系統架構和設計

觸摸屏解決方案的主要組件包括觸摸屏面板、觸摸屏控制器(TSC)、顯示面板和主處理器，如圖3所示，主處理器可以是一個低端的微控制器。主處理器利用一線或兩線接口協議(I2C/SPI)管理觸摸屏控制器的初始化，以及讀取數字坐標數據。主處理器還負責把用戶觸摸轉換成所需的操作，如音量調節、圖片更換或書寫顯示。大多數消費電子產品都有顯示面板，同一顯示面板上可顯示人機互動圖標。

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圖 3:電阻式觸感解決方案結構圖

設計一個帶觸感用戶界面的應用系統，設計復雜性取決于觸摸屏分辨率的要求。觸摸屏分辨率還取決于觸摸屏控器的模數轉換器分辨率。另一個重要因素是觸摸屏控制器的功耗，建議選用一個具有中斷功能和低功耗待機模式的控制器。當沒有觸摸操作時，控制器進入低功耗的待機狀態，以節省電能；當檢測到觸摸事件時，控制器將會喚醒，執行觸摸電壓解碼功能。這個功能成為便攜設備的一個基本要求，因為便攜設備電池中的每庫侖電量都非常寶貴。

選用一個內置緩存的觸摸屏控制器對于頻繁的觸摸檢測應用十分有益。例如，書寫是連續的觸摸操作，如果觸摸屏控制器包括一個FIFO緩存，那么可以在FIFO緩存裝滿后再進行數據處理，這可降低主處理器的處理開銷。當屏幕較大(>6英寸)時，觸摸屏導電板拾起的噪聲會影響觸摸屏的精度，在觸摸屏上(在X+/X-、Y+/Y-軸)增加電容器，可降低高頻噪聲。

一個電阻觸摸屏實例

為了弄明白電阻式觸感解決方案的原理，我們分析一個現成的低成本手寫板解決方案(圖 4)。在這個實例中，電阻觸摸屏控制器采用ST的先進STMPE811控制器，主處理器采用ST的STM32高密度32位微控制器。

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圖 4:手寫板解決方案

該解決方案讓用戶在TFT-LCD面板上感受實時手寫的妙處。在一個4線電阻式觸摸屏上，手寫筆的X和Y坐標被映射到TFT-LCD面板內的一個線繪上。在現有的手寫板設計中，2.4英寸觸摸屏安裝到2.4英寸(QVGA分辨率)TFT-LCD面板上。大多數手機和PDA都采用低分辨率的顯示屏。為確保觸摸檢測坐標精確映射到顯示屏上，應特別注意觸摸屏和顯示面板的分辨率。沿觸摸屏電阻軸(X/Y)的觸摸坐標變化是另一個重要考慮因素，這個問題與觸摸屏的品牌有關。在某些觸摸屏上，從觸摸屏控制器取得的坐標值沿觸摸屏的軸從上向下逐漸變小，反之亦然。

在本例中，觸摸屏控制器通過I2C協議接口連接32位微控制器。TFT-LCD面板通過微控制器的靈活接口(FSMC)與微控制器相連，通過微控制器配置觸摸屏控制器的各種參數，如模數轉換器采樣速度和平均值。除I2C協議接口外，觸摸屏控制器提供一個輸出中斷引腳，用于向主處理器發起觸感檢測中斷請求。該中斷引腳與微控制器的外部中斷端口引腳相連。本解決方案采用的觸摸屏控制器包括一個12位模數轉換器和一個可暫存128個觸摸數據集的FIFO緩存。當觸摸屏控制器檢測到觸摸事件時，微控制器就會從外部中斷端口引腳收到一個中斷請求，然后通過I2C協議讀取觸摸屏控制器FIFO緩存內的數據。每個X軸和Y軸坐標數據都使用一個12位數值。從觸摸屏坐標到像素顯示屏坐標的軟件映射，計算基數是顯示器面板的分辨率和觸摸屏的分辨率。微控制器處理TFT-LCD像素顯示器的坐標，然后顯示相應的TFT-LCD像素。12位模數轉換器的分辨率完全夠用。因此，可以獲得非常精確的觸點，這可以讓連續的像素發光，為用戶提供實時的線繪感覺(圖5)。

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圖 5:手寫板實現流程

因為觸摸屏控制器內置FIFO緩存，管理微控制器處理開銷變得很容易。此外，還可在顯示面板的一側顯示彩色表格。文本的顏色可以選擇，只要點擊表格中的一種顏色，下一個線繪就會變成所選顏色。該方案還提供一個清除按鈕的圖標，當屏幕充滿內容時，觸摸這個按鈕可清理屏幕。利用這種方式，設計人員可輕松實現一個畫筆功能。這個應用可能是孩子畫畫工具箱的基礎。