基于A(yíng)DS7846在線(xiàn)動(dòng)態(tài)簽名認證系統

2004年8月A版

摘  要：本文著(zhù)重介紹如何利用AT89S51、觸摸屏和觸摸屏控制器ADS7846實(shí)現在線(xiàn)動(dòng)態(tài)簽名的三維數據采集和預處理。

關(guān)鍵詞：觸摸屏；ADS7846；壓力測量；數據采集；預處理

　　由于觸摸屏輸入方便，輕薄便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，現在越來(lái)越多的電子產(chǎn)品用觸摸屏作為人機界面的輸入設備。在動(dòng)態(tài)簽名認證中，亦采用觸摸屏作為輸入設備對筆跡進(jìn)行數據采集。

　　系統主要由四線(xiàn)電阻式觸摸屏，觸摸屏控制器ADS7846,單片機89S51組成。系統框圖如圖1所示。

四線(xiàn)電阻式觸摸屏

　　電阻觸摸屏是采用電阻模擬量技術(shù)。它以一層玻璃作為基層，上面涂有一層透明氧化金屬(ITO氧化銦)導電層，上面再蓋有一層玻璃或是外表面硬化處理的光滑的塑料層，它的內表面也涂有一層ITO導電層，他們之間有許多細小的的透明隔離點(diǎn)把兩導電層隔開(kāi)絕緣，每當有筆或是手指按下時(shí)，兩導電層就相互接觸，從而形成了回路(圖2)。

　　導電層的兩端都涂有一條銀膠，稱(chēng)為該工作面的一對電極，上下兩個(gè)導電層一個(gè)是水平方向，一個(gè)是豎直方向，分別用來(lái)測量X和Y的坐標位置，在水平面上的電極稱(chēng)為X+電極和X-電極，在豎直平面的電極稱(chēng)為Y+電極和Y-電極。工作時(shí)，兩個(gè)電極根據測量需要提供參考電壓或是作為測量端對接觸點(diǎn)的位置進(jìn)行測量，當測量接觸點(diǎn)X坐標的時(shí)候，導電層上的X+電極和X-電極分別接上參考電壓和地，Y電極不加電壓，那么X電極間會(huì )形成均勻的電壓分布，用Y+電極作為測量點(diǎn)，得到的電壓值通過(guò)A/D轉換，就可對應的判斷出接觸點(diǎn)的X坐標。Y坐標亦是類(lèi)似，只需改成對Y電極加電壓而X電極不加電壓即可。

　　測量觸摸的壓力的原理是和ITO(氧化銦)材料的自身特性有關(guān)， ITO導電膜的電導率公式為r=r0(1+l0/d)，其中d為導電膜的厚度，所以ITO電導率和ITO導電膜的厚度成反比，所以當觸摸的壓力越大，接觸點(diǎn)的ITO導電膜就越薄，所以相應的電導率就大，電阻就越小，所以，觸摸壓力的測量實(shí)質(zhì)是測量接觸ITO導電膜的電阻值。    

ADS7846與AT89S51的通信

　　ADS7846是BURN-BROWN公司生產(chǎn)的專(zhuān)門(mén)用于四線(xiàn)電阻觸摸屏數模轉換芯片。內部有一個(gè)多通道的模擬開(kāi)關(guān)組成的測量電路網(wǎng)絡(luò )和12位的A/D轉換器。工作時(shí)，7846根據數據輸入口DIN收到不同的命令字打開(kāi)相應的開(kāi)關(guān)通道，并接受返回的模擬電壓，通過(guò)A/D轉換得出對應的數字量，再通過(guò)DOUT傳回單片機。

　　AT89S51是ATMEL公司新推出的89C51的升級產(chǎn)品。

　　AT89S51與ADS7846的通信主要通過(guò)單片機的I/O口與7846的CLK、CS、DOUT、DIN、BUSY五個(gè)引腳進(jìn)行。當系統工作時(shí)，單片機首先通過(guò)片選信號選中7846，再通過(guò)DIN向7846發(fā)送命令控制字數據，并通過(guò)CLK引腳配以相應的時(shí)序脈沖，當BUSY位被置位后就通過(guò)DOUT數據輸出口獲取12位轉換結果。

　　由于要求系統能采集包括X坐標、Y坐標和壓力在內的三維數據，所以，先送打開(kāi)測量X通道的命令字，返回得到的數字值即為X坐標，再送打開(kāi)測量Y通道的命令字，得到的值為Y坐標。再依次得到Z1，Z2的值，通過(guò)轉換公式

　　RTOUCH

　　就可計算出RTOUCH也就是壓力Z的值(其中RX-plant是x軸電阻值大小，跟觸摸屏的性能參數有關(guān)，X-Position即是開(kāi)始得到的X坐標值)。

　　在此值得一提是，Z1、Z2仍然是轉換后得12位的A/D轉換的數字值，但通過(guò)轉換公式得到的Z值實(shí)際上是接觸點(diǎn)間兩層ITO氧化膜的電阻值大小。這樣就完成了在某一個(gè)時(shí)刻的三維信息采集。根據實(shí)際要求，利用定時(shí)器設定采樣時(shí)間為10ms。采集的數據通過(guò)USB接口送到PC機保存，以供后續匹配處理。同時(shí)，采集的數據可以通過(guò)液晶顯示屏顯示，以便書(shū)寫(xiě)時(shí)觀(guān)察。

觸摸屏的初始化標定

　　由于觸摸屏的一些邊緣部分是無(wú)效的觸摸區域，所以，實(shí)際轉換出來(lái)的X坐標和Y坐標并不是從0到4095的，因此要進(jìn)行初始化標定，通過(guò)轉換公式使其在0到4095整個(gè)區間線(xiàn)性化，X坐標值的轉換公式為X=(X-Xmin)