基于单片机的触摸屏坐标定位系统设计

摘 要 介绍了电阻式触摸屏的工作原理及坐标定位方法，分析了触摸屏与内置A/D转换器的单片机C8051F121的接口技术，提出通过模拟多路开关对电极电压控制的方法，實现了对四线电阻式触摸屏准确、快速的坐标定位。实际应用表明系统结构简单、性能可靠、功耗低、实用性强。

【关键词】电阻式触摸屏 坐标定位 C8051F

电阻式触摸屏具有分辨率高，灵敏度好，价格便宜，受环境影响小等优点，是工业控制系统中使用最多一种的触摸屏。将触摸屏与单片机接口，可以使系统的人机界面更加友好，操作更加快捷、方便。应用电阻式触摸屏，最先遇到的一个重要问题是如何准确、快速的定位触摸坐标，因此设计一个简单、实用的触摸屏坐标定位系统成为应用中需要解决的关键问题。

1 触摸屏坐标定位系统设计

本系统以AMT9532四线电阻式触摸屏与单片机接口。CPU选用高速SOC 单片机C8051F121。考虑到C8051F121芯片内集成了A/D转换器、电压比较器等功能部件，本系统采用触摸屏直接与单片机接口的方式，通过单片机内置的A/D转换器读取X方向和Y方向的电压值并通过I/O口的输出控制触摸屏电极电压的切换，系统结构图如图1所示。

要实现C8051F121单片机对坐标定位系统的控制，需要解决以下两大问题。第一，如何做到微功耗。第二，按压触摸屏时，如何产生中断。下面将逐一进行分析。

1.1 低功耗设计

在某点按压触摸屏时，上、下电阻层接通。如图2所示，V1端为直流电压3.3V输入，电流流过电阻R、二极管D、X方向电阻段R1和Y方向电阻段R4，最后通过电极Y-接地。

按压位置不同，接入回路的触摸屏电阻也随之改变，考虑到AMT9532触摸屏在X方向和Y方向的电阻值之和小于1K欧姆，在电路中接入阻值为100K欧姆的电阻，使得线路总阻值大约在100K～101K欧姆之间，此时不同的按压位置对线路总阻值的影响并不大，可以使回路电流I保持在33μA左右。

1.2 中断请求电路设计

本系统采用中断的方式处理按压位置的坐标计算，中断请求电路的设计如图2所示。V1端为直流电压3.3V输入，二极管D选用导通压降较小的锗管（导通压降约为0.2V），中断请求信号Vint从电阻R和二级管D之间引出，接入C8051F121单片机的片内比较器CP的输入端。

未按压触摸屏时，由于X方向上的电极X-处于悬空状态，X方向上的电阻层没有电流，因此，Vint处的电压约为V1的输入电压3.3V；有按压时，由于回路电流I约为33μA，触摸屏电阻上的压降小于33mV，此时，从Vint处读出的电压基本上等于二极管的导通压降0.2V。对比以上两种情况可见，触摸信号会使Vint处的电压产生一个下降沿，在本电路中正是通过这个下降沿触发中断。

为了使电路的性能更加可靠并充分利用C8051F121单片机的内部资源，在本系统中，由单片机内部的D/A转换器输出一个基准电压，把D/A转换器的输出与中断信号Vint接入单片机内部比较器的两个输入端，当Vint的值小于基准电压时，使比较器的输出触发中断。CPU响应后，先使V1端的输入电压清零，然后通过切换各电极电压来判定按压位置。

2 硬件实现

来自C8051F121CPU输出引脚的控制信号加到两片模拟多路开关的地址代码输入端，控制不同状态下加在各电极上的电压。由于多路模拟开关74VHC4052的驱动能力不够大，不足以提供触摸屏的工作电流，因此在触摸屏四个电极的电压输入端需接三极管以提高驱动能力。由于C8051F121单片机内部有两个8通道的AD转换器，足以提供4个通道将各电极电压通过AD转换器读出其实际值。

由于计算的数据均来自两个输出值的差，有效的消除了驱动电压变化以及三极管导通压降不一致等因素对运算结果的影响，确保了坐标定位的准确性，大大提高了系统的抗干扰能力。

3 结束语

在理解触摸屏控制原理的基础上，讨论了坐标定位系统设计过程中需要解决的问题并给出设计方法。此设计简单实用，成本低，在菜单式选择触摸屏等控制系统中能够方便、可靠地实现坐标定位功能，是触摸屏与单片机接口技术的一种创新。

参考文献

[1]朱维安，郑寿云，陈莉.电容触摸屏的坐标定位分析[J].电子测量技术，2009，32（05）：13-16.

[2]郑戍华，王向周，南顺成，王渝.电阻式触摸屏在智能仪表中的应用[J].仪表技术与传感器，2003（01）：35-37.

作者简介

刘隆吉（1985-），女，山东省淄博市人。硕士学位。现为青岛港湾职业技术学院讲师。主要研究方向为控制理论与控制工程。

作者单位

青岛港湾职业技术学院电气工程系 山东省青岛市 266404