【技术干货】工业触摸屏之电阻屏原理(连载)

发表时间:2022-06-01 11:30作者:武汉万象奥科

触摸屏作为嵌入式产品中常用的交互设备,具有交互直观,编程简易等特点,本系列文章将以多种角度分析如何选择合适的触摸屏方案及常见的故障解决方法,敬请关注连载文章。下文主题为:电阻屏的原理。


1.1基本原理


首先触摸屏属于输入设备,对于高效的系统而言,一个输入设备必须满足以下几点:

1. 中断触发机制,若一个设备不能引起中断,那么系统只能隔一段时间查询外设是否被触发,倘若两次查询间隔内状态发生改变,那么系统将丢失数据。

2. 能输出或被控制输出不同的数据,由算法或者硬件输出,这点在电阻屏中尤其重要。


1.2四线电阻屏


四线电阻屏的硬件构成如图1.1所示,对外接口为X轴的正负极x+、x-,Y轴的正负极y+、y-。X轴的两个电极分布在下层的两端,Y轴的两个电极分布在上层的另外两端,这样施加的电场可以相互垂直。

四线的屏硬件构造

图1.1 四线的屏硬件构造

当y+赋予正电压,y-赋予负电压,形成电场后,读取x+的电压,此时按压的x轴坐标即为。同理,赋予x+、x-正负电压,即可得到y轴坐标。

所以对于四线屏来说,需要满足ADC的四根线能控制输出电压,同时能采集电压数据。那如何解决中断呢?对于四线屏来说,只需将一面电极板如x+、x-均设置为低电平,y+作为感应触发引脚,当屏被按下时就会产生下降沿脉冲,此信号即为中断触发信号。


1.3五线电阻屏


五线电阻屏的硬件构成如所示,x、y轴的电极分布下层贴近玻璃基板,分布施加在四个电极点上,名为UR、UL、LR、LL,上层为活动电极层,负责采集点触点电压。

五线电阻屏构成

图1.2 五线电阻屏构成

这四个电极点通过输出不同的电平使整个底板在不同时刻产生不同方向的电场,交互垂直和水平电场即可采集x、y轴坐标值,电场关系如表1.1所示。在水平电场情况下,活动电极点出来的电压即为相对于水平方向的坐标值,同理垂直电场也是如此。

表1.1 五线屏电场形成情况

五线屏电场形成情况


1.4处理器的支持


本章节将从处理器角度,分析硬件是如何触发、如何产生电场、以及不同线制需要调整的配置。此处以Ti Cortex-A8 AM335x为例,此款处理器可支持4线、5线和8线(此款市面较少)电阻屏。

AM335x的触摸模组实际包含触摸模组与ADC模组,内部构造如图1.3所示。整个功能的核心部件由以下几部分组成:

• AN0~AN7:模拟量输入端口,AN0接四线屏时为XP,接五线屏时为UL,AN0~AN3具有XP、XN、YP、YN(四线屏功能引脚),UR、UL、LR、LL(五线屏功能);

• 电场选择功能开关:3个高电平的开关(YPPSW、XNPSW、XPPSW),4个低电平的开关(WPNSW、YNNSW、YPNSW、XNNSW)共7个开关。

• 中断触发器:Pen & IRQ Control选择触摸笔的输入引脚,只能选择AN0或AN4;

AM335x的触摸模组

图1.3 AM335x的触摸模组

四线屏的相关配置如表1.2所示,结合图1.3,当打开XPP开关后,AN0直连到VDDA,即AN0直连到ADC的电源正极,此时AN0就会输出高电平,同理AN1输出低电平,此时形成了正负电场,AN2作为采集点就可以顺利采集对应坐标。

表1.2 四线屏寄存器配置

四线屏寄存器配置

五线屏的相关配置如表1.3所示,五线屏需要在电极板上的四个角形成正负电场,且正负电场可以在水平和垂直的方向来回切换,故四个角采集X轴和Y轴时电平情况分别为(H,H),(H,L),(L,H),(L,L),结合图1.3,AN0为(H,H)点,AN1为(L,H)点,AN2为(H,L)点,AN3为(L,L)点,而AN4负责采集两个不同方向电场下的坐标数据。

表1.3 五线屏寄存器配置

五线屏寄存器配置


1.5扩展分析


上述只是基于AM335x平台,以下看一下NXP的i.MX6UL处理器自带的触摸模组的手册描述,如图1.4所示,于AM335x平台一样,i.MX6UL同样针对四线屏和五线屏,输出不同模式的电场模式。同理,对于其他平台,以此方法即可判断能否支持四线电阻屏、五线电阻屏。

i.MX6UL触摸模组信息

图1.4 i.MX6UL触摸模组信息


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