觸摸屏是目前最友好的計(jì)算機(jī)用戶接口界面［1］，在消費(fèi)電子業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛［2］。觸摸屏主要由兩部分組成：觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器［3］。目前主流觸摸屏產(chǎn)品的觸摸檢測裝置都是采用前置的方式，在觸摸過程中會(huì)對(duì)檢測裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)造成損壞，導(dǎo)致觸摸屏觸摸精度下降、壽命縮短；此外，常用的電容、電阻式的觸摸屏的成本相對(duì)較高。本文設(shè)計(jì)了一種后置式電感式觸摸屏，避免觸摸過程中對(duì)觸摸檢測裝置的損壞，延長觸摸屏產(chǎn)品的壽命，成本也相對(duì)較低。

1　電感式觸摸屏的工作原理

1.1　觸摸屏整體結(jié)構(gòu)

電感式觸摸屏整體結(jié)構(gòu)如圖1所示（需要特別說明的是，電感式觸摸屏要用專用的觸摸筆來達(dá)到觸摸輸入的效果，觸摸筆可以發(fā)出120～180 kHz頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，這里不詳細(xì)介紹觸摸筆的原理）。上面是LCD顯示器，下面是觸摸屏檢測裝置。觸摸檢測裝置通過FPC（Flexible Printed Circuit board，柔性印刷電路板）與觸摸屏控制器連接。由觸摸屏結(jié)構(gòu)圖中可以看出，在利用觸摸屏輸入時(shí)，觸摸筆不與觸摸檢測裝置直接接觸，這樣避免了對(duì)觸摸檢測裝置的機(jī)械損壞，提高了整個(gè)觸摸控制系統(tǒng)的壽命。

圖1　電感式觸摸屏整體結(jié)構(gòu)

1.2　觸摸檢測裝置結(jié)構(gòu)

觸摸檢測裝置是由厚度為0.8 mm的軟性PCB（Printed Circuit Board）構(gòu)成，在PCB內(nèi)部鑲嵌著兩層橫（Y軸）豎（X軸）垂直交叉的導(dǎo)線，每一組交叉的導(dǎo)線之間都是絕緣的；導(dǎo)線的一端接地，另一端通過FPC與觸摸屏控制器中模擬電子開關(guān)CD4051的輸入端相連接。X、Y軸方向上的線圈數(shù)量根據(jù)顯示器的尺寸來確定。觸摸檢測裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，該觸摸檢測裝置X軸方向由35個(gè)線圈、Y軸由30個(gè)線圈組成，適用于14英寸顯示屏使用。

圖2　觸摸檢測裝置結(jié)構(gòu)

1.3　觸摸屏坐標(biāo)的確定方法

當(dāng)用戶將觸摸筆接近檢測裝置時(shí)，檢測裝置會(huì)感應(yīng)到信號(hào)，觸摸信號(hào)采用分時(shí)掃描的方式進(jìn)行檢測。如圖2右側(cè)是觸摸點(diǎn)P局部放大圖，假如觸摸到P點(diǎn)時(shí)，在Xn、Xn+1和Ym、Ym+1線圈上會(huì)感應(yīng)到電磁信號(hào)，使得檢測端口的信號(hào)由零變?yōu)榉橇恪Ｊ紫葘?duì)X軸方向進(jìn)行掃描，通過模擬電子開關(guān)掃描到Xn上的信號(hào)，由CD4051公共輸出引腳輸出到OUT端，再把信號(hào)經(jīng)放大濾波、電壓整流電路后傳送到MCU，由MCU完成A/D轉(zhuǎn)換，得到一個(gè)電壓值Vn；接著掃描到Xn+1上的信號(hào)，同樣也經(jīng)過放大、濾波、整流后將信號(hào)發(fā)送到MCU進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換得到一個(gè)電壓值Vn+1。X軸方向上掃描完成后，再掃描Y軸，同理可以在Ym、Ym+1上檢測到兩個(gè)電壓值Vm、Vm+1，利用檢測到的4個(gè)電壓值Vn、Vn+1、Vm、Vm+1可計(jì)算出觸摸坐標(biāo)，計(jì)算公式如下：

其中，Xn，Ym、 Xn+1，Ym+1是已知坐標(biāo)，ΔVx、ΔVy為已知常數(shù)，ΔVx是觸摸筆在Xn軸上時(shí)Vn與Vn+1的差值，ΔVy則是觸摸筆在Ym軸上時(shí)Vm與Vm+1的差值。

從觸摸屏控制器獲得的X與Y值僅是當(dāng)前觸摸屏的坐標(biāo)，它不具有實(shí)用價(jià)值，這個(gè)值不但與觸摸屏分辨率有關(guān)，而且也與觸摸屏和LCD的貼合狀況有關(guān)［4］。LCD與觸摸屏的分辨率和坐標(biāo)是不一樣的。因此，如果想得到體現(xiàn)LCD坐標(biāo)的觸摸屏位置，還需要在程序中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換公式如下：

其中，LCDWidth、LCDHeight是液晶屏的寬度與高度，XLCD_min、XLCD_max和YLCD_min、YLCD_max分別是觸摸屏橫縱坐標(biāo)的最大/最小值。

2　觸摸屏控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

觸摸屏控制電路整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。當(dāng)用觸摸筆觸摸LCD顯示屏?xí)r，觸摸檢測裝置對(duì)應(yīng)的X、Y軸上會(huì)分別感應(yīng)到一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)過模擬電子開關(guān)，然后經(jīng)兩級(jí)放大、濾波，將得到的信號(hào)分兩路處理，一路是電壓整流，另一路是頻率檢測電路；得到的數(shù)據(jù)通過MCU HT46RB70計(jì)算，判斷出觸摸屏的位置及觸摸的方式，再由MCU將觸摸信號(hào)發(fā)送到計(jì)算機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)觸摸輸入。整個(gè)觸摸屏控制電路的時(shí)序都是由單片機(jī)控制的，其他模塊的電路見后面的詳細(xì)介紹。

圖3　觸摸屏控制電路整體結(jié)構(gòu)