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本文以AD7843在觸摸屏系統(tǒng)中的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用為例,重點(diǎn)分析了在使用AD7843的過(guò)程中遇到系統(tǒng)資源占用、測(cè)量值偏差以及外部干擾等問(wèn)題,并提出了相應(yīng)的解決方法。
AD7843是ADI公司生產(chǎn)的一種四線(xiàn)式觸摸屏控制器,目前廣泛應(yīng)用于電阻式觸摸屏輸入系統(tǒng)中。盡管ADI公司給出了相關(guān)的典型應(yīng)用和應(yīng)用注意,但是在實(shí)際使用過(guò)程中仍然會(huì)遇到一些問(wèn)題,比如怎樣用硬件實(shí)現(xiàn)AD7843的時(shí)序邏輯、如何提高測(cè)量精度、如何抗干擾,以及提高測(cè)量可靠性等。
AD7843數(shù)字轉(zhuǎn)換器在一個(gè)12位逐次逼近式比較寄存器(SAR)ADC架構(gòu)上集成了用于驅(qū)動(dòng)觸摸屏的低通阻抗開(kāi)關(guān)。這些器件不使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓,當(dāng)以大于125kSaps的吞吐率運(yùn)行時(shí)的最大功耗小于。它們還帶有10KeV到12KeV的模擬輸入ESD保護(hù),增強(qiáng)了抗ESD能力,以避免關(guān)鍵的內(nèi)部系統(tǒng)元件損壞。使用單 到的電源工作。
AD7843串行接口的一次完整操作需要24個(gè)DCLK.,前8個(gè)脈沖接收8位的命令,并在第6個(gè)脈沖的上升沿開(kāi)始采樣,從第9個(gè)脈沖開(kāi)始進(jìn)入轉(zhuǎn)換階段,輸出12位采樣值,轉(zhuǎn)換結(jié)束進(jìn)入空閑階段。直到24個(gè)DCLK結(jié)束,CS置高電平,一次測(cè)量結(jié)束。此外,AD7843還支持其它的工作方式,這里不予詳述。
應(yīng)用實(shí)例
圖1的硬件接口示意圖為一個(gè)驅(qū)動(dòng)觸摸屏應(yīng)用,我們的觸摸屏是四線(xiàn)電阻屏,它可以等效成水平方向和垂直方向的兩個(gè)線(xiàn)性電阻。當(dāng)有鍵按下時(shí),通過(guò)控制AD7843可以測(cè)量到觸摸位置對(duì)應(yīng)的水平和垂直方向的電壓值,進(jìn)而通過(guò)計(jì)算得到觸摸位置的坐標(biāo)值。
AD7843的控制時(shí)序由386EX(屬I(mǎi)ntel X86系列CPU) 產(chǎn)生。測(cè)量命令的發(fā)送和測(cè)量數(shù)據(jù)的接收由386EX的同步串口完成。圖1中DCLK信號(hào)是由386EX同步串口的發(fā)送時(shí)鐘TXCLK和接收時(shí)鐘RXCLK經(jīng)過(guò)邏輯轉(zhuǎn)換產(chǎn)生,SSIORX和SSIOTX分別是386EX同步串口的數(shù)據(jù)接收端和數(shù)據(jù)發(fā)送端。其一次測(cè)量周期的流程如圖2所示。
設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方法
1. 占用系統(tǒng)資源問(wèn)題
由上面的例子可知,AD7843的所有控制時(shí)序是由軟件完成的。而且為了保證時(shí)序不被影響,一次測(cè)量周期內(nèi)不應(yīng)被中斷打斷,所以就必須屏蔽高級(jí)中斷。這樣在實(shí)際操作中就遇到了一個(gè)問(wèn)題,在比較頻繁地操作觸摸屏?xí)r,會(huì)大量占用CPU的時(shí)間,從而影響系統(tǒng)其它任務(wù)的執(zhí)行,例如串口數(shù)據(jù)因來(lái)不及處理而造成數(shù)據(jù)的丟失甚至通訊中斷。為了解決這個(gè)問(wèn)題,我們采用一個(gè)邏輯器件EPM7032,由硬件來(lái)生成AD7843的控制時(shí)序,從而大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān)。下面介紹硬件邏輯如何實(shí)現(xiàn)。我們將這部分邏輯看作一個(gè)芯片,其引腳定義如下:
entity AD_ctrl_delay_cmp is
Port
(
clk:in std_logic;--時(shí)鐘輸入()
dout: out std_logic;--AD7843的DIN
clkout: out std_logic;--AD7843的DCLK信號(hào)
clkssio:out std_logic;--同步串口的接收時(shí)鐘
cs: in std_logic;--AD7843的片選信號(hào)
rst: in std_logic-上電復(fù)位信號(hào)
);
end AD_ctrl_delay_cmp;
其工作流程是:當(dāng)有鍵按下時(shí),CPU(386EX)會(huì)將cs置低,CPLD邏輯首先發(fā)8個(gè)clkout脈沖,在dout腳輸出測(cè)量X坐標(biāo)的命令,然后再發(fā)16個(gè)脈沖,在clkssio腳輸出與clkout同步的16個(gè)脈沖到386EX的同步串口的接收時(shí)鐘引腳。386ex此時(shí)從同步串口接收到16位數(shù)據(jù),取前12位作為實(shí)際采樣值。然后產(chǎn)生測(cè)量Y坐標(biāo)的時(shí)序,與測(cè)量X坐標(biāo)的方法相同。完成一次測(cè)量,再延時(shí)一段時(shí)間,完成第二次測(cè)量,與第一次測(cè)量方法相同。測(cè)量?jī)纱蔚哪康氖菫榱讼鞒I抖動(dòng)。386EX的同步串口接收到四次測(cè)量數(shù)據(jù)后將cs置低。
其內(nèi)部邏輯的VHDL完整代碼請(qǐng)參見(jiàn)《電子工程專(zhuān)輯》網(wǎng)站。
2. AD7843的測(cè)量值有偏差
在實(shí)際的使用過(guò)程還遇到另外一個(gè)問(wèn)題,在按觸摸屏的過(guò)程中,有時(shí)測(cè)量出的按鍵位置有偏差,觀(guān)察AD7843相關(guān)引腳波形發(fā)現(xiàn)輸入電壓有抖動(dòng)。分析后發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)可能由兩方面產(chǎn)生:
a. AD7843的模擬地與系統(tǒng)的數(shù)字地不是一點(diǎn)相連。數(shù)字地干擾由公共阻抗耦合到AD7843的模擬地,產(chǎn)生干擾造成抖動(dòng)。解決辦法是模擬地與數(shù)字地一點(diǎn)連接。
b. 觸摸屏在按下和釋放過(guò)程中有抖動(dòng),所以要進(jìn)行鍵削抖。采用兩次鍵值比較是一個(gè)較好的方法,具體工作原理是連續(xù)測(cè)量X 、Y坐標(biāo)值兩次,然后進(jìn)行比較,若相同或相差在允許的誤差范圍內(nèi)就認(rèn)為是有效鍵,否則為無(wú)效鍵。
這里要十分注意的是為了有效地去除抖動(dòng),在第一次測(cè)量X、Y坐標(biāo)和第二次測(cè)量X、Y坐標(biāo)之間一定要有延時(shí),延時(shí)應(yīng)大于觸摸屏的抖動(dòng)時(shí)間,抖動(dòng)的時(shí)間在觸摸屏的性能指標(biāo)中有說(shuō)明。本文中的硬件CPLD邏輯已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了兩次鍵值比較的鍵削抖功能。
3. 因外界干擾,觸摸屏按鍵無(wú)響應(yīng)
觸摸屏在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象(觸摸屏按鍵無(wú)響應(yīng))。分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較惡劣,存在較強(qiáng)的電磁干擾,因此在觸摸屏的引腳疊加了高頻干擾脈沖,影響了AD7843的正常工作時(shí)序,造成AD芯片工作不正常。解決方法是在AD的關(guān)鍵引腳DCLK、DIN、DOUT對(duì)地接的高頻濾波電容。
將上述解決方法應(yīng)用到觸摸屏系統(tǒng)后,在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用一年多,未出現(xiàn)按鍵無(wú)響應(yīng)、按鍵坐標(biāo)值錯(cuò)誤等故障,運(yùn)行良好。
作者:張井剛,鄭建幅
控制技術(shù)開(kāi)發(fā)部
Email: buaazhangjg@
廣州愛(ài)斯佩克環(huán)境儀器有限公司
