利用电阻触摸屏和CPLD实现多点触摸系统
时间:2012-03-05 09:29:09点击:次
触摸屏是成熟的技术，最基本、也是最常用的是4/5线电阻触摸屏。很多标准屏支持多种尺寸，可以选择多种解码模拟解决方案。电阻触摸屏支持多种输入方法，比如手指、触摸笔、手套和指甲等等。电容触摸屏比较适合手指的输入，不太适合指甲、触摸笔和手套的输入。电容屏幕最主要的优势是表面耐用性，成熟的电阻和电容触摸屏限于单点触摸。iTouch等产品则采用了多点触摸技术，多点触摸增加了人机接口，并增加了两路以上的同时输入或者触摸点。静态输入触摸的例子有键盘或者游戏手柄上的Shift键和Control、Alt、Delete功能键等，它们都有多路独立的控制；动态输入的例子有手势、命令、旋转动作或者收缩、扩大等等。使用过多点触摸技术以后，传统的触摸技术就显得太简单了。
多点触摸解码
任何多点触摸解决方案都从触摸屏开始。文中的例子使用NKKSwitch的数字SmartTouch，型号为FTAS225-5.7A-N。
FTAS225-5.7A-N采用了5.7“叠层屏幕，15行×15列，触点分辨率为5mm×7mm。屏幕叠层实际上是15×15的开关矩阵。数字电阻屏叠层使用水平和垂直的铱锡氧化物（ITO）走线。走线之间是分开的，触摸时会使两层短路。
在图1中，垂直寄存器在每一列为每一行进行采样，水平寄存器组成了移位寄存器，阵列每次都被驱动为低电平。图中波形显示了没有触摸时屏幕是怎样解码的。当屏幕上没有点被触摸时，行探测信号保持高电平。当屏幕上第2行第2列被触摸时，导致第二行在C2采样期间被拉低。每次扫描显示屏时，I2C模块向处理器发送8字节数据。
表1 触摸屏的优缺点
图1 单点触摸解码的工作模式
多点触摸解码是怎样工作的呢？图2中的波形显示了三个触点。图中的手指符号表示每一个触点是怎样映射到行列采样信号的。三个触点导致扫描期间出现3个低电平脉冲。在某些3手指触摸条件下，简单解码器会错误地报告出现混叠信号，而后者是不正确的触点解码。3个触点必须呈三角形，其中两个点共享一行，两个点共享一列。图中的红圈画线显示了混叠信号解码脉冲。
图2 多点触摸解码的工作模式
改进后的解码器电路可以减小甚至消除混叠信号。首先，pcb抄板我们要做的是时钟速率提高，通常将时钟速率提高10-100倍。在图3中，I2C时钟从100kHz提高到4MHz。增加了同步移位和采样使能信号（绿色）。 SFT是移位使能信号，SEN是采样时能信号。加入了时序控制模块，支持SFT至SEN延时调整（红色），支持移位使能信号对使能延时调整进行采样。
图3 改进后的电路减小了混叠信号（1）
电路是怎样去掉混叠信号的呢？在实际系统中并没有调整时序，时钟更快一些。RA到RE详细显示了产生混叠信号的触摸屏通路，包括ITO走线阻抗、I到RE。I到RE详细阐述了产生混叠信号的触摸屏通路。如左下部的箭头所示，通过改进采样使能信号，可以消除混叠信号。图5详细显示了延时和时序变化。时钟频率还是比实际例子慢，以方便理解该图。第0列和第5列的采样时序不同，以消除混叠信号。虽然C5 SEN信号比C0 SEN信号滞后，但还是比最初设计短得多。设计人员的目标是根据触摸屏和PCB特性，使每一列和每一行的采样时序足够长，能够正确采样真正的触摸；同时采样时序还要足够短，从而可以忽略混叠信号。
