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如何实现液晶显示屏电阻式触摸功能

2020-11-27

随着智能手机引领触摸屏的趋势，越来越多的应用像医疗液晶显示屏，工业TFT显示器等都将触摸板嵌入到液晶屏中。市场上有多种LCD触摸屏的实现方式，我们以最简单的四线电阻式触摸为例，来解释LCD触摸屏实现的基本原理。

四线电阻式触摸

Analog Device 的 AD7843 是一款常见的4线电阻触摸板控制器，我们用它来支持电阻式触摸屏。

应用目标和平台考虑

  • 大多数工业和仪表应用的触摸屏都是用于菜单选择和触摸按钮功能。从触摸屏上做高分辨率的读取不是必要的。
  • 对于7" 左右的LCD 显示屏来说，4位的分辨率就足够了（可以定义16x16 的触摸区域）
  • AD7846 提供12位或8位A/D分辨率，对于我们的例子来说已经足够了。

了解 AD7843 的操作过程

下图是一个完整的 AD7843 操作流程（单次采集操作）。基于此，工程师可以设计他们程序的操作顺序。（关于继续采样，请参考AD7834 datasheet ）

通信包

  • 一个数据包含有 24 (3x8) 时钟脉冲 (DCLK)
  • /CS=0 和第一次 DIN=1(start bit, S)时，通信开始
  • 前 8个 DCLK 用于命令输入(Host to AD7843) via DIN, 上升沿触发
  • 后 16个 DCLK 用于 A/D 结果输出 (AD7843 to Host), 主机可在下降沿读取数据 DCLK (DCLK=0 provides a valid bit output at DOUT)
  • 如要终止通信，可在每 8 个时钟周期后设 /CS=1
  • 设置 MODE=1 AD7843进行8位采样, 在第 16 个时钟周期后设 /CS=1可停止通讯
  • 设置 MODE=0 AD7843进行12位采样, 在第 24 个时钟周期后设 /CS=1可停止通讯

关于 /PENIRQ 信号

  • /PENIRQ is an "open collector" output signal. It may be necessary to add a pull up resistor (e.g. 10k) for the host
  • On powering on, AD7843 provides /PENIRQ output, the output can be disabled by setting config bit PD0=1
  • /PENIRQ reflects "touched" status. 1: not touched; 0: being touched
  • After the "S" inputted, /PENIRQ will not function any more. At the 4th DCLK and after, changes to Hi. /PENIRQ resumes to normal function (command setting PD0=0)
  • /PENIRQ is not related to /CS signal

AD7843 I/O 例程

  1. 例子使用的是 8 位命令，输出 8 位 A/D 结果
  2. 数据在 DCLK 上升沿写入
  3. DCLK=0时读取数据
  4. 所有的读写在第16时钟周期 DCLK 结束，然后用 /CS=1 结束通讯
  5. 加入8个空的时钟周期，确保 /PENIRQ 恢复正常工作

uchar TP_IO8(uchar Command)
// send a command and return 8bit conversion result
// Command bits(MSB to LSB): S,A2,A1,A0,MODE,SER/DFR,PD1,PD0
{
uchar i;
temp=Command; // copy the command to bit accessible variable
temp_b3=1; // set the MODE to 8bit only
TP_DOUT=1; // pull up for read
TP_DCLK=0; // prepare for data trans transfer
_TP_CS=0; // select the touch panel IO
for(i=0;i<8;i++) // write command with 1st to 8th DCLK
{
TP_DIN = temp_b7; TP_DCLK=1; TP_DCLK=0;
temp=temp<<1;
}
// delayms(1); // delay for 12bit conversion
for(i=0;i<8;i++) // read data
{
temp=temp<<1;
TP_DCLK=1; TP_DCLK=0; temp_b0=TP_DOUT;
}
_TP_CS=1;
for(i=0;i<8;i++) // PenIrq re-enable at 21st CLK
{ // thus 8 dummy clock provided
TP_DCLK=1; TP_DCLK=0;
}
return(temp);
}

应用流程示例

  1. Use /PENIRQ to ensure touch panel is "being touched"
  2. Get X and Y A/D result (keep upper 4 bits)
  3. Delay for de-bouncing
  4. Again, use /PENIRQ to set touch panel is "being touched"
  5. Get X and Y A/D result (keep upper 4 bits)
  6. Delay for de-bouncing
  7. Once again, use /PENIRQ to ensure touch panel is "being touched" and compare the last two sets of results
  8. It the results are the same, we can confirm the touch panel is functioning correctly, and reliable result is given out
  9. Based on this result, we could display a box or do a response on screen.

void WzitTouchAndResponse(void)
{
uchar x, y;
uchar i, j ;
uchar Verified_AD; // flag for verified A/D
Verified_AD=0;
while (Verified_AD==0)
{
while(_TP_PENQ) // ensure it is touched then start AD
{
}
i = TP_IO8(0xd8)>>4; // X-Ch, 8bit, LoPw, with PenInt
j = TP_IO8(0x98)>>4; // Y-Ch, 8bit, LoPw, with PenInt
delayms(50); // de-bouncing
while(_TP_PENQ) // ensure it is touched then start AD
{
}
x = TP_IO8(0xd8)>>4; // X-Ch, 8bit, LoPw, with PenInt
y = TP_IO8(0x98)>>4; // Y-Ch, 8bit, LoPw, with PenInt
delayms(50); // de-bouncing
if ((i==x) && (j==y) && (!_TP_PENQ)) // ensure two results are the same
{ // and still touching
Verified_AD=1;
}
}
Box20x15(x, y, touch_Mark);
}

以上程序还可以进一步改进以适应实际应用。

总结

上面的例子是针对低分辨率的应用，其逻辑流程可以用于高分辨率的应用。同时，为了支持触摸操作，并不一定要进行 tones calculation ，一个合理的逻辑流程可以简化整个操作过程。