一种电感式触摸屏控制器设计实施方案

1、一种电感式触摸屏控制器设计2013 年 3 月 4 日来源：大比特半导体器件网触摸屏是目前最友好地计算机用户接口界面，在消费电子业地应用越来越广泛.触摸屏主要由两部分组成：触摸检测装置和触摸屏控制器.目前主流触摸屏产品地触摸检测装置都是采用前置地方式，在触摸过程中会对检测装置地机械结构造成损坏，导致触摸屏触摸精度下降、寿命缩短；此外，常用地电容、电阻式地触摸屏地成本相对较高.本文设计了一种后置式电感式触摸屏，避免触摸过程中对触摸检测装置地损坏，延长触摸屏产品地寿命，成本也相对较低.b5E2Ro1 电感式触摸屏地工作原理1.1触摸屏整体结构电感式触摸屏整体结构如图 1 所示（需要特别说明地是，电

2、感式触摸屏要用专用地触摸笔来达到触摸输入地效果，触摸笔可以发出 120180kHz 频率范围内地信号，这里不详细介绍触摸笔地原理）.上面是 LCD 显示器，下面是触摸屏检测装置.触摸检测装置通过 FPC（FlexiblePrintedCircuitboard,柔性印刷电路板）与触摸屏控制器连接.由触摸屏结构图中可以看出，在利用触摸屏输入时，触摸笔不与触摸检测装置直接接触，这样避免了对触摸检测装置地机械损坏，提高了整个触摸控制系统地寿命.p1Ean。图 1 电感式触摸屏整体结构1.2触摸检测装置结构触摸检测装置是由厚度为 0.8mm 地软性 PCB（PrintedCircuitBoard）构成，

3、在 PCB 内部镶嵌着两层横（Y 轴）竖（X 轴）垂直交叉地导线，每一组交叉地导线之间都是绝缘地；导线地一端接地，另一端通过 FPC 与触摸屏控制器中模拟电子开关 CD4051 地输入端相连接.X、Y 轴方向上地线圈数量根据显示器地尺寸来确定.触摸检测装置结构如图 2 所示，该触摸检测装置 X 轴方向由 35 个线圈、Y 轴由 30 个线圈组成，适用于 14 英寸显示屏使用.DXDiT.图 2 触摸检测装置结构1.3触摸屏坐标地确定方法当用户将触摸笔接近检测装置时，检测装置会感应到信号，触摸信号采用分时扫描地方式进行检测.如图 2 右侧是触摸点 P 局部放大图，假如触摸到 P 点时，在 Xn、

4、Xn+1 和 Ym、Ym+1 线圈上会感应到电磁信号，使得检测端口地信号由零变为非零.首先对 X 轴方向进行扫描，通过模拟电子开关扫描到 Xn 上地信号，由 CD4051 公共输出引脚输出到 OUT 端，再把信号经放大滤波、电压整流电路后传送到 MCU,由 MCU 完成 A/D 转换，得到一个电压值 Vn;接着扫描到 Xn+1 上地信号，同样也经过放大、滤波、整流后将信号发送到 MCU 进行 A/D 转换得到一个电压值 Vn+1.X 轴方向上扫描完成后，再扫描丫轴，同理可以在 Ym、Ym+1 上检测到两个电压值 Vm、Vm+1,利用检测到地 4 个电压值 Vn、Vn+1、Vm、Vm+1 可计算

5、出触摸坐标，计算公式如下：RTCrp。IVVIY=YBt+r&,一XfY1YJ其中，Xn,Ym、Xn+1,Ym+1 是已知坐标，AVx、AVy 为已知常数，AVx是触摸笔在 Xn 轴上时 Vn 与 Vn+1 地差值，AVy 则是触摸笔在 Ym 轴上时 Vm 与 Vm+1 地差值.5PCzVo从触摸屏控制器获得地 X 与 Y 值仅是当前触摸屏地坐标， 它不具有实用价值， 这个值不但与触摸屏分辨率有关，而且也与触摸屏和 LCD 地贴合状况有关4.LCD 与触摸屏地分辨率和坐标是不一样地.因此，如果想得到体现 LCD 坐标地触摸屏位置，还需要在程序中进行转换，其转换公式如下：jLBHrY轴接

6、 【IX轴接口(I,IJ触摸点P局部放大图其中，LCDWidth、LCDHeight 是液晶屏地宽度与高度，XLCD_min、XLCD_max 和 YLCD_min、YLCD_max 分别是触摸屏横纵坐标地最大/最小值.xHAQXo2 触摸屏控制系统硬件设计触摸屏控制电路整体结构如图 3 所示.当用触摸笔触摸 LCD 显示屏时，触摸检测装置对应地 X、Y 轴上会分别感应到一个信号，这个信号经过模拟电子开关，然后经两级放大、滤波，将得到地信号分两路处理，一路是电压整流，另一路是频率检测电路；得到地数据通过 MCUHT46RB70 计算,判断出触摸屏地位置及触摸地方式，再由 MCU 将触摸信号发送

7、到计算机，最终实现触摸输入.整个触摸屏控制电路地时序都是由单片机控制地，其他模块地电路见后面地详细介绍.LDAYt。图 3 触摸屏控制电路整体结构模拟电子开关电路模拟电子开关电路如图 4 所示，该电路地功能是驱动触摸屏检测装置，将触摸信号传送到信号处理电路.其电路主要是由 CD4051 组成，CD4051 是一个 8 通道数字控制模拟开关，该芯片有 3 位二进制控制输入端 A、B、C 和一个使能输入端 INH,以及 8 个信号输入端和 1 个公共输出端.当 INH 输入端为高电平时， 所有通道截止；当 INH 为低电平时，单片机通过 3 位二进制信号A、B、C 选通一个通道地输入信号，从公共输

8、出端 OUT 输出，经过两级放大电路及滤波电路后，将触摸信号分别发送到频率检测电路和电压整流电路地 TOUCH_SIN 端.图 4 中 AX、BX、CX 是 X 轴方向上电子开关地控制输入端，A0A4 是 X 轴方向上地电子开关地使能端，X00X34与触摸屏检测装置 X 轴接口相连接，由于一个 CD4051 芯片只有 8 个通道地数字模拟开关，不能满足线圈数量地需求，故这里设计了由 5 个 CD4051(U1U5)组成地 X 轴方向上地模拟电子开关电路.同理可设计丫轴方向上模拟电子电路.AY、BY、CY 为控制输入端，B0B3 作为使能端，Y 轴由 4 个CD4051(U6U9)组成，图中 Y

9、00Y29 与触摸屏检测装置 Y 轴接口相连接.Zzz6Zo图 4 模拟电子开关电路触摸信号频率检测电路触摸信号地频率是由触摸笔发出，触摸笔上有两个按键，按下这两个按键可以输出两个不同频率地信号，分别为 k1、k2.触摸笔地作用相当于鼠标，当触摸笔输出一次 k1 频率时相当于点击一下鼠标左键，输出一次 k2 频率相当于点击鼠标右键.当触摸笔笔尖与 LCD 距离 w35cm 时，触摸检测装置可感应到触摸信号，这时光标随着触摸笔在 LCD 上移动.触摸信号频率检测精度地高低是触摸屏是否稳定地关键因素.频率检测电路及仿真结果如图 5、图 6 所示，TOUCH_SIN 端为触摸信号输入端，通过施密特触

10、发器，然后信号从 FRE 端发送到单片机，进行运算处理，计算出触摸信号地频率.利用 Multisim 软件平台建立出频率检测电路仿真模型，从仿真结果中可以看到，经过处理后地触摸信号转换为具有相同周期 T 地方波信号，将方波信号传送到微处理器，微处理器在 t 时间里计算出方波地个数 n,则信号地周期 T=t/n,频率 f=1/T,由此确定触摸信号地频率.dvzfv图 5 频率检测电路单片机从端口 TOUCH_SIN 获得地频率信号地质量， 决定了触摸屏能否快速响应正确地触摸动作.因此，在触摸信号频率检测电路设计中，使用施密特触发器(SN74LVC1G14)可以将触摸时产生地锯齿波形信号整形成较规

11、则地方波信号.经过这样地设计，也可以有效消除触摸时因其他信号对频率地干扰ver-) )与o-itQ4H3,JciMfleiKXlCirSJN或过快点击对触摸屏精度造成地影响.rqynl。图 6 仿真结果触摸信号电压整流电路图 7 触摸信号整流电路当触摸笔靠近 LCD 时，触摸检测器获得感应信号，经过电子开关及信号处理电路后，再对信号进行整流.触摸信号整流电路如图 7 所示.触摸信号由 TOUCH_SIN 输入，经过二极管 D 整流.图中CONTROL 与 HT460RB70 地 PC4 引脚相连接，HT460RB70 通过 PC4 引脚控制三极管地导通状态，通过电容充放电直接影响整流后地波形，

12、使其更加准确.信号整流后还需经过一个同相放大电路，然后从 SIN发送到 HT460RB70 单片机 PCO/INT引脚.在 Multisim 中对触摸电压信号整流电路地仿真结果如图 8 所示，图中信号 SIN 是处理后地信号波形.其结果表明，通过整流后得到平滑稳定地直流电压信号，有利于提高 A/D 转换地精度.Emxvx图 8 仿真结果MCU 电路MCU电路采用 Holtek公司地 RISC单片机-HT47RB70.该单片机是 A/D转换型 8位 USB单片机，专门为 USB 产品而设计，尤其适用于 USB 或 SPI 接口触控屏、触控按键等产品.SixE2。基于 HT47RB70 地电感式触

13、摸屏 MCU 电路如图 9 所示.HT47RB70 采用上电复位方式进行复位，AX、BX、CX 和 AY、BY、CY 与其 PD0PD2 和 PA0PA2 引脚分别作为 X 轴和 Y 轴电子开关电路地选择端.PD3PD6 和 PA3PA6 分别作为 X 轴和 Y 轴上电子开关电路地使能端.PE0PE2 作为信号修正电路地控制端.通过触摸电压处理电路后地信号通过 PB0/AN0 输入单片机， 经过单片机内部地 A/D 转换器得出触摸电压地值， 从而辨别出触摸效果濒率信号通过 PC0/INT 输入单片机， 通过单片机在单位时间内对方波个数地计数，即可得出信号地频率.最后通过将触摸信号转换成标准鼠标

14、信号，通过 USB 接口输出到计算机，达到触摸效果.6ewMyokqiT“白EEh*_*JKK4AI+H0后3软件设计电感式触摸屏控制器软件设计主要包括：I/O 初始化程序、定时计数器初始化、触摸笔中断服务程序、与计算机通信程序和主程序几部分.触摸笔中断程序中包括触摸坐标计算程序和触摸信号频率计算程序.当触摸控制器接收到触摸信号时，MCU 响应触摸笔中断服务程序，得到触摸 LCD 地坐标，启动与计算机通信程序，将触摸信号发送到计算机，这样完成一次触摸.kavU4。结语本文介绍了电感式触摸屏地工作原理，以及控制器地硬件电路和部分程序设计，该控制器电路全部通过验证.电感式触摸屏地设计实现了非直接接

15、触式地触摸，避免了对触摸检测装置地损坏，延长了整个触摸控制系统地寿命，触摸同一点地重复精度与触摸灵敏度达到预期地设计要求.y6V3A。版权申明ROIPA3PA4PA2PA5PAIPA6PAOPA7PD3/PWM3PIMPD2/PWM2Pb5PDI/PWMIPl56PDO/PWMOPI)7PB7/AN7Rl-SPB&AN6AVDDPB5JAN5VDDPH4AX4AVSSPC7VSSPC6JSCPCSOSC2PC4PL：Pin,AN?PE5PB27AX2黛）PHIMNIUDPPI血小。UDNPL3SIX)pco/iNrPK2SDlPC1JTMROPEI/tLKPCZTMRIPEO/SCSP

16、C3AlA2A3A4RIICin工01HO.lphTiOkQYIOOkUStrW4I2MHZC=IS3犯n0四I。吁USB5VISHnoHT46RIS70FREAGND图 9MCU 电路3332312K2726F37USH5VH/SB5V(iND(iND33U6OOn/IO0MHz本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理版权为个人所有Thisarticleincludessomeparts,includingtext,pictures,anddesign.Copyrightispersonalownership.M2ub6用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他

17、非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定，不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利.除此以外，将本文任何内容或服务用于其他用途时， 须征得本人及相关权利人地书面许可，并支付报酬.0丫5以Usersmayusethecontentsorservicesofthisarticleforpersonalstudy,researchorappreciation,andothernon-commercialornon-profitpurposes,butatthesametime,theyshallabidebytheprovisionsofcopyrightlawandotherr

18、elevantlaws,andshallnotinfringeuponthelegitimaterightsofthiswebsiteanditsrelevantobligees.Inaddition,whenanycontentorserviceofthisarticleisusedforotherpurposes,writtenpermissionandremunerationshallbeobtainedfromthepersonconcernedandtherelevantobligee.euts8。转载或引用本文内容必须是以新闻性或资料性公共免费信息为使用目地地合理、善意引用，不得对本文内