触摸屏控制器在便携装置显示中的原理分析

触摸屏显示器能够检测显示区域上是否有人触摸以及触摸位置，因此各种设备上的机械按钮正日渐被这种显示器所取代，包括智能电话、MP3播放器、GPS导航系统、数码相机、笔记本电脑、游戏机和实验室仪器等。第一代此类设备不太精确，存在误检率高和功耗过大的问题。新型触摸屏控制器，如AD7879等，可提供更高的精度、更低的功耗和结果滤波功能。这些器件还可以检测温度、电源电压和触摸压力，有助于现代触摸屏显示器实现鲁棒的检测。

触摸屏的工作原理

首先，让我们看看电阻式触摸屏如何工作。图1显示了触摸屏的基本结构和工作原理图。

图1. 电阻式触摸屏的结构

触摸屏由两层塑料薄膜组成，各薄膜层上均涂有一层导电金属（通常是氧化铟锡），中间的空气间隙将二者分开。电源电压激励其中的一块板，上图中为X板。触摸屏幕时，两块导电板碰到一起，在X板上构成一个电阻分压器。接触点的电压通过Y+电极检测，代表X板上的位置，如图2所示。然后重复上述过程，电源电压激励Y板，并通过X+电极检测Y位置。

图2. X位置测量

接下来，将电源电压置于Y+和X–上，再进行两次屏幕测量：测量X+上的电压得出Z1，测量Y–上的电压得出Z2。这些测量结果可以用来估计触摸压力，其方法有两种。如果X板的电阻已知，则触摸电阻的计算公式为：

如果X板和Y板的电阻均已知，则触摸电阻的计算公式为：

触摸电阻值越大，则表示触摸压力越小。

AD7879触摸屏控制器

AD7879触摸屏控制器设计用于与四线式电阻触摸屏接口。除了检测触摸动作外，它还能测量温度和辅助输入端的电压。所有四种触摸测量加上温度、电池、辅助电压测量，均可以通过编程写入其片内序列器。宽电源电压范围（1.6 V至3.6 V）、小尺寸（12引脚、1.6 mm × 2 mm WLCSP封装或16引脚、4 mm × 4 mm LFCSP封装）以及低功耗（转换时480 ?A，关断模式0.5 ?A），使这款控制器可以灵活地用于各种产品。

触摸唤醒

可以将AD7879配置为在发生触摸屏幕事件时启动并转换，在释放之后进入省电模式。这种配置非常适合注重节约电量的电池供电设备。每个转换序列完成之后，AD7879向主机微控制器发送一个中断，将其从低功耗模式唤醒，以便处理数据。这样，屏幕被触摸之前微控制器的功耗也会极低。图3显示了触摸唤醒功能的设置。

图3. 触摸唤醒设置

触摸屏幕时，X板与Y板接触，拉低限变器输入，从而唤醒AD7879，随后开始转换。转换结束时，AD7879向主机发送一个中断。

结果滤波

在典型的显示器中，电阻板位于液晶显示器(LCD)之上，LCD会产生大量噪声，影响位置测量。这种噪声由脉冲噪声和高斯噪声组合而成。AD7879提供的中值滤波器和均值滤波器可降低这种噪声。可以将序列器配置为利用2个、4个、8个或16个样本进行位置测量，而不是利用单个样本进行测量。这些样本经过排序、中值滤波和均值滤波，便可得到噪声更低、精度更高的结果。图4清楚显示了其原理。获得16个位置测量结果，然后按由低到高的顺序排序。剔除四个最大测量结果和四个最小测量结果，以消除脉冲噪声；对剩余的八个采样值求平均值，以降低高斯噪声。这种方法还有一个额外好处，即可以降低所需的主机处理工作量和主机与触摸屏控制器的通信量。

图4. 中值和均值滤波