中心议题： 解决方案： - 触摸屏激励信号源介绍
- 触摸电流处理电路介绍
- 自动调零电路介绍
- 通讯接口介绍
摘要：该文介绍一种适用于电容式触摸屏的控制器电路，该控制器由8751单片机系统及相应的触摸感应电路组成，阐明了电容式触摸屏的结构和控制器的硬件电路及各部分的功能，以及确定触摸位置坐标的原理与方法。利用该控制器可以获得手指在屏上触摸的位置和触摸轻重度信息，通过串行口或并行口将信息传送给计算机，基于这些信息可以设计用户应用程序。该控制器电路及相应的控制软件已全部实现。
计算机触摸屏是一种显著改善人机操作界面的输入设备，具有直接、简单、快捷的优点，在各个领域中有着广泛的应用前景，尤其适用于计算机屏幕菜单式问答系统，例如工业控制监控、军事指挥、商场导购、宾馆功能介绍、各种咨询系统等。目前国外触摸屏有电容式、电阻式和红外式之分。由于电容式触摸屏具有数据连续、分辨率高、屏结构简单、内藏式等优点，可以不改变原计算机结构，因而获得广泛应用。触摸屏是履盖在计算机显示终端上的玻璃屏，透过玻璃屏能看到显示屏上的图象。电容式触摸屏是在玻璃屏上喷涂某种金属氧化物薄膜，如可使用铟锡氧化物。在触摸屏的四周边缘上安排有若干电极，使得交流电能够较均匀地在一个方向上流过整个触摸屏，其结构如图1 所示。触摸屏每一边可安排5个或6 个电极，以适合 14″ 、17″ 等不同触摸屏的需要。当用手指触摸玻璃屏某一位置时，使用者的体电容加到电路中，引起电极之间电容的变化。为了感应电容值的变化，并确定手指触摸的位置，必须设计1 个能与主机CPU 通讯的控制器。为此笔者研制了适用于电容式触摸屏的控制器。本文主要介绍该控制器的硬件组成、各部分功能以及确定触摸位置的原理和方法。
图1 电容式触摸屏结构
Fig. 1 St ructure of capacitive touch panel
1 触摸屏控制器电路及其功能
触摸屏控制器总体结构如图2 所示。控制器的所有时序都由单片机控制，各部分功能叙述如下。
图2 触摸屏控制器总体框图
Fig. 2 General diagram of controller for touch panel
1. 1 触摸屏激励信号源控制器的激励信号源如图3 所示。信号由函数信号发生器8038 产生，它能够输出正弦波和方波，正弦波用作触摸屏的激励信号。单片机通过 8 位 D/ A 转换器可控制8038 的振荡频率，一般控制在200 kHz 左右，以避开计算机显示器扫描信号产生的干扰。同时，由8038 产生的方波信号提供给模拟解调器，作为解调信号参考源。由于8038输出的正弦波信号功率有限，为此在8038的正弦波信号输出端增加了功率放大电路。
图3 控制器的激励信号源
Fig. 3 Excitat ion signal sour ce in cont roller
1. 2 触摸电流处理电路触摸电流处理电路如图4 所示。假设在没有触摸时，调零电路已使变压器次级中心抽头上的电流为零。当有触摸时，将使中心抽头上的电流产生变化，其波形为经信号激励源频率X0 调制的信号。如果在位置坐标为X、Y的点上进行触摸，则中心抽头电流通过模拟解调器解调输出，并由低通滤波器滤波后，可得到与坐标X、Y及触摸轻重度Z 相对应的触摸电流i X、iY、iZ。
由于测量值的变化范围较宽，如果简单地将其信号放大后，接入 A/ D 转换器ADC1001，将使其位置测量精度大大下降。为此使用了积分器，使其输出的电压与t XiX、tYiY、tZi Z 相对应，其中，tX、t Y、t Z 为积分因子，对应的积分时间由单片机控制模拟开关的开通时间来实现，这样就能适合于测量值的变化。
1. 3 自动调零电路在没有触摸的情况下，由于元器件的误差等原因，变压器次级中心抽头上的电流不一定为零，从而引起测量误差，为此本控制器设置了自动调零电路，如图5 所示。该电路将12 位D/ A 转换器DAC1230 的输出，通过电容耦合到SIG-信号上，使得变压器次级中心抽头上的电流调整为零。
