一種電感式觸摸屏控制器設計

摘要：在介紹電感式觸摸屏的結構及工作原理的基礎之上，設計了以HT460RB70單片機為控制核心的電感式觸摸屏控制器，該控制器采用CD4051電子開(kāi)關(guān)電路作為觸摸屏驅動(dòng)。電感式控制器觸摸檢測裝置采用后置的方式，避免了觸模過(guò)程中的機械損傷，延長(cháng)了觸模屏的壽命，同時(shí)具有低成本的優(yōu)點(diǎn)。該控制器的硬件電路及軟件部分已全部實(shí)現，實(shí)驗結果表明該控制器具有較好的穩定性，且適用溫度范圍廣。
關(guān)鍵詞：電感；觸摸屏；控制器；HT460RB70

引言
觸摸屏是目前最友好的計算機一用戶(hù)接口界面，在消費電子業(yè)的應用越來(lái)越廣泛。觸摸屏主要由兩部分組成：觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器。目前主流觸摸屏產(chǎn)品的觸摸檢測裝置都是采用前置的方式，在觸摸過(guò)程中會(huì )對檢測裝置的機械結構造成損壞，導致觸摸屏觸摸精度
下降、壽命縮短；此外，常用的電容、電阻式的觸摸屏的成本相對較高。本文設計了一種后置式電感式觸摸屏，避免觸摸過(guò)程中對觸摸檢測裝置的損壞，延長(cháng)觸摸屏產(chǎn)品的壽命，成本也相對較低。

1 電感式觸摸屏的工作原理
1．1 觸摸屏整體結構
電感式觸摸屏整體結構如圖1所示(需要特別說(shuō)明的是，電感式觸摸屏要用專(zhuān)用的觸摸筆來(lái)達到觸摸輸入的果，觸摸筆可以發(fā)出120～180 kHz頻率范圍內的信號，這里不詳細介紹觸摸筆的原理)。上面是LCD顯示器，下面是觸摸屏檢測裝置。觸摸檢測裝置通過(guò)FPC(Flexible Print ed Circuitboard，柔性印刷電路板)與觸摸屏控制器連接。由觸摸屏結構圖中可以看出，在利用觸摸屏輸入時(shí)，觸摸筆不與觸摸檢測裝置直接接觸，這樣避免了對觸摸檢測裝置的機械損壞，提高了整個(gè)觸摸控制系統的壽命。

1．2 觸摸檢測裝置結構
觸摸檢測裝置是由厚度為0.8 mm的軟性PCB(Printed Circuit Board)構成，在PCB內部鑲嵌著(zhù)兩層橫(Y軸)豎(X軸)垂直交叉的導線(xiàn)，每一組交叉的導線(xiàn)之間都是絕緣的；導線(xiàn)的一端接地，另一端通過(guò)FPC與觸摸屏控制器中模擬電子開(kāi)關(guān)CD4051的輸入端相連接。X、Y軸方向上的線(xiàn)圈數量根據顯示器的尺寸來(lái)確定。觸摸檢測裝置結構如圖2所示，該觸摸檢測裝置X軸方向由35個(gè)線(xiàn)圈、Y軸由30個(gè)線(xiàn)圈組成，適用于14英寸顯示屏使用。

1．3 觸摸屏坐標的確定方法
當用戶(hù)將觸摸筆接近檢測裝置時(shí)，檢測裝置會(huì )感應到信號，觸摸信號采用分時(shí)掃描的方式進(jìn)行檢測。如圖2右側是觸摸點(diǎn)P局部放大圖，假如觸摸到P點(diǎn)時(shí)，在xn、xn+1和Ym、Ym+1線(xiàn)圈上會(huì )感應到電磁信號，使得檢測端口的信號由零變?yōu)榉橇?。首先對X軸方向進(jìn)行掃描，通過(guò)模擬電子開(kāi)關(guān)掃描到Xn上的信號，由CD4051公共輸出引腳輸出到OUT端，再把信號經(jīng)放大濾波、電壓整流電路后傳送到MCU，由MCU完成A／D轉換，得到一個(gè)電壓值Vn；接著(zhù)掃描到Xn+1上的信號，同樣也經(jīng)過(guò)放大、濾波、整流后將信號發(fā)送到MCU進(jìn)行A／D轉換得到一個(gè)電壓值Vn+1。X軸方向上掃描完成后，再掃描Y軸，同理可以在Ym、Ym+1上檢測到兩個(gè)電壓值Vm、Vm+1，利用檢測到的4個(gè)電壓值Vn、Vn+1、Vm、Vm+1可計算出觸摸坐標，計算公式如下：

其中，Xn，Ym、Xn+1，Ym+1是已知坐標，△Vx、△Vy為已知常數，△Vx是觸摸筆在Xn軸上時(shí)Vn與Vn+1的差值，△Vy則是觸摸筆在Ym軸上時(shí)Vm與Vm+1的差值。