CN105005412A - 一种触摸屏控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触摸屏控制系统，该系统包括：信号采集电路和协议处理器，信号采集电路与触摸屏连接，其用于当触摸屏被触摸时在协议处理器的控制下向触摸屏的相应端口施加驱动电压，并根据从触摸屏的输出端口采集到的电压生成对应的触摸点数据，协议处理器能够根据信号采集电路传输来的触摸点数据确定触摸点坐标，并确定触摸点坐标对应的动作指令；控制器，其与协议处理器和触摸屏连接，其用于根据协议处理器传输来的动作指令控制触摸屏进行相应地显示。该系统通过协处理器来对坐标数据进行针对性的处理，直接将结果传送给控制器，这也就使得控制器无需再对数据进行相应处理，从而提高了触摸屏的控制效率与响应速度。

Description

一种触摸屏控制系统

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体地说，涉及一种触摸屏控制系统。

背景技术

随着随着人机交互技术的发展，列车显示器逐渐采用电阻式触摸屏作为主要输入设备。

作为一种最新的计算机输入设备，触摸屏是可接收触摸等输入信号的感应式显示装置，它具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等特点，可用以取代机械式的按钮面板。使用者只需用手指轻轻的触摸计算机触摸屏上的图号或文字，就能实现对主机的操作，从而使得人与计算机的交户更为直截了当。触摸屏广泛应用于工业控制、信息浏览、移动通信、军事指挥等众多领域。特别是在工业控制领域，通过使用触摸屏，工人可以控制复杂的工艺，这样一个从未接触过计算机的人也能够简便地使用触摸屏系统来进行交互操作。

图1示出了现有的触摸屏控制系统的结构示意图。

如图1所示，现有的触摸屏控制系统包括触摸信号采集电路102和控制器103。触摸信号采集电路102用于对触摸屏施加驱动电压，并检测与触摸点的坐标数据有关的电压信号，将接收到的电压信号经过模数转换后通过SPI接口传输给控制器103。控制器103根据触摸信号采集电路102传输来的数据分析得到触摸点的坐标数据，再根据该坐标数据经过特定算法处理后，向电阻式触摸屏101发送相应的动作指令，以控制电阻式触摸屏101进行相应动作。

现有的触摸屏控制系统由于是利用控制器103来进行数据处理，因此存在触摸响应时间较长，CPU资源占用大等问题，不利于系统性能的提高。

发明内容

为解决现有的触摸屏控制系统存在的触摸响应时间较长、CPU资源占用大、不利于系统性能的提高问题，本发明提供了一种触摸屏控制系统，所述系统包括包括：

信号采集电路和协议处理器，所述信号采集电路与触摸屏连接，其用于当所述触摸屏被触摸时在所述协议处理器的控制下向所述触摸屏的相应端口施加驱动电压，并根据从触摸屏的输出端口采集到的电压生成对应的触摸点数据，所述协议处理器能够根据所述信号采集电路传输来的触摸点数据确定触摸点坐标，并确定所述触摸点坐标对应的动作指令；

控制器，其与所述协议处理器和触摸屏连接，其用于根据所述协议处理器传输来的动作指令控制所述触摸屏进行相应地显示。

根据本发明的一个实施例，当所述触摸屏被触摸时，所述协议处理器能够控制所述信号采集电路向所述触摸屏的第一端口和第二端口施加第一驱动电压，并向所述触摸屏的第三端口和第四端口施加第二驱动电压，所述信号采集电路能够根据从所述触摸屏的活动电极采集到的电压以及第一驱动电压和第二驱动电压，确定所述触摸屏中触摸点的横坐标数据。

根据本发明的一个实施例，当所述触摸屏被触摸时，所述协议处理器还能够控制所述信号采集电路向所述触摸屏的第二端口和第四端口施加第三驱动电压，并向所述触摸屏的第一端口和第三端口施加第四驱动电压，所述信号采集电路能够根据从所述触摸屏的活动电极采集到的电压以及第三驱动电压和第四驱动电压，确定所述触摸屏中触摸点的纵坐标数据。

根据本发明的一个实施例，所述信号采集电路将所述触摸点数据以数据包的形式发送到所述协议处理器。

根据本发明的一个实施例，所述数据包包括：触摸状态数据、横坐标数据和纵坐标数据。

根据本发明的一个实施例，所述横坐标数据和/或纵坐标数据分别由至少两个字节构成。

根据本发明的一个实施例，所述协议处理器配置为根据中断信号的电平来判断所述触摸屏是否被触摸。

根据本发明的一个实施例，所述协议处理器配置为采用轮询的方式识别所述触摸屏的触摸点数据。

根据本发明的一个实施例，所述协议处理器配置为通过查表的方式确定所述触摸点坐标对应的动作指令。

本发明所提供的触摸屏控制系统在现有触控架构的基础上，增加了协处理器的方式来对触摸屏的坐标进行算法处理。与现有的触摸屏控制系统相比，本发明所提供的触摸屏控制系统采用协处理器代替原有的主CPU来完成触控数据的分析计算操作，即触摸屏的驱动和坐标采集命令均由协处理器独立完成。协处理器将处理后的最终结果给主CPU直接使用。这样，在控制器(即CPU)中需要耗费大量的时间以及资源来完成的操作转由协议处理器完成。

现有的机车显示器触摸屏控制系统由于采用主CPU进行数据处理，其存在触摸响应迟钝的问题。而本发明所提供的触摸屏控制系统解决了触摸屏存在反应迟钝的现象，其通过协处理器来对坐标数据进行针对性的处理，直接将结果传送给控制器(即CPU)，控制器无需再对数据进行处理，而是可以直接用于对液晶屏的显示器操作，从而提高了触摸屏的响应速度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是现有的触摸屏控制系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的触摸屏控制系统的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的五线电阻式触摸屏的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的活动电极输出的电压与触摸屏横轴宽度的关系示意图；

图5是根据本发明一个实施例的动电极输出的电压与触摸屏纵轴宽度的关系示意图；

图6是根据本发明一个实施例的信号采集电路与协议处理器之间的通信时序图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

针对现有的触摸屏控制系统由于采用控制器来进行数据处理而导致触摸相应时间长、CPU资源占用大、不利于系统性能的提高的缺陷，本发明提供了一种新的触摸屏控制系统。

图2示出了本实施例所提供的触摸屏控制系统的结构示意图。

如图2所示，本实施例所提供的触摸屏控制系统201包括信号采集电路202、协议处理器203和控制器204。其中，信号采集电路202与触摸屏200连接，其用于当触摸屏300被触摸时在协议处理器203的控制下向触摸屏200中的相应端口施加驱动电压，并根据从触摸屏200的输出端口采集到的电压生成对应的触摸点数据。

协议处理器203能够根据信号采集电路202传输来的触摸点数据确定触摸屏200中的触摸点坐标，并根据该触摸点坐标确定对应于该触摸点坐标的动作指令。控制器204与协议处理器203和触摸屏200连接，其能够接收来自于协议处理器203的动作指令控制触摸屏200进行相应地显示。

机车显示器作为人机交互终端，其对输入设备的实用性和人性化要求越来越高。机车显示器也由原来的纯物理薄膜按键式输入，逐渐向触摸屏和按键双冗余以及纯触摸屏输入的方向发展。目前机车显示器广泛采用的是电阻式触摸屏五线电阻式触摸屏具有极好的灵敏度、透光率、较长的使用寿命、不怕灰尘等诸多优点，适用于精密的工业控制现场。因此，以下以触摸屏为五线电阻式触摸屏为例来对本实施例所提供的触摸屏控制系统的工作原理以及优点进行进一步地阐述。

图3示出了五线电阻式触摸屏的结构示意图。

如图3所示，五线电阻式触摸屏通常包括玻璃基板、下层ITO和上层ITO。其中，X方向以及Y方向上的电极都附着在下层ITO上，而上层ITO只作为活动电极与外部电路连接以用户感应触摸位置。下层ITO上的X方向以及Y方向上的电极分别从四角(即UR端口、LR端口、UL端口和LL端口)引出相应的接线，并与上层ITO的活动电极引出的接线构成五条接线。

如图4所示，当所述触摸屏被触摸(即触摸屏被按压)时，数据采集电路202会产生低电平的中断信号，并将该中断信号传输给协议处理器203。协议处理器203根据中断信号的电平来判断所述触摸屏是否被触摸。如果协议处理器203接收到低电平的中断信号，则响应该中断控制信号，来控制数据采集电路202向触摸屏200的第一端口(即UR端口)和第二端口(即LR端口)施加第一驱动电压，并向触摸屏200的第三端口(即UL端口)和第四端口(即LL端口)施加第二驱动电压。信号采集电路202根据从触摸屏200的输出端口采集到的电压以及第一驱动电压和第二驱动电压，产生相应的触摸点横坐标数据，协议处理器203根据信号采集电路202传输来的该触摸点横坐标数据便可以确定出触摸点横坐标(即触摸点在液晶屏W方向上的坐标)。

如图5所示，当所述触摸屏被触摸时，协议处理器203还控制信号采集电路202向触摸屏200的第二端口(即LR端口)和第四端口(即LL端口)施加第三驱动电压，并向触摸屏200的第一端口(即UR端口)和第三端口(即UL端口)施加第四驱动电压。信号采集电路202根据从触摸屏的活动电极采集到的电压以及第三驱动电压和第四驱动电压，产生相应的触摸点纵坐标数据。协议处理器203根据信号采集电路202传输来的该触摸点纵坐标数据便可以确定出触摸点纵坐标(即触摸点在液晶屏H方向上的坐标)。

本实施例中，根据触摸屏的特性，存在：

同时，还存在：

其中，X和Y分别表示触摸点的横坐标和纵坐标，V_{test_1}表示向触摸屏施加第一驱动电压和第二驱动电压时活动电极电压，V_{test_2}表示向触摸屏施加第三驱动电压和第四驱动电压时活动电极电压，V₁和V₂分别表示第一驱动电压和第二驱动电压，V₃和V₄分别表示第三驱动电压和第四驱动电压，W和H分别表示触摸屏沿横轴方向和纵轴方向的宽度。

需要说明的是，在本发明的不同实施例中，第一驱动电压、第二驱动电压、第三驱动电压以及第四驱动电压可以根据实际需要进行确定，本发明不限于此。为了更加方便、快捷、准确地得到触摸点的坐标，本实施例中，第一驱动电压和第三驱动电压优选地为零电压。

从表达式(1)和表达式(2)中可以看出，触摸屏的活动电极所输出的电压信号能够反映出触摸点的位置。因此，本实施例中，信号采集电路202将第二驱动电压与第一驱动电压之差的绝对值与触摸屏横轴方向的宽度W相对应，将第四驱动电压与第三驱动电压之差的绝对值与触摸屏纵轴方向的宽度H相对应。

本实施例中，当触摸屏上的某点被按压时，信号采集电路202会利用其内部的A/D转换器将采集到的电压信号转换为数字信号值，并通过相应的引脚(例如SDP引脚)向MCU发送包括若干个字节(例如5个字节)的数据包。该数据包中中包含X坐标轴和Y坐标轴的被按压位置的坐标数据以及一个PEN-UP/DOMN触摸状态判断。表1示了本实施例中数据包的具体形式，图6示出了本实施例中信号采集电路与协议处理器之间的通信时序图。

表1

Bye#

Bit7

Bit6

Bit5

Bit4

Bit3

Bit2

Bit1

Bit0

PEN

1

R

R

R

R

R

R

P

Xlo

0

X6

X5

X4

X3

X2

X1

X0

Xhi

0

0

0

X11

X10

X9

X8

X7

Ylo

0

Y6

Y5

Y4

Y3

Y2

Y1

Y0

Yhi

0

0

0

Y11

Y10

Y9

Y8

Y7

当触摸屏被触摸时，数据包中字节PEN中的P位为高电位，字节X_hi与字节X_ho共同组成了12位的X轴(即W轴)坐标数据，字节Y_hi与字节Y_ho共同组成了12位的Y轴(即H轴)坐标数据。X坐标与Y坐标的12位二进制数据的范围在0～4095之间变化，具体触摸位置的坐标由这个二进制数的大小决定。这样，协议处理器203在计算X轴坐标时，由于表示X轴坐标数据的12位的数据值与4095的比值等于按压点的坐标值与触摸屏在X轴方向长度的比值，因此协议处理器203便可以根据这12位数据值来确定出触摸点的横坐标。根据同样的原理也可以确定出触摸点的纵坐标坐标值。本实施例中，协议处理器203采用轮询的方式来识别触摸屏的触摸点数据。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，数据包中所包含的字节的数量也可以为其他和理值，数据包中各个数据位的具体意义也可以采用其他合理的定义方式，本发明不限于此。例如在本发明的一个实施例中，数据包中包含6个字符，具体地，该数据包中包含：1个PEN字符、3个表示横坐标的字符和2个表示纵坐标的字符。

本实施例中，协议处理器203在确定触摸点的横坐标和纵坐标时，会通过多次读取信号采集电路202传输来的数据取平均值的方式来保证所得到的触摸点坐标的准确性。具体地，本实施例中，协议处理器203在确定触摸点的横坐标和/或纵坐标时，分别通过从信号采集电路202读取数字4次取平均值来确定触摸点的横坐标和/纵坐标时。

当然，在本发明的其他实施例中，协议处理器203在确定触摸点的横坐标和/或纵坐标时所进行的数据读取的次数还可以为其他合理值，例如[1,8]中的其他值等，本发明不限于此。

协议处理器203在确定出触摸点坐标后，将根据该触摸点坐标确定出对应于该触摸点坐标的动作指令，并将该动作指令发送给控制器204。具体地，本实施例中，协议处理器203通过查表的方式来确定对应于该触摸点坐标的动作指令。当然，在本发明的其他实施例中，协议处理器203还可以通过其他合理方式来确定对应于该触摸点坐标的动作指令，本发明不限于此。

从上述描述中可以看出，本实施例所提供的触摸屏控制系统在现有触控架构的基础上，增加了协处理器的方式来对触摸屏的坐标进行算法处理。与现有的触摸屏控制系统相比，本实施例所提供的触摸屏控制系统采用协处理器代替原有的主CPU来完成触控数据的分析计算操作，即触摸屏的驱动和坐标采集命令均由协处理器独立完成。协处理器将处理后的最终结果给主CPU直接使用。这样，在控制器(即CPU)中需要耗费大量的时间以及资源来完成的操作转由协议处理器完成。

现有的机车显示器触摸屏控制系统由于采用主CPU进行数据处理，其存在触摸响应迟钝的问题。而本实施例所提供的触摸屏控制系统解决了触摸屏存在反应迟钝的现象，其通过协处理器来对坐标数据进行针对性的处理，直接将结果传送给CPU，CPU无需再对数据进行处理，而是可以直接用于对液晶屏的显示器操作，从而提高了触摸屏的响应速度。

同时，由于现有的机车显示器触摸屏控制系统由于采用CPU进行数据处理，而CPU通常需要处理大量的数据，因此CPU在对触摸屏的坐标数据进行运算处理的话同样会占有一定的CPU资源，这样显然不利于显示器整体性能的提高。本实施例所提供的触摸屏控制系统能够有效释放了CPU的资源，有利于系统整体性能的提高。

此外，由于现有的机车显示器触摸屏控制系统由于采用CPU进行数据处理，因此该系统对触摸信号的采集只能采用中断响应方式，而如果采用轮询的方式，CPU将无法正常处理其他的数据。本实施例所提供的触摸屏控制系统可以利用协处理器来采用轮询的方式来对触摸屏的触摸信号进行识别，有助于提高了对触摸信号的响应速度。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

为了方便，在此使用的多个项目、结构单元和/或组成单元可出现在共同列表中。然而，这些列表应解释为该列表中的每个元素分别识别为单独唯一的成员。因此，在没有反面说明的情况下，该列表中没有一个成员可仅基于它们出现在共同列表中便被解释为相同列表的任何其它成员的实际等同物。另外，在此还可以连同针对各元件的替代一起来参照本发明的各种实施例和示例。应当理解的是，这些实施例、示例和替代并不解释为彼此的等同物，而被认为是本发明的单独自主的代表。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (9)

1.一种触摸屏控制系统，其特征在于，所述系统包括：

信号采集电路和协议处理器，所述信号采集电路与触摸屏连接，其用于当所述触摸屏被触摸时在所述协议处理器的控制下向所述触摸屏的相应端口施加驱动电压，并根据从触摸屏的输出端口采集到的电压生成对应的触摸点数据，所述协议处理器能够根据所述信号采集电路传输来的触摸点数据确定触摸点坐标，并确定所述触摸点坐标对应的动作指令；

控制器，其与所述协议处理器和触摸屏连接，其用于根据所述协议处理器传输来的动作指令控制所述触摸屏进行相应地显示。

2.如权利要求1所述的触摸屏控制系统，其特征在于，当所述触摸屏被触摸时，所述协议处理器能够控制所述信号采集电路向所述触摸屏的第一端口和第二端口施加第一驱动电压，并向所述触摸屏的第三端口和第四端口施加第二驱动电压，所述信号采集电路能够根据从所述触摸屏的活动电极采集到的电压以及第一驱动电压和第二驱动电压，确定所述触摸屏中触摸点的横坐标数据。

3.如权利要求1或2所述的触摸屏控制系统，其特征在于，当所述触摸屏被触摸时，所述协议处理器还能够控制所述信号采集电路向所述触摸屏的第二端口和第四端口施加第三驱动电压，并向所述触摸屏的第一端口和第三端口施加第四驱动电压，所述信号采集电路能够根据从所述触摸屏的活动电极采集到的电压以及第三驱动电压和第四驱动电压，确定所述触摸屏中触摸点的纵坐标数据。

4.如权利要求1～3中任一项所述的触摸屏控制系统，其特征在于，所述信号采集电路将所述触摸点数据以数据包的形式发送到所述协议处理器。

5.如权利要求4所述的触摸屏控制系统，其特征在于，所述数据包包括：触摸状态数据、横坐标数据和纵坐标数据。

6.如权利要求5所述的触摸屏控制系统，其特征在于，所述横坐标数据和/或纵坐标数据分别由至少两个字节构成。

7.如权利要求1～6中任一项所述的触摸屏控制系统，其特征在于，所述协议处理器配置为根据中断信号的电平来判断所述触摸屏是否被触摸。

8.如权利要求1～7中任一项所述的触摸屏控制系统，其特征在于，所述协议处理器配置为采用轮询的方式识别所述触摸屏的触摸点数据。

9.如权利要求1～8中任一项所述的触摸屏控制系统，其特征在于，所述协议处理器配置为通过查表的方式确定所述触摸点坐标对应的动作指令。