射率变化与蓝、绿两种基色不同。红基色透射率在4.5～5.4 V区间缓慢增大,5.4 V时增大至最大值47%,之后急剧降低;绿基色和蓝基色的透射率在5.5 V之前基本维持恒定。在大约5.6 V时,绿基色和蓝基色的透射率开始下降,其中绿基色透射率下降速度较蓝基色快。
以绿基色为基准,得到不同电压下液晶对三基色透射率的差值图,如图9所示,其中△T为绿基色与其他两种基色透射率的差值。
由图9可以明显地看出,随着电压变化,各基色的透射率变化是不一致的。红绿基色透射率的差值在4.7 V左右开始上升,5.3 V时达到最大值9%,之后重新降低,5.7 V时降低至最小值0,之后基本维持恒定。蓝绿基色透射率的差值在5.5 V之前达到最大值12%,之后开始降低,6.1 V时降低至最小值0,之后基本维持不变。
3.4 彩色电阻触摸屏三基色电光特性
同样地,在电压驱动方式下,频率为100 Hz,测得不同电压下彩色电阻触摸屏的电光特性如图10所示。
同理,从图10中选取R(700.0 nm),G(546.1 nm),B(435.8 nm)这三种波长不同电压下的透射率,得到三基色透射率随电压变化关系曲线,如图11所示。
从图11中可以看到,蓝基色和绿基色的透射率变化趋势基本一致,红基色透射率变化与蓝、绿两种基色不同,其透射率在4.5～5.0 V之间缓慢上升,5.0 V时增大至最大值11%,之后急剧降低;在大约5.3 V时,蓝基色和绿基色的透射率开始下降,其中绿基色透射率下降速度较蓝基色快。
以绿基色为基准,得到不同电压下液晶对三基色透射率的差值图,如图12所示,其中△T为绿基色与其他两种基色透射率的差值。
从图12可以明显地看出,随着电压的增大,三基色透射率的差值变化显著不一致。在4.5～5.0 V区间,红绿基色透射率的差值急剧增大,5.0 V时增大至最大值4.0%,5.0 V之后开始降低,5.9 V左右降低至最小值0,之后基本维持恒定。蓝绿基色透射率的差值在5.3 V之前达到最大值2.3%,5.2 V之后开始降低,6.0 V时降低至最小值0,之后基本维持恒定。
4 结论