CN101667088A - 一种触摸屏系统及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触摸屏系统及其驱动方法，该系统包括四线电阻触摸屏和主控制处理芯片，四线电阻触摸屏的四根引线分别耦合到主控制处理芯片的四个通用输入/输出引脚；四根引线中的两根引线还分别耦合到主控制处理芯片内的模数转换器。实施本发明的触摸屏系统无需增加专用于处理触摸屏芯片的芯片，降低了生产成本和系统的复杂度，有效地利用了主控制处理器的资源，从而完成了低成本实现低端手机和数码产品触摸屏的驱动，简化了电路板设计和产品体积。

Description

一种触摸屏系统及其驱动方法

技术领域

本发明涉及触摸屏，更具体地说，涉及一种触摸屏系统及其驱动方法。

背景技术

目前很多的触摸技术硬件实现原理是把某个位置的压力或接触转化成有意义的数字坐标，其中典型的触摸技术包括电阻触摸屏、声表面波触摸屏、红外线触摸屏和电容触摸屏，其中，电阻触摸屏本质上就是电阻分压器。它们由两个电阻薄层组成，这两个薄层被非常薄的绝缘层隔开，绝缘层通常以塑料微粒子的形式存在。当你触摸屏幕时，会使两个电阻薄层变形到足以使它们之间发生电气连接。然后由软件通过检测分压器上产生的电压计算出两层的短接位置，并最终确定触摸位置。

然而，现有技术中都需要新增加驱动芯片(如tsc2046，ADS7846等)完成以上的触摸位置的确定，例如图1所示是一种典型的逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)内部工作原理，包含了采样/保持、模数转换、串口数据输出等功能。同时芯片集成有一个2.5V的内部参考电压源、温度检测电路，工作时使用外部时钟。其供电电源电压范围为2.7V～5.5V。参考电压值直接决定ADC的输入范围，参考电压可以使用内部参考电压，也可以从外部直接输入1V～VCC范围内的参考电压(要求外部参考电压源输出阻抗低)。X、Y、Z、VBAT、Temp和AUX模拟信号经过片内的控制寄存器选择后进入ADC，ADC可以配置为单端或差分模式。配置为差分模式，可有效消除由于驱动开关的寄生电阻及外部的干扰带来的测量误差，提高转换准确度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述触摸屏系统需要增加专用处理芯片，成本高，系统复杂度高，以及未充分利用主控制处理芯片的运算能力和资源的缺陷，提供一种触摸屏系统及其驱动方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种触摸屏系统，包括四线电阻触摸屏和主控制处理芯片，所述四线电阻触摸屏的四根引线分别耦合到所述主控制处理芯片的四个通用输入/输出引脚；所述四根引线中的两根引线还分别耦合到所述主控制处理芯片内的模数转换器。

在本发明所述的触摸屏系统中，所述四线电阻触摸屏的X轴正方向引线与所述主控制处理芯片的GPIO1引脚连接并耦合到所述主控制处理芯片的外部中断引脚，所述四线电阻触摸屏的Y轴正方向引线与所述主控制处理芯片的GPIO2引脚连接，所述四线电阻触摸屏的X轴负方向引线与所述主控制处理芯片的GPIO3引脚连接，所述四线电阻触摸屏的Y轴负方向引线与所述主控制处理芯片的GPIO4引脚连接，同时，所述X轴负方向引线和Y轴负方向引线耦合到所述主控制处理芯片内的模数转换器。

在本发明所述的触摸屏系统中，所述X轴负方向引线和Y轴负方向引线均耦合到主控制处理芯片内部的同一个模数转换器。

在本发明所述的触摸屏系统中，所述X轴正方向引线通过电阻R2耦合到所述主控制处理芯片的外部中断引脚。

在本发明所述的触摸屏系统中，所述X轴负方向引线通过电阻R3耦合到所述模数转换器，所述Y轴负方向引线通过电阻R4耦合到所述主控制处理芯片内的模数转换器。

在本发明所述的触摸屏系统中，所述X轴负方向引线耦合所述主控制处理芯片内部的第一模数转换器，所述Y轴负方向引线耦合到所述主控制处理芯片内部的第二模数转换器。

在本发明所述的触摸屏系统中，所述X轴正方向引线耦合到电源VDD。

根据本发明的另一个方面，提供一种针对触摸屏系统的触摸屏驱动方法，包括以下步骤：

S1：按压所述四线电阻触摸屏，触发所述主控制处理芯片的外部中断引脚产生中断信号；

S2：将所述GPIO1和GPIO3引脚设置为高阻态，所述GPIO2引脚设为输出高电平，所述GPIO4引脚输出低电平；

S3：所述主控制处理芯片读取所述模数转换器的输出值，以计算与所述按压相对应的四线电阻触摸屏的Y轴坐标值；

S4：将所述GPIO2和GPIO4引脚设置为高阻态，所述GPIO1引脚设为输出高电平，所述GPIO3引脚输出低电平；

S5：所述主控制处理芯片读取所述模数转换器的输出值，以计算与所述按压相对应的四线电阻触摸屏的X轴坐标值。

在本发明所述的触摸屏驱动方法中，在所述步骤S1中，在按压所述四线电阻触摸屏之前，将所述GPIO1引脚、GPIO2引脚和GPIO3引脚均设置为高阻态，所述GPIO4引脚设为输出低电平。

在本发明所述的触摸屏驱动方法中，所述步骤S3包括以下步骤：

S31：所述模数转换器接收触摸电压，并将其转换成数字信号输出；

S32：所述主控制处理芯片读取所述数字信号，并计算与所述触摸电压相对应的四线电阻触摸屏的Y轴坐标值。

在本发明所述的触摸屏驱动方法中，所述步骤S5包括以下步骤：

S51：所述模数转换器接收触摸电压，并将其转换成数字信号输出；

S52：所述主控制处理芯片读取所述数字信号，并计算与所述触摸电压相对应的四线电阻触摸屏的X轴坐标值。

实施本发明的触摸屏系统及其驱动方法，具有以下有益效果：无需增加专用于处理触摸屏芯片的芯片，降低了生产成本和系统的复杂度，有效地利用了主控制处理器的资源，从而完成了低成本实现低端手机和数码产品触摸屏的驱动，简化了电路板设计和产品体积。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术触摸屏系统的逐次逼近型模数转换器的电路原理图；

图2是本发明触摸屏系统第一实施例的电路原理图；

图3是本发明触摸屏系统第二实施例的电路原理图。

具体实施方式

本发明的触摸屏系统及其驱动方法的技术方案主要是针对目前使用触摸屏芯片的电子产品需要专用驱动芯片驱动触摸屏，然而对于要求不是很严格的手机产品，主控制处理器也有一定的运算处理能力，却未得到有效的利用。

因此，如图2和3所示，在本发明的触摸屏系统两个实施例中，其包括四线电阻触摸屏2和主控制处理芯片，该四线电阻触摸屏2的四根引线分别耦合到主控制处理芯片的四个通用输入/输出引脚；另外，为了计算触摸坐标，该四根引线中的两根引线还分别耦合到主控制处理芯片内的模数转换器。对于四线电阻触摸屏2的电气结构，其下电路层包含排列在一个方向上的两个平行金属棒，以及在该两根金属棒之间延伸的两个电阻ITO涂层。上电路层包含与该两根金属棒垂直的另外两根金属棒。下电路层和上电路层被一个包含垫片点矩阵的柔性垫片层隔开。为了检测触摸，主控制处理器在两个平行金属棒之间施加一个电压，在介于其间的电阻ITO涂层中形成一个电压梯度。然后用另外两个平行金属棒作为电压探针点。在发生触摸时，两个电阻ITO涂层在触摸点上被短路。第一电阻ITO涂层上这一点的电压被传递到第二电阻ITO涂层。在另一组平行金属棒之间形成一个对应的电压，并且通过相应的引线传递到主控制处理器。主控制处理器从四线电阻触摸屏2上读出的电压，确定触摸的执行时间，并且计算出跨越前两个平行金属棒的电压的(X，Y)坐标。为了测量X坐标，对与之对应的两根相互平行的金属棒施加一个电压梯度.为了测量Y坐标，对与之对应的另外两根相互平行的金属棒施加一个电压梯度。所以，对于图2和3中的触摸屏是四线电阻触摸屏2的简单的等效电路原理图。四线电阻触摸屏2的四根引线分别定义为X轴正方向引线、Y轴正方向引线、X轴负方向引线和Y轴负方向引线。与该四根引线连接的四个通用输入/输出引脚定义为GPIO1引脚、GPIO2引脚、GPIO3引脚和GPIO4引脚。另外，该四根引线还将触摸电压输出传递给主控制处理器内部集成的模数转换器ADC，接着模数转换器ADC将得到得模拟电压转换成数字形成，然后主控制处理器根据模数转换器ADC转换而成的数字信号，计算出触摸坐标。

如图2所示的触摸屏系统的第一实施例中，四线电阻触摸屏2的X轴正方向引线与主控制处理芯片的GPIO1引脚连接并耦合到主控制处理芯片的外部中断引脚，四线电阻触摸屏的Y轴正方向引线与主控制处理芯片的GPIO2引脚连接，四线电阻触摸屏的X轴负方向引线与主控制处理芯片的GPIO3引脚连接，四线电阻触摸屏的Y轴负方向引线与主控制处理芯片的GPIO4引脚连接，同时，X轴负方向引线和Y轴负方向引线耦合到主控制处理芯片内的模数转换器。其中，X轴负方向引线和Y轴负方向引线均耦合到主控制处理芯片内部的同一个模数转换器；X轴正方向引线通过电阻R2耦合到主控制处理芯片的外部中断EINT引脚；X轴负方向引线通过电阻R3耦合到模数转换器ADC，Y轴负方向引线通过电阻R4耦合到主控制处理芯片内的模数转换器ADC；X轴正方向引线还通过电阻R1耦合到主控制处理器的电源VDD引脚。

如图3所示的触摸屏系统的第二实施例中，四线电阻触摸屏2的X轴正方向引线与主控制处理芯片的GPIO1引脚连接并耦合到主控制处理芯片的外部中断引脚，四线电阻触摸屏的Y轴正方向引线与主控制处理芯片的GPIO2引脚连接，四线电阻触摸屏的X轴负方向引线与主控制处理芯片的GPIO3引脚连接，四线电阻触摸屏的Y轴负方向引线与主控制处理芯片的GPIO4引脚连接，同时，X轴负方向引线和Y轴负方向引线耦合到主控制处理芯片内的模数转换器。其中，X轴负方向引线耦合主控制处理芯片内部的第一模数转换器ADC1，Y轴负方向引线耦合到主控制处理芯片内部的第二模数转换器ADC2；X轴正方向引线还通过电阻R1耦合到主控制处理器的电源VDD引脚。

本发明的技术方案通过节省触摸屏驱动芯片，低成本实现低端手机和数码产品触摸屏的驱动，简化了电路板的设计和产品的体积。另外，本发明的技术方案所用的主控制处理器的GPIO引脚、外部中断引脚和连接模数转换器的检测引脚是可以更换的，同时本发明的技术方案也可以不使用中断方式，采用例如轮询的方式实现。

对于图2和3两个是实施例的触摸屏系统的触摸屏驱动方法包括三个状态，状态一为准备状态，此时没有对四线电阻触摸屏2施加按压，状态二为扫描Y轴的状态，此状态是获取四线电阻触摸屏2被按下的X轴坐标值，状态三为扫描X轴的状态，此状态是获取触摸屏被按下的Y轴的坐标值。

具体工作原理步骤为：

S1：将GPIO1引脚、GPIO2引脚和GPIO3引脚均设置为高阻态，并将GPIO4引脚设为输出低电平，按压四线电阻触摸屏2，触发主控制处理芯片的外部中断EINT引脚产生中断信号，即外部中断EINT引脚由高电平变为低电平，从而产生中断。

S2：将GPIO1和GPIO3引脚设置为高阻态，并将GPIO2引脚设为输出高电平，GPIO4引脚输出低电平；

S3：模数转换器(对于第一实施例是模数转换器ADC，对于第二实施例是第二模数转换器ADC2)接收触摸电压，并将其转换成数字信号输出；主控制处理芯片读取所述数字信号，并计算与触摸电压相对应的四线电阻触摸屏的Y轴坐标值。该主控制处理芯片读取模数转换器的输出值，以计算与按压相对应的四线电阻触摸屏上的Y轴坐标值；

S4：将GPIO2和GPIO4引脚设置为高阻态，并将GPIO1引脚设为输出高电平，GPIO3引脚输出低电平；

S5：模数转换器(对于第一实施例是模数转换器ADC，对于第二实施例是第一模数转换器ADC1)接收触摸电压，并将其转换成数字信号输出；主控制处理芯片读取该数字信号，并计算与触摸电压相对应的四线电阻触摸屏的X轴坐标值。

Claims (10)

1、一种触摸屏系统，包括四线电阻触摸屏和主控制处理芯片，其特征在于，所述四线电阻触摸屏的四根引线分别耦合到所述主控制处理芯片的四个通用输入/输出引脚；所述四根引线中的两根引线还分别耦合到所述主控制处理芯片内的模数转换器。

2、根据权利要求1所述的触摸屏系统，其特征在于，所述四线电阻触摸屏的X轴正方向引线与所述主控制处理芯片的GPIO1引脚连接并耦合到所述主控制处理芯片的外部中断引脚，所述四线电阻触摸屏的Y轴正方向引线与所述主控制处理芯片的GPIO2引脚连接，所述四线电阻触摸屏的X轴负方向引线与所述主控制处理芯片的GPIO3引脚连接，所述四线电阻触摸屏的Y轴负方向引线与所述主控制处理芯片的GPIO4引脚连接，同时，所述X轴负方向引线和Y轴负方向引线还耦合到所述主控制处理芯片内的模数转换器。

3、根据权利要求2所述的触摸屏系统，其特征在于，所述X轴负方向引线和Y轴负方向引线均耦合到主控制处理芯片内部的同一个模数转换器。

4、根据权利要求3所述的触摸屏系统，其特征在于，所述X轴正方向引线通过电阻R2耦合到所述主控制处理芯片的外部中断引脚；所述X轴负方向引线通过电阻R3耦合到所述模数转换器，所述Y轴负方向引线通过电阻R4耦合到所述主控制处理芯片内的模数转换器。

5、根据权利要求2所述的触摸屏系统，其特征在于，所述X轴负方向引线耦合所述主控制处理芯片内部的第一模数转换器，所述Y轴负方向引线耦合到所述主控制处理芯片内部的第二模数转换器。

6、根据权利要求2～5任一所述的触摸屏系统，其特征在于，所述X轴正方向引线还耦合到所述主控制处理器的电源VDD引脚。

7、一种针对如权利要求2所述的触摸屏系统的触摸屏驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：按压所述四线电阻触摸屏，触发所述主控制处理芯片的外部中断引脚产生中断信号；

S2：将所述GPIO1和GPIO3引脚设置为高阻态，所述GPIO2引脚设为输出高电平，所述GPIO4引脚输出低电平；

S3：所述主控制处理芯片读取所述模数转换器的输出值，以计算与所述按压相对应的四线电阻触摸屏的Y轴坐标值；

S4：将所述GPIO2和GPIO4引脚设置为高阻态，所述GPIO1引脚设为输出高电平，所述GPIO3引脚输出低电平；

S5：所述主控制处理芯片读取所述模数转换器的输出值，以计算与所述按压相对应的四线电阻触摸屏的X轴坐标值。

8、根据权利要求7所述的触摸屏驱动方法，其特征在于，在所述步骤S1中，在按压所述四线电阻触摸屏之前，将所述GPIO1引脚、GPIO2引脚和GPIO3引脚均设置为高阻态，所述GPIO4引脚设为输出低电平。

9、根据权利要求7所述的触摸屏驱动方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

S31：所述模数转换器接收触摸电压，并将其转换成数字信号输出；

S32：所述主控制处理芯片读取所述数字信号，并计算与所述触摸电压相对应的四线电阻触摸屏的Y轴坐标值。

10、根据权利要求7所述的触摸屏驱动方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下步骤：

S51：所述模数转换器接收触摸电压，并将其转换成数字信号输出；

S52：所述主控制处理芯片读取所述数字信号，并计算与所述触摸电压相对应的四线电阻触摸屏的X轴坐标值。

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