CN102981688A

CN102981688A - 一种五线电阻屏控制电路及电压采样电路

Info

Publication number: CN102981688A
Application number: CN 201210468252
Authority: CN
Inventors: 黄善兵; 甘彦君
Original assignee: Shenzhen Xinguodu Tech Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Xinguodu Tech Co Ltd
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-11-19
Also published as: CN102981688B

Abstract

本发明公开一种五线电阻屏控制电路及电压采样电路，其包括有：一五线电阻屏，其包括有一阻性层及一导电层；一多路选择模块，其多路输入端分别为高电平端及低电平端，其多路输出端分别连接五线电阻屏的阻性层的左上角、右上角、左下角及右下角；一脉冲产生电路，所述导电层所采集的电压信号经过一运放电路处理后而传输至脉冲产生电路的第一输入端，该导电层所采集的电压信号还传输至脉冲产生电路的第二输入端，所述脉冲产生电路用于将其第一输入端和第二输入端的两个电压信号转换为脉冲信号且传输至一Σ-ΔADC转换器的电压采样端口。本发明相比现有技术而言，极大地降低了电子产品的整机成本，适合电子产品的批量化生产。

Description

一种五线电阻屏控制电路及电压采样电路

技术领域

本发明涉及触摸屏技术领域，尤其涉及一种五线电阻屏控制电路及电压采样电路。

背景技术

随着科学技术的进步和社会的发展，越来越多的电子产品逐渐走进人们的日常生活。与此同时，人们对电子产品的人性化设计及人机交互功能的要求也越来越高，于是，通过工程师们的不断创新，触摸屏类产品应运而生。使用触摸屏的过程中，可以通过手指的触摸而进行操作，这种操作方法因更为简单、更为直观而越来越受到人们的青睐。目前，从铺天盖地的触屏手机、触屏平板电脑以及各种触屏的电子产品中可以看出，越来越多的产品将走向触屏时代。

目前，多数产品中主要用到两种触摸屏：电阻触摸屏和电容触摸屏。其中，电阻屏按材质构成的不同，主要分为四线电阻屏和五线电阻屏两种。五线电阻屏的使用寿命比四线电阻屏长，而其他参数又与四线电阻屏基本相同，所以五线电阻屏相对四线电阻屏会得到更加广泛的应用。五线电阻屏在应用中，主要使用了五线电阻屏控制芯片，这种芯片集成了五线电阻屏的控制电路和ADC转换电路，应用过程中，可以通过该触摸屏控制芯片而完成坐标扫描，并从控制芯片中读出经过ADC转换的采样信号，确定触摸屏上所触摸的坐标。尽管触摸屏控制芯片的功能较为齐全，但是其价格较高，一般需要七到八美元，即使采用传统的逐次比较型的16位ADC转换器，其成本也达到五美元左右，这种价格高昂的控制芯片，为电子产品的批量化生产增加了很大的成本负担。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种五线电阻屏控制电路及电压采样电路，以降低电子产品的整机成本。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种五线电阻屏控制电路及电压采样电路，其包括有：一五线电阻屏，其包括有一阻性层及一导电层；一多路选择模块，其多路输入端分别为高电平端及低电平端，其多路输出端分别连接五线电阻屏的阻性层的左上角、右上角、左下角及右下角，该多路选择模块用于将其多路输入端和多路输出端选通，使五线电阻屏的阻性层产生横向坐标电压信号和纵向坐标电压信号；一脉冲产生电路，所述导电层所采集的电压信号经过一运放电路处理后而传输至脉冲产生电路的第一输入端，该导电层所采集的电压信号还传输至脉冲产生电路的第二输入端，所述脉冲产生电路用于将其第一输入端和第二输入端的两个电压信号转换为脉冲信号且传输至一Σ-ΔADC转换器的电压采样端口。

优选地，所述多路选择模块包括有第一多路选择器及第二多路选择器，其中：所述第一多路选择器的输出端X0及输出端X1均连接阻性层左上角，输出端Y0及输出端Z1均连接阻性层右上角，输出端Y1及输出端Z0均连接阻性层左下角，其输入端X及输入端Y均为高电平端，输入端Z为低电平端，其控制端A、控制端B及控制端C相互连接后作为第一控制端而连接至CPU的I/O口，其使能端EN用于输入使能控制信号；所述第二多路选择器的输出端Y1连接阻性层右下角，其输入端Y为低电平端，其控制端B作为第二控制端而连接至CPU的I/O口，其使能端EN接地。

优选地，所述第二多路选择器还构成脉冲产生电路，该第二多路选择器的输出端X1和输出端X0分别作为脉冲产生电路的第一输入端和第二输入端，该第二多路选择器的输入端X作为脉冲产生电路的输出端而连接至Σ-ΔADC转换器的电压采样端口，该第二多路选择器的控制端B作为ADC控制信号输入端而连接至CPU的I/O口。

优选地，所述运放电路包括有一运算放大器，所述运算放大器的同相端通过第八电阻的而连接至3.3V/2电源端，其反相端连接有第九电阻，该第九电阻的另一端为运放电路的输入端，该运算放大器的输出端连接至脉冲产生电路的第一输入端，该运算放大器的反相端和输出端之间连接有一反馈电阻。

优选地，该电路还包括有一电压跟随电路，其输入端连接于导电层，其输出端分别连接至CPU外部中断引脚、运放电路的输入端和脉冲产生电路的第二输入端。

优选地，所述电压跟随电路包括有一电压跟随器，所述电压跟随器的同相端连接至导电层，其输出端与反相端相连且二者的连接点连接有第七电阻，该第七电阻的另一端作为电压跟随器的输出端，该电压跟随器的输出端还通过第四电容接地。

优选地，该电路还包括有一启动控制模块，其输入端连接于CPU的I/O口，其输出端连接于导电层，用于执行CPU的控制指令而启动或者锁定五线电阻屏。

优选地，所述启动控制模块设有一使能控制端，该使能控制端用于输出使能控制信号至多路选择模块的使能端EN。

优选地，所述启动控制模块包括有一NPN管及一PNP管，所述NPN管的集电极为使能控制端，该集电极还通过第一电阻而连接至高电平端，所述NPN管的发射极接地，其基极还通过第二电阻及第三电阻而连接至PNP管的基极，该PNP管的发射极连接至高电平端，其集电极通过第四电阻而连接至导电层，所述导电层还连接CPU外部中断引脚，所述第二电阻与第三电阻的连接点作为启动控制模块的输入端。

优选地，所述第一多路选择器及第二多路选择器的芯片型号均为74HC4053。

本发明公开的五线电阻屏控制电路及电压采样电路中，采用简单的多路选通的方法而实现了对五线电阻屏的控制，同时，采用Σ-ΔADC转换器将按压点的横、纵坐标电压信号转换为数字信号而输送至CPU作进一步处理。其中，由于多路选择电路是由价格低廉的多路选择芯片构成的，同时，AD转换也采用了价格低廉且高精度的16位Σ-ΔADC转换器，因此，本发明相比现有的采用五线电阻屏专用控制芯片的方法，极大地降低了电子产品的整机成本，适合电子产品的批量化生产，为五线电阻屏控制技术和采样技术的进一步发展做出了突出的贡献。

附图说明

图1为本发明的电路框图。

图2为多路选择模块的电路原理图。

图3为电压跟随电路的原理图。

图4为运放电路的原理图。

图5为启动控制模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开一种五线电阻屏控制电路及电压采样电路，如图1所示，其包括有：

一五线电阻屏10，其包括有一阻性层及一导电层TP-SG；一多路选择模块20，其多路输入端分别为高电平端TP-VCC及低电平端TP-GND，其多路输出端分别连接五线电阻屏10的阻性层的左上角TP-LT、右上角TP-RT、左下角TP-LL及右下角TP-RL，该多路选择模块20用于将其多路输入端和多路输出端选通，使五线电阻屏10的阻性层产生横向坐标电压信号和纵向坐标电压信号；一脉冲产生电路60，所述导电层TP-SG所采集的电压信号经过一运放电路40处理后而传输至脉冲产生电路60的第一输入端TP-NSG，该导电层TP-SG所采集的电压信号还传输至脉冲产生电路60的第二输入端TP-PSG，所述脉冲产生电路60用于将其第一输入端TP-NSG和第二输入端TP-PSG的两个电压信号转换为脉冲信号且传输至一Σ-ΔADC转换器80的电压采样端口。

上述电路结构中，多路选择模块20将其多路输入端的高、低电平与五线电阻屏10阻性层的四个引脚选通，当阻性层的左上角TP-LT及右上角TP-RT均为高电平，左下角TP-LL及右下角TP-RL均为低电平时，导电层TP-SG采集按压点的纵向坐标电压信号；当阻性层的左上角TP-LT及左下角TP-LL均为高电平，右上角TP-RT及右下角TP-RL均为低电平时，导电层TP-SG采集按压点的横向坐标电压信号。该导电层TP-SG所采集的电压信号经运放电路40处理后而传输至脉冲产生电路60的第一输入端TP-NSG，该电压信号还直接传输至脉冲产生电路60的第二输入端TP-PSG。由于Σ-ΔADC转换器80的电压采样端具有滤除恒压直流信号的作用，所以，本发明将导电层TP-SG所采集的电压信号经脉冲产生电路60转换为脉冲信号后，传输至Σ-ΔADC转换器80的电压采样端口。本发明公开的五线电阻屏控制电路及电压采样电路中，采用简单的多路选通的方法而实现了对五线电阻屏的控制，同时，采用Σ-ΔADC转换器80将按压点的横、纵坐标电压信号转换为数字信号而输送至CPU作进一步处理。其中，由于多路选择电路是由价格低廉的多路选择芯片构成的，同时，AD转换也采用了价格低廉且高精度的16位Σ-ΔADC转换器，因此，本发明相比现有的采用五线电阻屏专用控制芯片的方法，极大地降低了电子产品的整机成本，适合电子产品的批量化生产，为五线电阻屏控制技术和采样技术的进一步发展做出了突出的贡献。

结合图1及图2所示，多路选择模块20包括有第一多路选择器U1及第二多路选择器U2，其中：所述第一多路选择器U1的输出端X0及输出端X1均连接阻性层左上角TP-LT，输出端Y0及输出端Z1均连接阻性层右上角TP-RT，输出端Y1及输出端Z0均连接阻性层左下角TP-LL，其输入端X及输入端Y均为高电平端TP-VCC，输入端Z为低电平端TP-GND，其控制端A、控制端B及控制端C相互连接后作为第一控制端TP-CTRA而连接至CPU的I/O口，其使能端EN用于输入使能控制信号；所述第二多路选择器U2的输出端Y1连接阻性层右下角TP-RL，其输入端Y为低电平端TP-GND，其控制端B作为第二控制端TP-CTRB而连接至CPU的I/O口，其使能端EN接地。上述电路结构的工作原理结合下表所示：

其中，当第一控制端TP-CTRA为低电平且第二控制端TP-CTRB为高电平时，令左上角TP-LT及右上角TP-RT均呈高电平状态，左下角TP-LL及右下角TP-RL均呈低电平状态，阻性层上的电压由上至下依次减小，此时，若有按压触摸屏的操作，则导电层TP-SG与阻性层相连接，此时导电层TP-SG采集按压点的纵向坐标电压信号。同样地，当第一控制端TP-CTRA与第二控制端TP-CTRB均为高电平时，令左上角TP-LT及左下角TP-LL均呈高电平状态，右上角TP-RT及右下角TP-RL均呈低电平状态，阻性层上的电压由左至右依次减小，此时，若有按压触摸屏的操作，则导电层TP-SG与阻性层相连接，此时导电层TP-SG采集按压点的纵向坐标电压信号。

本实施例中，所述第一多路选择器U1及第二多路选择器U2的芯片型号均为74HC4053，该芯片74HC4053的真值表为：

但是，该第一多路选择器U1及第二多路选择器U2采用芯片74HC4053只是本发明的一个较佳的实施例，并不用于限制本发明，在本发明的其他实施例中，该第一多路选择器U1及第二多路选择器U2还可以用其他的多路选通芯片代替，例如芯片CD4053等。

结合图1及图2所示，该第二多路选择器U2还构成脉冲产生电路60，该第二多路选择器U2的输出端X1和输出端X0分别作为脉冲产生电路60的第一输入端TP-NSG和第二输入端TP-PSG，该第二多路选择器U2的输入端X作为脉冲产生电路60的输出端ADC IN而连接至Σ-ΔADC转换器80的电压采样端口，该第二多路选择器U2的控制端B作为ADC控制信号输入端ADC-CTR而连接至CPU的I/O口。其中，ADC控制信号为方波信号，当该信号为高电平时，脉冲产生电路60的第一输入端TP-NSG与其输出端ADC IN开通，当该信号为低电平时，脉冲产生电路60的第二输入端TP-PSG与其输出端ADC IN开通。由于脉冲产生电路60两个输入端的电压值不同，从而，令其输出端ADC IN输出与ADC控制信号相同频率的脉冲信号至Σ-ΔADC转换器80，从而避免了Σ-ΔADC转换器80将导电层TP-SG所采集的电压信号滤除，使Σ-ΔADC转换器80能够对输入的脉冲信号进行准确采样，实际应用中，还可以通过增加方波信号的频率而增加采样次数，且用统计的方法获得更加准确的采样值。

结合图1及图4所示，运放电路40包括有一运算放大器U4A，所述运算放大器U4A的同相端通过第八电阻R8的而连接至3.3V/2电源端，其反相端连接有第九电阻R9，该第九电阻R9的另一端为运放电路40的输入端，该运算放大器U4A的输出端连接至脉冲产生电路60的第一输入端TP-NSG，该运算放大器U4A的反相端和输出端之间连接有一反馈电阻R10。本实施例中，接在第八电阻R8上的电压是VCC33电压的一半，即3.3/2=1.65V，第九电阻R9和反馈电阻R10的阻值相等，根据放大器虚短虚断的计算方法，可得：

（Vin-1.65）/R9=（1.65-Vout）/R10

因此，Vout=3.3-Vin，即当第一输入端TP-NSG信号为Vsg时，第二输入端TP-PSG信号为3.3-Vsg，这两个信号再经脉冲产生电路60处理后，输出高低电平分别呈Vsg和3.3-Vsg的脉冲信号。

结合图1及图3所示，本实施例中，还包括有一电压跟随电路70，其输入端连接于导电层TP-SG，其输出端分别连接至CPU外部中断引脚50、运放电路40的输入端和脉冲产生电路60的第二输入端TP-PSG。该电压跟随电路70包括有一电压跟随器U3A，所述电压跟随器U3A的同相端连接至导电层TP-SG，其输出端与反相端相连且二者的连接点连接有第七电阻R7，该第七电阻R7的另一端作为电压跟随器U3A的输出端，该电压跟随器U3A的输出端还通过第四电容R4接地。该电压跟随电路70用于将输入信号与输出信号隔离，其中，第七电阻R7和第四电容R4组成RC滤波电路，用于滤除高频脉冲，防止CPU中断的误启动。

结合图1及图5所示，本实施例中，还包括有一启动控制模块30，其输入端TP-CTRC连接于CPU的I/O口，其输出端连接于导电层TP-SG，用于执行CPU的控制指令而启动或者锁定五线电阻屏10。所述启动控制模块30设有一使能控制端TP-EN，该使能控制端TP-EN用于输出使能控制信号至多路选择模块20的使能端EN。所述启动控制模块30包括有一NPN管Q1及一PNP管Q2，所述NPN管Q1的集电极为使能控制端TP-EN，该集电极还通过第一电阻R1而连接至高电平端TP-VCC，所述NPN管Q1的发射极接地，其基极还通过第二电阻R2及第三电阻R3而连接至PNP管Q2的基极，该PNP管Q2的发射极连接至高电平端TP-VCC，其集电极通过第四电阻R4而连接至导电层TP-SG，所述导电层TP-SG还连接CPU外部中断引脚50，所述第二电阻R2与第三电阻R3的连接点作为启动控制模块30的输入端TP-CTRC。

该电路结构中，当第三控制端TP-CTRC为高电平时，NPN管Q1导通，令使能输出端TP-EN为低电平，此时，触摸屏处于坐标采集状态，同时，导电层TP-SG所采集的电压传输至电压跟随器70而作进一步处理；当第三控制端TP-CTRC为低电平时，由于NPN管Q1关断而令使能输出端TP-EN为高电平，使触摸屏处于锁定状态，整机处于低功耗模式，同时，PNP管Q2导通，高电平信号经PNP管Q2、第四电阻R4及导电层TP-SG而输送至CPU外部中断引脚50，使CPU外部中断引脚50呈高电平状态，当触摸屏上出现按压操作时，导电层TP-SG与阻性层相连接，由于阻性层的电阻值远小于第四电阻R4，因此，导电层TP-SG将产生一个低电平信号，该低电平信号作为中断信号且通过电压跟随器70而传输至CPU外部中断引脚50，CPU根据此中断信号而解除对触摸屏的锁定，重新令第一控制端TP-CTRA为高电平，且重新确定触摸屏上按压点的横纵坐标。反复地，实现了对触摸屏的锁定和启动。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims

1.一种五线电阻屏控制电路及电压采样电路，其特征在于，该电路包括有：

一五线电阻屏（10），其包括有一阻性层及一导电层（TP-SG）；

一多路选择模块（20），其多路输入端分别为高电平端（TP-VCC）及低电平端（TP-GND），其多路输出端分别连接五线电阻屏（10）的阻性层的左上角（TP-LT）、右上角（TP-RT）、左下角（TP-LL）及右下角（TP-RL），该多路选择模块（20）用于将其多路输入端和多路输出端选通，使五线电阻屏（10）的阻性层产生横向坐标电压信号和纵向坐标电压信号；

一脉冲产生电路（60），所述导电层（TP-SG）所采集的电压信号经过一运放电路（40）处理后而传输至脉冲产生电路（60）的第一输入端（TP-NSG），该导电层（TP-SG）所采集的电压信号还传输至脉冲产生电路（60）的第二输入端（TP-PSG），所述脉冲产生电路（60）用于将其第一输入端（TP-NSG）和第二输入端（TP-PSG）的两个电压信号转换为脉冲信号且传输至一Σ-ΔADC转换器（80）的电压采样端口。

2.如权利要求1所述的五线电阻屏控制电路，其特征在于，所述多路选择模块（20）包括有第一多路选择器（U1）及第二多路选择器（U2），其中：

所述第一多路选择器（U1）的输出端X0及输出端X1均连接阻性层左上角（TP-LT），输出端Y0及输出端Z1均连接阻性层右上角（TP-RT），输出端Y1及输出端Z0均连接阻性层左下角（TP-LL），其输入端X及输入端Y均为高电平端（TP-VCC），输入端Z为低电平端（TP-GND），其控制端A、控制端B及控制端C相互连接后作为第一控制端（TP-CTRA）而连接至CPU的I/O口，其使能端EN用于输入使能控制信号；

所述第二多路选择器（U2）的输出端Y1连接阻性层右下角（TP-RL），其输入端Y为低电平端（TP-GND），其控制端B作为第二控制端（TP-CTRB）而连接至CPU的I/O口，其使能端EN接地。

3.如权利要求2所述的五线电阻屏控制电路，其特征在于，所述第二多路选择器（U2）还构成脉冲产生电路（60），该第二多路选择器（U2）的输出端X1和输出端X0分别作为脉冲产生电路（60）的第一输入端（TP-NSG）和第二输入端（TP-PSG），该第二多路选择器（U2）的输入端X作为脉冲产生电路（60）的输出端（ADC IN）而连接至Σ-ΔADC转换器（80）的电压采样端口，该第二多路选择器（U2）的控制端B作为ADC控制信号输入端（ADC-CTR）而连接至CPU的I/O口。

4.如权利要求1所述的五线电阻屏控制电路，其特征在于，所述运放电路（40）包括有一运算放大器（U4A），所述运算放大器（U4A）的同相端通过第八电阻（R8）的而连接至3.3V/2电源端，其反相端连接有第九电阻（R9），该第九电阻（R9）的另一端为运放电路（40）的输入端，该运算放大器（U4A）的输出端连接至脉冲产生电路（60）的第一输入端（TP-NSG），该运算放大器（U4A）的反相端和输出端之间连接有一反馈电阻（R10）。

5.如权利要求4所述的五线电阻屏控制器，其特征在于，该电路还包括有一电压跟随电路（70），其输入端连接于导电层（TP-SG），其输出端分别连接至CPU外部中断引脚（50）、运放电路（40）的输入端和脉冲产生电路（60）的第二输入端（TP-PSG）。

6.如权利要求5所述的五线电阻屏控制电路，其特征在于，所述电压跟随电路（70）包括有一电压跟随器（U3A），所述电压跟随器（U3A）的同相端连接至导电层（TP-SG），其输出端与反相端相连且二者的连接点连接有第七电阻（R7），该第七电阻（R7）的另一端作为电压跟随器（U3A）的输出端，该电压跟随器（U3A）的输出端还通过第四电容（R4）接地。

7.如权利要求1所述的五线电阻屏控制器，其特征在于，该电路还包括有一启动控制模块（30），其输入端（TP-CTRC）连接于CPU的I/O口，其输出端连接于导电层（TP-SG），用于执行CPU的控制指令而启动或者锁定五线电阻屏（10）。

8.如权利要求7所述的五线电阻屏控制电路，其特征在于，所述启动控制模块（30）设有一使能控制端（TP-EN），该使能控制端（TP-EN）用于输出使能控制信号至多路选择模块（20）的使能端EN。

9.如权利要求8所述的五线电阻屏控制器，其特征在于，所述启动控制模块（30）包括有一NPN管（Q1）及一PNP管（Q2），所述NPN管（Q1）的集电极为使能控制端（TP-EN），该集电极还通过第一电阻（R1）而连接至高电平端（TP-VCC），所述NPN管（Q1）的发射极接地，其基极还通过第二电阻（R2）及第三电阻（R3）而连接至PNP管（Q2）的基极，该PNP管（Q2）的发射极连接至高电平端（TP-VCC），其集电极通过第四电阻（R4）而连接至导电层（TP-SG），所述导电层（TP-SG）还连接CPU外部中断引脚（50），所述第二电阻（R2）与第三电阻（R3）的连接点作为启动控制模块（30）的输入端（TP-CTRC）。

10.如权利要求2所述的五线电阻屏控制器，其特征在于，所述第一多路选择器（U1）及第二多路选择器（U2）的芯片型号均为74HC4053。