触摸屏系统应用中的问题及解决方法

   本文以AD7843在触摸屏系统中的一个实际应用为例，重点分析了在使用AD7843的过程中遇到系统资源占用、测量值偏差以及外部干扰等问题，并提出了相应的解决方法。 

    AD7843是ADI公司生产的一种四线式触摸屏控制器，目前广泛应用于电阻式触摸屏输入系统中。尽管ADI公司给出了相关的典型应用和应用注意，但是在实际使用过程中仍然会遇到一些问题，比如怎样用硬件实现AD7843的时序逻辑、如何提高测量、如何抗干扰，以及提高测量可靠性等。 

    AD7843数字转换器在一个12位逐次逼近式比较寄存器(SAR)ADC架构上集成了用于驱动触摸屏的低通阻抗开关。这些器件不使用内部基准电压，当以大于125kSaps的吞吐率运行时的功耗小于1.4mW。它们还带有10KeV到12KeV的模拟输入ESD保护，增强了抗ESD能力，以避免关键的内部系统元件损坏。使用单2.2V 到5.25V的电源工作。 AD7843串行接口的完整操作需要24个DCLK.，前8个脉冲接收8位的命令，并在第6个脉冲的上升沿开始采样，从第9个脉冲开始进入转换阶段，输出12位采样值，转换结束进入空闲阶段。直到24个DCLK结束，CS置高电平，测量结束。此外，AD7843还支持其它的工作方式，这里不予详述。 

    应用实例 

    的硬件接口示意图为一个驱动触摸屏应用，我们的触摸屏是四线电阻屏，它可以等效成水平方向和垂直方向的两个线性电阻。当有键按下时，通过控制AD7843可以测量到触摸位置对应的水平和垂直方向的电压值，进而通过计算得到触摸位置的坐标值。 

    AD7843的控制时序由386EX(属Intel X86系列CPU) 产生。测量命令的发送和测量数据的接收由386EX的同步串口完成。中DCLK信号是由386EX同步串口的发送时钟TXCLK和接收时钟RXCLK经过逻辑转换产生，SSIORX和SSIOTX分别是386EX同步串口的数据接收端和数据发送端。其测量周期的流程如所示。 

    设计中的问题及解决方法 

    1. 占用系统资源问题由上面的例子可知，AD7843的所有控制时序是由软件完成的。而且为了保证时序不被影响，测量周期内不应被中断打断，所以就必须屏蔽中断。这样在实际操作中就遇到了一个问题，在比较频繁地操作触摸屏时，会大量占用CPU的时间，从而影响系统其它任务的执行，例如串口数据因来不及处理而造成数据的丢失甚至通讯中断。为了解决这个问题，我们采用一个逻辑器件EPM7032，由硬件来生成AD7843的控制时序，从而大大减轻了CPU的负担。下面介绍硬件逻辑如何实现。我们将这部分逻辑看作一个芯片，其引脚定义如下： 
    entity AD_ctrl_delay_cmp is 
    Port 
    ( 
    clk:in std_logic;--时钟输入(1.8432MHz) 
    dout: out std_logic;--AD7843的DIN 
    clkout: out std_logic;--AD7843的DCLK信号 
    clkssio:out std_logic;--同步串口的接收时钟 
    cs: in std_logic;--AD7843的片选信号 
    rst: in std_logic-上电复位信号 
    ); 
    end AD_ctrl_delay_cmp; 

    其工作流程是：当有键按下时，CPU(386EX)会将cs置低，CPLD逻辑首先发8个clkout脉冲，在dout脚输出测量X坐标的命令，然后再发16个脉冲，在clkssio脚输出与clkout同步的16个脉冲到386EX的同步串口的接收时钟引脚。386ex此时从同步串口接收到16位数据，取前12位作为实际采样值。然后产生测量Y坐标的时序，与测量X坐标的方法相同。完成测量，再延时一段时间，完成第二次测量，与次测量方法相同。测量两次的目的是为了削除键抖动。386EX的同步串口接收到四次测量数据后将cs置低。 

    其内部逻辑的VHDL完整代码请参见《电子工程专辑》网www.eetchina.com。 

    2. AD7843的测量值有偏差 

    在实际的使用过程还遇到另外一个问题，在按触摸屏的过程中，有时测量出的按键位置有偏差，观察AD7843相关引脚波形发现输入电压有抖动。分析后发现抖动可能由两方面产生： 
    a. AD7843的模拟地与系统的数字地不是一点相连。数字地干扰由公共阻抗耦合到AD7843的模拟地，产生干扰造成抖动。解决办法是模拟地与数字地一点连接。 
    b. 触摸屏在按下和释放过程中有抖动，所以要进行键削抖。采用两次键值比较是一个较好的方法，具体工作原理是连续测量X 、Y坐标值两次，然后进行比较，若相同或相差在允许的误差范围内就认为是有效键，否则为无效键。这里要十分注意的是为了有效地去除抖动，在次测量X、Y坐标和第二次测量X、Y坐标之间一定要有延时，延时应大于触摸屏的抖动时间，抖动的时间在触摸屏的性能指标中有说明。本文中的硬件CPLD逻辑已经实现了两次键值比较的键削抖功能。 

    3. 因外界干扰，触摸屏按键无响应触摸屏在现场应用中有时会出现“死机”现象(触摸屏按键无响应)。分析发现现场环境较恶劣，存在较强的电磁干扰，因此在触摸屏的引脚叠加了高频干扰脉冲，影响了AD7843的正常工作时序，造成AD芯片工作不正常。解决方法是在AD的关键引脚DCLK、DIN、DOUT对地接0.001u的高频滤波电容。 

    将上述解决方法应用到触摸屏系统后，在现场应用一年多，未出现按键无响应、按键坐标值错误等故障，运行良好。