觸摸屏系統(tǒng)應用中的題目及解決方法

觸摸屏系統(tǒng)應用中的題目及解決方法
本文以AD7843在觸摸屏系統(tǒng)中的一個實際應用為例，重點分析了在使用AD7843的過程中碰到系統(tǒng)資源占用、丈量值偏差以及外部干擾等題目，并提出了相應的解決方法。  
    AD7843是ADI公司生產的一種四線式觸摸屏控制器，目前廣泛應用于電阻式觸摸屏輸進系統(tǒng)中。盡管ADI公司給出了相關的典型應用和應用留意，但是在實際使用過程中仍然會碰到一些題目，比如怎樣用硬件實現(xiàn)AD7843的時序邏輯、如何進步丈量精度、如何抗干擾，以及進步丈量可靠性等。 
    AD7843數(shù)字轉換器在一個12位逐次逼近式比較寄存器(SAR)ADC架構上集成了用于驅動觸摸屏的低通阻抗開關。這些器件不使用內部基準電壓，當以大于125kSaps的吞吐率運行時的最大功耗小于1.4mW。它們還帶有10KeV到12KeV的模擬輸進ESD保護，增強了抗ESD能力，以避免關鍵的內部系統(tǒng)元件損壞。使用單2.2V 到5.25V的電源工作。 AD7843串行接口的一次完整操縱需要24個DCLK.，前8個脈沖接收8位的命令，并在第6個脈沖的上升沿開始采樣，從第9個脈沖開始進進轉換階段，輸出12位采樣值，轉換結束進進空閑階段。直到24個DCLK結束，CS置高電平，一次丈量結束。此外，AD7843還支持其它的工作方式，這里不予詳述。濃度計 | 扭力計 | 電容表 | 工具箱 | 管鉗 | 頻閃儀 | 采樣儀 | 測厚儀 | 溫度記錄儀 | 光功率計 | 記錄儀 | 鉤表 | 溫度表 | 色度計 | 硬度計 | 萬能鉗  
    應用實例 
    圖1的硬件接口示意圖為一個驅動觸摸屏應用，我們的觸摸屏是四線電阻屏，它可以等效成水平方向和垂直方向的兩個線性電阻。當有鍵按下時，通過控制AD7843可以丈量到觸摸位置對應的水平和垂直方向的電壓值，進而通過計算得到觸摸位置的坐標值。 
    AD7843的控制時序由386EX(屬Intel X86系列CPU) 產生。丈量命令的發(fā)送和丈量數(shù)據的接收由386EX的同步串口完成。圖1中DCLK信號是由386EX同步串口的發(fā)送時鐘TXCLK和接收時鐘RXCLK經過邏輯轉換產生，SSIORX和SSIOTX分別是386EX同步串口的數(shù)據接收端和數(shù)據發(fā)送端。其一次丈量周期的流程如圖2所示。 
    設計中的題目及解決方法 
    1. 占用系統(tǒng)資源題目由上面的例子可知，AD7843的所有控制時序是由軟件完成的。而且為了保證時序不被影響，一次丈量周期內不應被中斷打斷，所以就必須屏蔽高級中斷。這樣在實際操縱中就碰到了一個題目，在比較頻繁地操縱觸摸屏時，會大量占用CPU的時間，從而影響系統(tǒng)其它任務的執(zhí)行，例如串口數(shù)據因來不及處理而造成數(shù)據的丟失甚至通訊中斷。為了解決這個題目，我們采用一個邏輯器件EPM7032，由硬件來天生AD7843的控制時序，從而大大減輕了CPU的負擔。下面先容硬件邏輯如何實現(xiàn)。我們將這部分邏輯看作一個芯片，其引腳定義如下： 
    entity AD_ctrl_delay_cmp is 
    Port 
    ( 
    clk:in std_logic;--時鐘輸進(1.8432MHz) 
    dout: out std_logic;--AD7843的DIN 
    clkout: out std_logic;--AD7843的DCLK信號 
    clkssio:out std_logic;--同步串口的接收時鐘 
    cs: in std_logic;--AD7843的片選信號 
    rst: in std_logic-上電復位信號 
    ); 
    end AD_ctrl_delay_cmp; 
    其工作流程是：當有鍵按下時，CPU(386EX)會將cs置低，CPLD邏輯首先發(fā)8個clkout脈沖，在dout腳輸出丈量X坐標的命令，然后再發(fā)16個脈沖，在clkssio腳輸出與clkout同步的16個脈沖到386EX的同步串口的接收時鐘引腳。386ex此時從同步串口接收到16位數(shù)據，取前12位作為實際采樣值。然后產生丈量Y坐標的時序，與丈量X坐標的方法相同。完成一次丈量，再延時一段時間，完成第二次丈量，與第一次丈量方法相同。丈量兩次的目的是為了削除鍵抖動。386EX的同步串口接收到四次丈量數(shù)據后將cs置低。 
    其內部邏輯的VHDL完整代碼請參見。 
    2. AD7843的丈量值有偏差 
    在實際的使用過程還碰到另外一個題目，在按觸摸屏的過程中，有時丈量出的按鍵位置有偏差，觀察AD7843相關引腳波形發(fā)現(xiàn)輸進電壓有抖動。分析后發(fā)現(xiàn)抖動可能由兩方面產生： 
    a. AD7843的模擬地與系統(tǒng)的數(shù)字地不是一點相連。數(shù)字地干擾由公共阻抗耦合到AD7843的模擬地，產生干擾造成抖動。解決辦法是模擬地與數(shù)字地一點連接。 
    b. 觸摸屏在按下和開釋過程中有抖動，所以要進行鍵削抖。采用兩次鍵值比較是一個較好的方法，具體工作原理是連續(xù)丈量X 、Y坐標值兩次，然后進行比較，若相同或相差在答應的誤差范圍內就以為是有效鍵，否則為無效鍵。這里要十分留意的是為了有效地往除抖動，在第一次丈量X、Y坐標和第二次丈量X、Y坐標之間一定要有延時，延時應大于觸摸屏的抖動時間，抖動的時間在觸摸屏的性能指標中有說明。本文中的硬件CPLD邏輯已經實現(xiàn)了兩次鍵值比較的鍵削抖功能。 
    3. 因外界干擾，觸摸屏按鍵無響應觸摸屏在現(xiàn)場應用中有時會出現(xiàn)“死機”現(xiàn)象(觸摸屏按鍵無響應)。分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境較惡劣，存在較強的電磁干擾，因此在觸摸屏的引腳疊加了高頻干擾脈沖，影響了AD7843的正常工作時序，造成AD芯片工作不正常。解決方法是在AD的關鍵引腳DCLK、DIN、DOUT對地接0.001u的高頻濾波電容。 
    將上述解決方法應用到觸摸屏系統(tǒng)后，在現(xiàn)場應用一年多，未出現(xiàn)按鍵無響應、按鍵坐標值錯誤等故障，運行良好。