系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計(jì)
觸摸屏解決方案的主要組件包括觸摸屏面板、觸摸屏控制器(TSC)、顯示面板和主處理器，如圖3所示，主處理器可以是一個(gè)低端的微控制器。主處理器利用一線或兩線接口協(xié)議(I2C/SPI)管理觸摸屏控制器的初始化，以及讀取數(shù)字坐標(biāo)數(shù)據(jù)。主處理器還負(fù)責(zé)把用戶觸摸轉(zhuǎn)換成所需的操作，如音量調(diào)節(jié)、圖片更換或書寫顯示。大多數(shù)消費(fèi)電子產(chǎn)品都有顯示面板，同一顯示面板上可顯示人機(jī)互動(dòng)圖標(biāo)。
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圖 3:電阻式觸感解決方案結(jié)構(gòu)圖
設(shè)計(jì)一個(gè)帶觸感用戶界面的應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)復(fù)雜性取決于觸摸屏分辨率的要求。觸摸屏分辨率還取決于觸摸屏控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率。另一個(gè)重要因素是觸摸屏控制器的功耗，建議選用一個(gè)具有中斷功能和低功耗待機(jī)模式的控制器。當(dāng)沒有觸摸操作時(shí)，控制器進(jìn)入低功耗的待機(jī)狀態(tài)，以節(jié)省電能；當(dāng)檢測(cè)到觸摸事件時(shí)，控制器將會(huì)喚醒，執(zhí)行觸摸電壓解碼功能。這個(gè)功能成為便攜設(shè)備的一個(gè)基本要求，因?yàn)楸銛y設(shè)備電池中的每庫(kù)侖電量都非常寶貴。
選用一個(gè)內(nèi)置緩存的觸摸屏控制器對(duì)于頻繁的觸摸檢測(cè)應(yīng)用十分有益。例如，書寫是連續(xù)的觸摸操作，如果觸摸屏控制器包括一個(gè)FIFO緩存，那么可以在FIFO緩存裝滿后再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這可降低主處理器的處理開銷。當(dāng)屏幕較大(>6英寸)時(shí)，觸摸屏導(dǎo)電板拾起的噪聲會(huì)影響觸摸屏的精度，在觸摸屏上(在X+/X-、Y+/Y-軸)增加電容器，可降低高頻噪聲。
一個(gè)電阻觸摸屏實(shí)例
為了弄明白電阻式觸感解決方案的原理，我們分析一個(gè)現(xiàn)成的低成本手寫板解決方案(圖 4)。在這個(gè)實(shí)例中，電阻觸摸屏控制器采用ST的先進(jìn)STMPE811控制器，主處理器采用ST的STM32高密度32位微控制器。
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圖 4:手寫板解決方案
該解決方案讓用戶在TFT-LCD面板上感受實(shí)時(shí)手寫的妙處。在一個(gè)4線電阻式觸摸屏上，手寫筆的X和Y坐標(biāo)被映射到TFT-LCD面板內(nèi)的一個(gè)線繪上。在現(xiàn)有的手寫板設(shè)計(jì)中，2.4英寸觸摸屏安裝到2.4英寸(QVGA分辨率)TFT-LCD面板上。大多數(shù)手機(jī)和PDA都采用低分辨率的顯示屏。為確保觸摸檢測(cè)坐標(biāo)精確映射到顯示屏上，應(yīng)特別注意觸摸屏和顯示面板的分辨率。沿觸摸屏電阻軸(X/Y)的觸摸坐標(biāo)變化是另一個(gè)重要考慮因素，這個(gè)問題與觸摸屏的品牌有關(guān)。在某些觸摸屏上，從觸摸屏控制器取得的坐標(biāo)值沿觸摸屏的軸從上向下逐漸變小，反之亦然。
在本例中，觸摸屏控制器通過I2C協(xié)議接口連接32位微控制器。TFT-LCD面板通過微控制器的靈活接口(FSMC)與微控制器相連，通過微控制器配置觸摸屏控制器的各種參數(shù)，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣速度和平均值。除I2C協(xié)議接口外，觸摸屏控制器提供一個(gè)輸出中斷引腳，用于向主處理器發(fā)起觸感檢測(cè)中斷請(qǐng)求。該中斷引腳與微控制器的外部中斷端口引腳相連。本解決方案采用的觸摸屏控制器包括一個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)可暫存128個(gè)觸摸數(shù)據(jù)集的FIFO緩存。當(dāng)觸摸屏控制器檢測(cè)到觸摸事件時(shí)，微控制器就會(huì)從外部中斷端口引腳收到一個(gè)中斷請(qǐng)求，然后通過I2C協(xié)議讀取觸摸屏控制器FIFO緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)。每個(gè)X軸和Y軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)都使用一個(gè)12位數(shù)值。從觸摸屏坐標(biāo)到像素顯示屏坐標(biāo)的軟件映射，計(jì)算基數(shù)是顯示器面板的分辨率和觸摸屏的分辨率。微控制器處理TFT-LCD像素顯示器的坐標(biāo)，然后顯示相應(yīng)的TFT-LCD像素。12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率完全夠用。因此，可以獲得非常精確的觸點(diǎn)，這可以讓連續(xù)的像素發(fā)光，為用戶提供實(shí)時(shí)的線繪感覺(圖5)。
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圖 5:手寫板實(shí)現(xiàn)流程
因?yàn)橛|摸屏控制器內(nèi)置FIFO緩存，管理微控制器處理開銷變得很容易。此外，還可在顯示面板的一側(cè)顯示彩色表格。文本的顏色可以選擇，只要點(diǎn)擊表格中的一種顏色，下一個(gè)線繪就會(huì)變成所選顏色。該方案還提供一個(gè)清除按鈕的圖標(biāo)，當(dāng)屏幕充滿內(nèi)容時(shí)，觸摸這個(gè)按鈕可清理屏幕。利用這種方式，設(shè)計(jì)人員可輕松實(shí)現(xiàn)一個(gè)畫筆功能。這個(gè)應(yīng)用可能是孩子畫畫工具箱的基礎(chǔ)。