嵌入式系统中的触摸屏及其控制

在便携式的电子类产品中，触摸屏由于其轻便、占用空间少、方便灵活等优点，已经逐渐取代键盘成为嵌入式计算机系统的输入设备。基于触摸屏的输入系统实际上是由触摸屏、触摸屏控制器、微控制器及其相应软件构成的，本文从系统的硬件组成入手，分析整个系统的硬软件原理及其实现方法。

系统组成原理

触摸屏输入系统由触摸屏、触摸屏控制器和微控制器三部分组成。一个实际的触摸屏输入系统，在该系统中触摸屏采用信利来公司的四线电阻式触摸屏，触摸屏控制器。

触摸屏的触摸示意图

1. 触摸屏原理触摸屏附着在显示器的表面，与显示器相配合使用，如果能测量出触摸点在屏幕上的坐标位置，则可根据显示屏上对应坐标点的显示内容或图符获知触摸者的意图。触摸屏按其技术原理可分为五类：矢量压力传感式、电阻式、电容式、红外线式、表面声波式，其中电阻式触摸屏在嵌入式系统中用的较多。电阻触摸屏是一块4层的透明的复合薄膜屏，如图2所示，下面是玻璃或有机玻璃构成的基层，上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层，中间是两层金属导电层，分别在基层之上和塑料层内表面，在两导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开。当手指触摸屏幕时，两导电层在触摸点处接触。
触摸屏的两个金属导电层是触摸屏的两个工作面，在每个工作面的两端各涂有一条银胶，称为该工作面的一对电极，若在一个工作面的电极对上施加电压，则在该工作面上就会形成均匀连续的平行电压分布。如图1所示，当在X方向的电极对上施加一确定的电压，而Y方向电极对上不加电压时，在X平行电压场中，触点处的电压值可以在Y+(或Y-)电极上反映出来，通过测量Y+电极对地的电压大小，便可得知触点的X坐标值。同理，当在Y电极对上加电压，而X电极对上不加电压时，通过测量X+电极的电压，便可得知触点的Y坐标。电阻式触摸屏有四线和五线两种。四线式触摸屏的X工作面和Y工作面分别加在两个导电层上，共有四根引出线，分别连到触摸屏的X电极对和Y电极对上。五线式触摸屏把X工作面和Y工作面都加在玻璃基层的导电涂层上，但工作时，仍是分时加电压的，即让两个方向的电压场分时工作在同一工作面上，而外导电层则仅仅用来充当导体和电压测量电极。因此，五线式触摸屏的引出线需为5根。

触摸屏控制器的工作原理

各种类型的触摸屏均有其相应的控制器，四线式触摸屏控制器，五线式触摸屏控制器。控制器的主要功能是分时向X、Y电极对施加电压，并把测量电极上的电压信号转换为相应触摸点的X、Y坐标。

1) 操作原理

四线式触摸屏的控制器内部有一个由多个模拟开关组成的供电-测量电路网络和12位的A/D转换器。五线式触摸屏控制器根据微控制器发来的不同测量命令导通不同的模拟开关，以便向工作面电极对提供电压，并把相应测量电极上的触点坐标位置所对应的电压模拟量引入A/D转换器。在触摸点X、Y坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等效电路。