觸摸屏系統(tǒng)應(yīng)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(gè)實(shí)際應(yīng)用為例，重點(diǎn)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(yīng)的解決方法。  
    AD7843是ADI公司生產(chǎn)的一種四線式觸摸屏控制器，目前廣泛應(yīng)用于電阻式觸摸屏輸進(jìn)系統(tǒng)中。盡管ADI公司給出了相關(guān)的典型應(yīng)用和應(yīng)用留意，但是在實(shí)際使用過程中仍然會(huì)碰到一些題目，比如怎樣用硬件實(shí)現(xiàn)AD7843的時(shí)序邏輯、如何進(jìn)步丈量精度、如何抗干擾，以及進(jìn)步丈量可靠性等。 
    AD7843數(shù)字轉(zhuǎn)換器在一個(gè)12位逐次逼近式比較寄存器(SAR)ADC架構(gòu)上集成了用于驅(qū)動(dòng)觸摸屏的低通阻抗開關(guān)。這些器件不使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，當(dāng)以大于125kSaps的吞吐率運(yùn)行時(shí)的最大功耗小于1.4mW。它們還帶有10KeV到12KeV的模擬輸進(jìn)ESD保護(hù)，增強(qiáng)了抗ESD能力，以避免關(guān)鍵的內(nèi)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(gè)DCLK.，前8個(gè)脈沖接收8位的命令，并在第6個(gè)脈沖的上升沿開始采樣，從第9個(gè)脈沖開始進(jìn)進(jìn)轉(zhuǎn)換階段，輸出12位采樣值，轉(zhuǎn)換結(jié)束進(jìn)進(jìn)空閑階段。直到24個(gè)DCLK結(jié)束，CS置高電平，一次丈量結(jié)束。此外，AD7843還支持其它的工作方式，這里不予詳述。濃度計(jì) | 扭力計(jì) | 電容表 | 工具箱 | 管鉗 | 頻閃儀 | 采樣儀 | 測(cè)厚儀 | 溫度記錄儀 | 光功率計(jì) | 記錄儀 | 鉤表 | 溫度表 | 色度計(jì) | 硬度計(jì) | 萬能鉗  
    應(yīng)用實(shí)例 
    圖1的硬件接口示意圖為一個(gè)驅(qū)動(dòng)觸摸屏應(yīng)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(gè)線性電阻。當(dāng)有鍵按下時(shí)，通過控制AD7843可以丈量到觸摸位置對(duì)應(yīng)的水平和垂直方向的電壓值，進(jìn)而通過計(jì)算得到觸摸位置的坐標(biāo)值。 
    AD7843的控制時(shí)序由386EX(屬Intel X86系列CPU) 產(chǎn)生。丈量命令的發(fā)送和丈量數(shù)據(jù)的接收由386EX的同步串口完成。圖1中DCLK信號(hào)是由386EX同步串口的發(fā)送時(shí)鐘TXCLK和接收時(shí)鐘RXCLK經(jīng)過邏輯轉(zhuǎn)換產(chǎn)生，SSIORX和SSIOTX分別是386EX同步串口的數(shù)據(jù)接收端和數(shù)據(jù)發(fā)送端。其一次丈量周期的流程如圖2所示。 
    設(shè)計(jì)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(shí)序是由軟件完成的。而且為了保證時(shí)序不被影響，一次丈量周期內(nèi)不應(yīng)被中斷打斷，所以就必須屏蔽高級(jí)中斷。這樣在實(shí)際操縱中就碰到了一個(gè)題目，在比較頻繁地操縱觸摸屏?xí)r，會(huì)大量占用CPU的時(shí)間，從而影響系統(tǒng)其它任務(wù)的執(zhí)行，例如串口數(shù)據(jù)因來不及處理而造成數(shù)據(jù)的丟失甚至通訊中斷。為了解決這個(gè)題目，我們采用一個(gè)邏輯器件EPM7032，由硬件來天生AD7843的控制時(shí)序，從而大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān)。下面先容硬件邏輯如何實(shí)現(xiàn)。我們將這部分邏輯看作一個(gè)芯片，其引腳定義如下： 
    entity AD_ctrl_delay_cmp is 
    Port 
    ( 
    clk:in std_logic;--時(shí)鐘輸進(jìn)(1.8432MHz) 
    dout: out std_logic;--AD7843的DIN 
    clkout: out std_logic;--AD7843的DCLK信號(hào) 
    clkssio:out std_logic;--同步串口的接收時(shí)鐘 
    cs: in std_logic;--AD7843的片選信號(hào) 
    rst: in std_logic-上電復(fù)位信號(hào) 
    ); 
    end AD_ctrl_delay_cmp; 
    其工作流程是：當(dāng)有鍵按下時(shí)，CPU(386EX)會(huì)將cs置低，CPLD邏輯首先發(fā)8個(gè)clkout脈沖，在dout腳輸出丈量X坐標(biāo)的命令，然后再發(fā)16個(gè)脈沖，在clkssio腳輸出與clkout同步的16個(gè)脈沖到386EX的同步串口的接收時(shí)鐘引腳。386ex此時(shí)從同步串口接收到16位數(shù)據(jù)，取前12位作為實(shí)際采樣值。然后產(chǎn)生丈量Y坐標(biāo)的時(shí)序，與丈量X坐標(biāo)的方法相同。完成一次丈量，再延時(shí)一段時(shí)間，完成第二次丈量，與第一次丈量方法相同。丈量?jī)纱蔚哪康氖菫榱讼鞒�鍵抖動(dòng)。386EX的同步串口接收到四次丈量數(shù)據(jù)后將cs置低。 
    其內(nèi)部邏輯的VHDL完整代碼請(qǐng)參見。 
    2. AD7843的丈量值有偏差 
    在實(shí)際的使用過程還碰到另外一個(gè)題目，在按觸摸屏的過程中，有時(shí)丈量出的按鍵位置有偏差，觀察AD7843相關(guān)引腳波形發(fā)現(xiàn)輸進(jìn)電壓有抖動(dòng)。分析后發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)可能由兩方面產(chǎn)生： 
    a. AD7843的模擬地與系統(tǒng)的數(shù)字地不是一點(diǎn)相連。數(shù)字地干擾由公共阻抗耦合到AD7843的模擬地，產(chǎn)生干擾造成抖動(dòng)。解決辦法是模擬地與數(shù)字地一點(diǎn)連接。 
    b. 觸摸屏在按下和開釋過程中有抖動(dòng)，所以要進(jìn)行鍵削抖。采用兩次鍵值比較是一個(gè)較好的方法，具體工作原理是連續(xù)丈量X 、Y坐標(biāo)值兩次，然后進(jìn)行比較，若相同或相差在答應(yīng)的誤差范圍內(nèi)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(dòng)，在第一次丈量X、Y坐標(biāo)和第二次丈量X、Y坐標(biāo)之間一定要有延時(shí)，延時(shí)應(yīng)大于觸摸屏的抖動(dòng)時(shí)間，抖動(dòng)的時(shí)間在觸摸屏的性能指標(biāo)中有說明。本文中的硬件CPLD邏輯已經(jīng)實(shí)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(yīng)觸摸屏在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象(觸摸屏按鍵無響應(yīng))。分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較惡劣，存在較強(qiáng)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(shí)序，造成AD芯片工作不正常。解決方法是在AD的關(guān)鍵引腳DCLK、DIN、DOUT對(duì)地接0.001u的高頻濾波電容。 
    將上述解決方法應(yīng)用到觸摸屏系統(tǒng)后，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用一年多，未出現(xiàn)按鍵無響應(yīng)、按鍵坐標(biāo)值錯(cuò)誤等故障，運(yùn)行良好。