一种电感式触摸屏控制器设计

摘要：在介绍电感式触摸屏的结构及工作原理的基础之上，设计了以HT460RB70单片机为控制核心的电感式触摸屏控制器，该控制器采用CD4051电子开关电路作为触摸屏驱动。电感式控制器触摸检测装置采用后置的方式，避免了触模过程中的机械损伤，延长了触模屏的寿命，同时具有低成本的优点。该控制器的硬件电路及软件部分已全部实现，实验结果表明该控制器具有较好的稳定性，且适用温度范围广。
关键词：电感；触摸屏；控制器；HT460RB70

引言
触摸屏是目前最友好的计算机一用户接口界面，在消费电子业的应用越来越广泛。触摸屏主要由两部分组成：触摸检测装置和触摸屏控制器。目前主流触摸屏产品的触摸检测装置都是采用前置的方式，在触摸过程中会对检测装置的机械结构造成损坏，导致触摸屏触摸精度
下降、寿命缩短；此外，常用的电容、电阻式的触摸屏的成本相对较高。本文设计了一种后置式电感式触摸屏，避免触摸过程中对触摸检测装置的损坏，延长触摸屏产品的寿命，成本也相对较低。

1 电感式触摸屏的工作原理
1．1 触摸屏整体结构
电感式触摸屏整体结构如图1所示(需要特别说明的是，电感式触摸屏要用专用的触摸笔来达到触摸输入的果，触摸笔可以发出120～180 kHz频率范围内的信号，这里不详细介绍触摸笔的原理)。上面是LCD显示器，下面是触摸屏检测装置。触摸检测装置通过FPC(Flexible Print ed Circuitboard，柔性印刷电路板)与触摸屏控制器连接。由触摸屏结构图中可以看出，在利用触摸屏输入时，触摸笔不与触摸检测装置直接接触，这样避免了对触摸检测装置的机械损坏，提高了整个触摸控制系统的寿命。

1．2 触摸检测装置结构
触摸检测装置是由厚度为0.8 mm的软性PCB(Printed Circuit Board)构成，在PCB内部镶嵌着两层横(Y轴)竖(X轴)垂直交叉的导线，每一组交叉的导线之间都是绝缘的；导线的一端接地，另一端通过FPC与触摸屏控制器中模拟电子开关CD4051的输入端相连接。X、Y轴方向上的线圈数量根据显示器的尺寸来确定。触摸检测装置结构如图2所示，该触摸检测装置X轴方向由35个线圈、Y轴由30个线圈组成，适用于14英寸显示屏使用。

1．3 触摸屏坐标的确定方法
当用户将触摸笔接近检测装置时，检测装置会感应到信号，触摸信号采用分时扫描的方式进行检测。如图2右侧是触摸点P局部放大图，假如触摸到P点时，在xn、xn+1和Ym、Ym+1线圈上会感应到电磁信号，使得检测端口的信号由零变为非零。首先对X轴方向进行扫描，通过模拟电子开关扫描到Xn上的信号，由CD4051公共输出引脚输出到OUT端，再把信号经放大滤波、电压整流电路后传送到MCU，由MCU完成A／D转换，得到一个电压值Vn；接着扫描到Xn+1上的信号，同样也经过放大、滤波、整流后将信号发送到MCU进行A／D转换得到一个电压值Vn+1。X轴方向上扫描完成后，再扫描Y轴，同理可以在Ym、Ym+1上检测到两个电压值Vm、Vm+1，利用检测到的4个电压值Vn、Vn+1、Vm、Vm+1可计算出触摸坐标，计算公式如下：

其中，Xn，Ym、Xn+1，Ym+1是已知坐标，△Vx、△Vy为已知常数，△Vx是触摸笔在Xn轴上时Vn与Vn+1的差值，△Vy则是触摸笔在Ym轴上时Vm与Vm+1的差值。