基于單片機(jī)的觸摸屏坐標(biāo)定位系統(tǒng)設(shè)計

摘 要 介紹了電阻式觸摸屏的工作原理及坐標(biāo)定位方法，分析了觸摸屏與內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)C8051F121的接口技術(shù)，提出通過模擬多路開關(guān)對電極電壓控制的方法，實現(xiàn)了對四線電阻式觸摸屏準(zhǔn)確、快速的坐標(biāo)定位。實際應(yīng)用表明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、功耗低、實用性強(qiáng)。

【關(guān)鍵詞】電阻式觸摸屏 坐標(biāo)定位 C8051F

電阻式觸摸屏具有分辨率高，靈敏度好，價格便宜，受環(huán)境影響小等優(yōu)點，是工業(yè)控制系統(tǒng)中使用最多一種的觸摸屏。將觸摸屏與單片機(jī)接口，可以使系統(tǒng)的人機(jī)界面更加友好，操作更加快捷、方便。應(yīng)用電阻式觸摸屏，最先遇到的一個重要問題是如何準(zhǔn)確、快速的定位觸摸坐標(biāo)，因此設(shè)計一個簡單、實用的觸摸屏坐標(biāo)定位系統(tǒng)成為應(yīng)用中需要解決的關(guān)鍵問題。

1 觸摸屏坐標(biāo)定位系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)以AMT9532四線電阻式觸摸屏與單片機(jī)接口。CPU選用高速SOC 單片機(jī)C8051F121?？紤]到C8051F121芯片內(nèi)集成了A/D轉(zhuǎn)換器、電壓比較器等功能部件，本系統(tǒng)采用觸摸屏直接與單片機(jī)接口的方式，通過單片機(jī)內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器讀取X方向和Y方向的電壓值并通過I/O口的輸出控制觸摸屏電極電壓的切換，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

要實現(xiàn)C8051F121單片機(jī)對坐標(biāo)定位系統(tǒng)的控制，需要解決以下兩大問題。第一，如何做到微功耗。第二，按壓觸摸屏?xí)r，如何產(chǎn)生中斷。下面將逐一進(jìn)行分析。

1.1 低功耗設(shè)計

在某點按壓觸摸屏?xí)r，上、下電阻層接通。如圖2所示，V1端為直流電壓3.3V輸入，電流流過電阻R、二極管D、X方向電阻段R1和Y方向電阻段R4，最后通過電極Y-接地。

按壓位置不同，接入回路的觸摸屏電阻也隨之改變，考慮到AMT9532觸摸屏在X方向和Y方向的電阻值之和小于1K歐姆，在電路中接入阻值為100K歐姆的電阻，使得線路總阻值大約在100K～101K歐姆之間，此時不同的按壓位置對線路總阻值的影響并不大，可以使回路電流I保持在33μA左右。

1.2 中斷請求電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用中斷的方式處理按壓位置的坐標(biāo)計算，中斷請求電路的設(shè)計如圖2所示。V1端為直流電壓3.3V輸入，二極管D選用導(dǎo)通壓降較小的鍺管（導(dǎo)通壓降約為0.2V），中斷請求信號Vint從電阻R和二級管D之間引出，接入C8051F121單片機(jī)的片內(nèi)比較器CP的輸入端。

未按壓觸摸屏?xí)r，由于X方向上的電極X-處于懸空狀態(tài)，X方向上的電阻層沒有電流，因此，Vint處的電壓約為V1的輸入電壓3.3V；有按壓時，由于回路電流I約為33μA，觸摸屏電阻上的壓降小于33mV，此時，從Vint處讀出的電壓基本上等于二極管的導(dǎo)通壓降0.2V。對比以上兩種情況可見，觸摸信號會使Vint處的電壓產(chǎn)生一個下降沿，在本電路中正是通過這個下降沿觸發(fā)中斷。

為了使電路的性能更加可靠并充分利用C8051F121單片機(jī)的內(nèi)部資源，在本系統(tǒng)中，由單片機(jī)內(nèi)部的D/A轉(zhuǎn)換器輸出一個基準(zhǔn)電壓，把D/A轉(zhuǎn)換器的輸出與中斷信號Vint接入單片機(jī)內(nèi)部比較器的兩個輸入端，當(dāng)Vint的值小于基準(zhǔn)電壓時，使比較器的輸出觸發(fā)中斷。CPU響應(yīng)后，先使V1端的輸入電壓清零，然后通過切換各電極電壓來判定按壓位置。

2 硬件實現(xiàn)

來自C8051F121CPU輸出引腳的控制信號加到兩片模擬多路開關(guān)的地址代碼輸入端，控制不同狀態(tài)下加在各電極上的電壓。由于多路模擬開關(guān)74VHC4052的驅(qū)動能力不夠大，不足以提供觸摸屏的工作電流，因此在觸摸屏四個電極的電壓輸入端需接三極管以提高驅(qū)動能力。由于C8051F121單片機(jī)內(nèi)部有兩個8通道的AD轉(zhuǎn)換器，足以提供4個通道將各電極電壓通過AD轉(zhuǎn)換器讀出其實際值。

由于計算的數(shù)據(jù)均來自兩個輸出值的差，有效的消除了驅(qū)動電壓變化以及三極管導(dǎo)通壓降不一致等因素對運算結(jié)果的影響，確保了坐標(biāo)定位的準(zhǔn)確性，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

3 結(jié)束語

在理解觸摸屏控制原理的基礎(chǔ)上，討論了坐標(biāo)定位系統(tǒng)設(shè)計過程中需要解決的問題并給出設(shè)計方法。此設(shè)計簡單實用，成本低，在菜單式選擇觸摸屏等控制系統(tǒng)中能夠方便、可靠地實現(xiàn)坐標(biāo)定位功能，是觸摸屏與單片機(jī)接口技術(shù)的一種創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

劉隆吉（1985-），女，山東省淄博市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。主要研究方向為控制理論與控制工程。

作者單位

青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系 山東省青島市 266404