四线电阻式触摸屏的工作原理及在激光治疗仪中的应用

1、四线电阻式触摸屏的工作原理及在激光治疗仪中的应用作者：周长勇张晓冬For personal use only in study and research; not for commercial use随着社会自动化程度的提高，人机交互能力急需人的转变，向着更 方便使用、更直观的方向发展。激光治疗机主要应用激光的物理特 性作用于人体，产生机体化学反应从而达到治疗疾病的目的。激光 治疗机作为一种精密仪器需要精确的控制及防尘、防静电、防潮等 方而的严格要求。激光治疗机输入设备采用触摸屏控制，既是基于 以上要求也是从方便使用者操作和界面直观的角度考虑的。触摸屏 的应用使得数据的显示和数据的输入结合为一

2、体，简化了整个设备。1触摸屏原理触摸屏附着在显示器的表面，与显示器配合使用。通过触摸产生模拟电信号，经过转换为数字信号由微处理器计算得出触摸点的坐标,从而得到操作者的意图并执行。触摸屏按其技术原理可分为五类： 矢量压力传感式、电阻式、电容式、红外线式和表面声波式，其中 电阻式触摸屏在实际应用中用的较多。电阻式触摸屏由4层的透明 薄构成，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层，最上面是一层外表 面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层，附着在上下两层内表面的 两层为金属导电层（OTI,氧化钢），这两层由细小的透明隔离点进 行绝缘。当手指触摸屏幕时，两导电层在触摸点处接触。触摸屏的两个金属导电层分别用来测量X

3、轴和Y轴方向的坐标。用 于X坐标测量的导电层从左右两端引出两个电极，记为X+和X-o 用于丫坐标测量的导电层从上下两端引出两个电极，记为Y+和Y-。 这就是四线电阻触摸屏的引线构成。当在一对电极上施加电压时， 在该导电层上就会形成均匀连续的电压分布。若在X方向的电极对 上施加一确定的电压，而丫方向电极对上不加电压时，在X平行电 压场中，触点处的电压值可以在Y+（或Y-）电极上反映出来，通过测 量Y+电极对地的电压大小，便可得知触点的X坐标值。同理，当在 Y电极对上加电压，而X电极对上不加电压时，通过测量X+电极的 电压，便可得知触点的Y坐标。测量原理如图1所示。列A/D匸 GND o 哎二（a

4、）测厦Ybi0）测炎林图1四境式融漠屏测虽原理五线式触摸屏与四线式不同。主要区别在于五线触摸屏将其中一导 电层的四端均引出来作为四个电极，另一导电层仅仅作为测量的导 体输岀X向和Y向的电压，测量时要交替在X向和Y向上施加电压。2触摸屏控制器工作原理触摸屏控制器有多种，主要的功能均是在微处理器的控制卜向触摸 屏的两个方向分时施加电压，并将相应的电压信号传送给自身A/D 转换器，在微处理器SPI 口提供的同步时钟作用下将数字信号读入 微处理器。控制器ADS7846基本结构如图2所示。For personal use only in study and research; not for comme

5、rcialuse1图2 ADS7846 构图1触摸点p处测量结果计算如卞:VCCx R、RZFor personal use only in study and research; not for commercial useADS7846内部可以通过寄存器的设置将A/D转换器的分辨率设为8 位或12位，在本系统屮A/D转换器的分辨率取12位。则P点的二 进制输出代码为：其中：为加在ADS7846内部A/D转换器上的参考电压。触摸屏控制器的运行是通过串行数据输入口 DIN输入控制命令进行控制的。(髙电平A2Al AO MODE SER/DFR PD1bitOPDObit7指明发送命令开始，高电

6、平有效oA2:A0用于选择数据输入通道, 101选择X坐标测量，001选择Y坐标测量。MODE将内部模数转 换器的分辨率定义为8位(M ODE=1)或12位(M ODE=0)°SER/DFR 为单端/双端参考电压选择位oPD1：PD0根据省电模式的需要进行选 择设置。这些命令控制位的设置将在程序代码部分得以应用。3系统硬件设计激光治疗机的输入系统由三部分组成：触摸屏、触摸屏控制器和微 控制器。微控制器采用Microchip公司的新型芯片PIC16F876。内 部总线采用哈佛双总线结构。在内部频率相同的情况下，加快了数 据的传输速度，避免了瓶颈现彖。此芯片采用精简指令集（RISC） 易

7、于使用，加快了开发速度。内部含有8KB程序存储器（分页操作）， 256字节EEPROM, 368字节RAM, 8路模数转换器，1个通用串 行口（SCI） , 1个I2C接口，1个串行外围接口（SPI） , 3个定时 器及看门狗电路（WathcDog）等许多重要资源。外圉许多接口功能 上的复用使得整个微控制器简洁，功能强大。根据ADS7846与微控制器进行数据交换的接口特征，选用 PIC16F876的SPI 口。SPI 口包括三个信号：SDO（串行数据输出）， SDI （串行数据输入），SCK （串行同步时钟）。硬件连接关系见图 3o本文侧重于激光治疗仪输入系统的设计，其它硬件的设计仅给出接 口

8、的含义。由于PIC16F876的内部集成度较高，所以外围接口相当 简单，但是要完成复朵的控制功能必须进行内部寄存器的设置。4软件设计按照以上设计思想设计了应用软件。图4为主程序与触摸屏输入检 测部分的程序流程图。其中，坐标数据处理通常采用查表的方法， 将用户命令的坐标形成数据表，利用获得的坐标信息进行变换快速 查表，从而提高软件的运行速度。图4程序浹程图下面是PIC16F876同ADS7846接口的部分程序代码。CM DATA EQU 30H XDATA_H EQU 31H XDATA_L EQU32H YDATA_H EQU 33H YDATA_L EQU 34H ；初始化寄存器MOVLW

9、02H MOWVF TRICB ；定义 B 口方向 MOVLW 90H:2003-09-10) MOVWF TRISC ；定义 C 口方向 BCF SSPCON,5 MOVLW 10H MOVWF SSPCON；初始化 SSPCON BSFSSPCON, 5 ;启动 SPI ；获取X,Y 坐标 GetXY BCF PORTB, 0 ; 选中ADS7846 MOVLW 0D4H ；获取X坐标命令 MOVWF SSPBUF ；发送命令 BUSY BTFSC PORTB, 1 ；判忙？ GOTO BUSY MOVF SSPBUF, W；12 位数据 MOVWFXDATA_H ；XDATA_H 存放高

10、字节 MOVF SSPBUF, WMOVWF XDATA_L ;XDATA_L 存放低字节 ；Y坐标数据同样处理 RETLW 0结语本系统的设计使得输入极其方便，而且外围设备得到简化，在实际应用中提高了人机交互的能力，收到良好的社会效益。 系统设计的思想不仅能够应用在医疗行业，而且能够应用在工业生 产自动化以及手持设备等各行业。参考文献1 Burr-Brow nCorporation. ADS7846 TOUCH-SCREEN CONTROLLER. 19992 Microchip Technology Inc. PIC16F87X Data Sheet. 20013俞光旳，王绮红，吴一锋.PIC系列单片机开发应用技术.北京：电子 工业出版社,2000(end)仅供个人用于学习.研究；不得用于商业用途。For personal use only in study and research; not for commercial useNur fur den persdnlichen fur Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verweridel werdenPour I tude et la recherche uniquement a des fins