一種自適應電阻式觸摸屏控制器的設計

摘要：提出一種電阻式觸摸屏控制器的設計方案。針對電阻式觸摸屏x，y向總電阻存在型號差異和個體差異的特點，為了避免傳統測量方法中人工確定觸模屏阻值參數的問題，提出一種x，y向總電阻的測量方法。該方法通過軟硬件的配合，自動測量觸摸屏x，y向總電阻，實現針對不同型號或個體觸摸屏的自適應壓力電阻計算。該方法適用于已封裝好的電子產品，可避免產品組裝前對觸摸屏的測試工作，有效地節約產品的開發成本和生產時間。
關鍵詞：電阻式觸模屏；自適應；電阻測量；壓力電阻

0 引言
觸摸屏是電子產品中常用的一種輸入設備，通常與液晶屏搭配使用，用來取代傳統的鍵盤輸入，廣泛應用于電子產品與工業控制中。觸摸屏通常附著在液晶顯示屏表面，通過微處理器對觸摸屏的控制，實現觸摸屏對液晶屏圖像界面的直接操作。電阻式觸摸屏由于成本低，無專利技術的原因，是嵌入式設備應用最為廣泛的一種觸摸屏。本文提出一種電阻式觸摸屏控制器的設計方法，為業界主流低端手機基帶芯片MTK6223D提供觸摸屏控制的功能擴展；同時針對電阻式觸摸屏x，y方向總電阻測量的問題，提出一種自適應的觸摸屏x，y向電阻測量方法，既提高壓力電阻的計算精度，又可避免人工測量電阻式觸摸屏的電阻參數，有效節約手機開發成本和生產時間。

1 電阻式觸摸屏結構
電阻式觸摸屏根據引出信號線的數量，可以劃分為4線、5線、6線、7線、8線等類型，其中以4線電阻式觸摸屏最為常見，結構最為典型。本文討論的電阻式觸摸屏，均指四線結構電阻式觸摸屏。
1．1 基本結構
電阻式觸摸屏在玻璃或丙烯酸基板上覆蓋有兩層透平、均勻導電的ITO層，分別作為X電極和Y電極，它們之間由均勻排列的透明格點分開絕緣。其中下層的ITO與玻璃基板附著，上層的ITO附著在PET薄膜上。X電極和Y電極的正負端由“導電條”分別從兩端引出，且X電極和Y電極導電條的位置相互垂直。引出端X-，X+，Y-，Y+一共4條線，這也是4線電阻式觸摸屏名稱的由來。當有物體接觸觸摸屏表面并施以一定的壓力時，上層的ITO導電層發生形變與下層ITO發生接觸，進而2個導電層間在該位置的電壓和電阻發生變化。控制器檢測電壓變化后，在x和y 2個方向上產生信號，讀取觸點位置在x，y方向上的電壓值后，同該x，y方向上的參考電壓進行比較，計算出觸點的坐標。這是電阻式觸摸屏的基本工作原理。
1．2 坐標的估算
計算電阻式觸摸屏觸點的x，y坐標分為如下兩步(見圖1)：
(1)計算y坐標，在Y+電極施加驅動電壓Vref，Y-電極接地，X+作為引出端測量得到接觸點的電壓，由于ITO層均勻導電，觸點電壓與Vref電壓之比等于觸點y坐標與屏高度之比。
(2)計算x坐標，在X+電極施加驅動電壓Vref，X-電極接地，Y+作為引出端測量得到接觸點的電壓，由于ITO層均勻導電，觸點電壓與Vref電壓之比等于觸點x坐標與屏寬度之比。測得的電壓通常由ADC轉化為數字信號，再進行簡單處理就可以作為坐標值，判斷觸點的實際位置。

2 觸摸屏控制器的設計
本文采用的觸摸屏控制系統由基帶芯片MFK6223D、觸摸屏控制器和觸摸屏3部分組成，如圖2所示。MTK6223D是聯發科技(MTK)的一款低端GPRS／GSM基帶芯片，該芯片將ARM7控制模塊、DSP模塊、射頻模塊和電源管理等集成到一起，采用Nucleus Plus操作系統，是目前業界一款主流的低端手機基帶芯片。但是MTK6223D沒有提供對觸摸屏的支持，為進一步強化手機的功能，MTK6223D需要搭配觸摸屏控制器芯片，實現功能更為強大的手機設計。本文提出的觸摸屏控制器主要實現對觸摸屏信號的模／數轉換，坐標值計算，壓力電阻阻值計算和抬筆落筆中斷判斷4項功能，并通過AMBA總線向手機基帶芯片上傳數據。