CN106526332B - 一种检测电容触摸屏扫描线上电容的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测电容触摸屏扫描线上电容的系统及方法。该系统包括控制单元、激励信号单元、探针模块、检测单元、校准模块和接口模块；控制单元分别与激励信号单元、探针模块、检测单元、校准模块、接口模块连接；探针模块分别与激励信号单元、检测单元、控制单元连接；检测单元分别与探针模块、控制单元、激励信号单元、校准模块连接。探针模块中测试探针在电机的驱动下移动到被测触摸屏的指定位置，并将具有给定频率的激励信号施加到触摸屏的扫描线上，检测扫描线上电容的电压值，通过校正模块校正，得到真实电压。利用本发明能够检测电容触摸屏扫描线上电容的值是否符合要求，从而提高触摸屏产品的质量与可靠性。

Description

一种检测电容触摸屏扫描线上电容的系统及方法

技术领域

本发明属于触摸屏测试的范围，特别涉及一种检测电容触摸屏扫描线上电容的系统及方法。

背景技术

触摸屏作为一种非常方便的信息输入设备近年来在智能手机、数码相机、售票终端系统等多个领域得到了广泛应用。触摸屏是附着在显示器的表面，通过操作者的手指触摸产生模拟电子信号，再经过模数转换转化为计算机可以识别的触摸点坐标信号，从而将操作者的意志传达给信息处理设备。触摸屏主要由触摸检测部件和触摸屏控制器两部分组成，其中触摸检测部件安装在显示器的屏幕前面，用于检测操作者手指的触摸位置，并把触摸位置的相关信息传送给触摸屏控制器；触摸屏控制器将触摸检测部件传送来的触摸信息转换为具体的触点坐标，并传送给信息处理设备进行处理。

根据触摸屏在实现时所采用的技术方案及其特点，可以将触摸屏分为如下几类：电容式触摸屏、电阻式触摸屏、基于红外线技术的触摸屏、基于表面声波的触摸屏等，其中电容式触摸屏(简称为电容触摸屏)近年来在智能手机、数码相机等消费类电子产品中得到了广泛应用，它具有反应时间快、使用寿命长和光透过率高等特性。

电容触摸屏的基本结构如下：一个单层玻璃为基板，在玻璃屏的内外表面上均匀的镀上一层透明导电薄膜，在外表面的透明导电薄膜的四个角上安置四个电极。当有触摸动作时，这时手指与触摸面接触，人体与触摸面形成一个耦合电容。由于电容对高频信号来说是导体，因此高频电流会流入手指，且此电流从电容触摸屏的四个电极流出。流入手指的电流与电极到手指的距离成正比，因此可通过计算四个电极的电流来获得触摸点的位置。

在电容触摸屏的生产过程中，包括了磁控溅射、真空镀膜、蚀刻、贴合、绑定等多个工序，为了确保触摸屏产品的质量，在生产过程的每个工序中必需进行相关的测试。同时对触摸屏在出厂之前也必需进行充分的功能测试，此时的一种最重要的测试就是检测电容触摸屏的扫描线上的电容值的大小，并判定该值是否符合要求。这里，在电容触摸屏上设置有多条扫描线，当手指触摸电容触摸屏时会在对应的相关扫描线上产生一定量的电容，通过对该电容的处理即把它进行模数转换而转化为可以识别的触摸点信号。

目前电容触摸屏扫描线上电容的检测方法存在误差比较大以及进行测试操作的自动化程度较低等问题，因此亟需一种自动化程度高、检测误差小的检测系统和方法。

发明内容

本发明首要的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种检测电容触摸屏扫描线上电容的系统。

本发明的另一目的在于提供一种检测电容触摸屏扫描线上电容的方法，是对上述系统实现。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种检测电容触摸屏扫描线上电容的系统，主要包括：控制单元、激励信号单元、探针模块、检测单元、校准模块和接口模块；控制单元分别与激励信号单元、探针模块、检测单元、校准模块、接口模块连接；探针模块分别与激励信号单元、检测单元、控制单元连接；检测单元分别与探针模块、控制单元、激励信号单元、校准模块连接；校准模块分别与检测单元、控制单元连接。

所述的系统还包括一个二维工作台，该二维工作台是一个平台，主要用于在它上面放置被测电容触摸屏；二维工作平台分别与探针模块、检测模块连接。

所述的控制单元用于对所述的系统的各个模块的操作过程进行控制，例如对激励信号的施加以及测试数据的采集与处理等进行控制，并将测试数据传送给与接口模块连接的微型计算机。控制单元是嵌入式计算机系统，包含相互连接的嵌入式处理器和存储器，并使用嵌入式操作系统。

所述的嵌入式处理器优选为Samsung公司所生产的嵌入式ARM微处理器S3C6410。

所述的存储器包括SDRAM存储器和Flash存储器，SDRAM存储器和Flash存储器分别与嵌入式处理器连接。

所述的SDRAM存储器优选为存储容量为128MB的SDRAM存储器，更优选为Samsung公司所生产的型号为K4X51163PC-LGC6的芯片，并且是使用两个这种芯片进行并联连接，其中一个芯片作为高16位，另外一个芯片作为低16位。

所述的Flash存储器存储容量为1GB的Flash存储器；更优选为Samsung公司所生产的型号为K9G8G08U0A的芯片。

所述的嵌入式操作系统优选为Windows CE 6.0嵌入式操作系统。

所述的激励信号单元是根据对扫描线上的电容值进行检测的需要，产生多种频率的信号波形，例如方波和正弦波，以施加于被测电容触摸屏的扫描线上。所述的激励信号单元包含依次连接的稳压模块、FPGA模块和DDS模块。

所述的DDS(Direct Digital Synthesis)模块用于产生激励信号波形，优选为美国ADI公司所生产的DDS集成芯片AD9910。

所述的FPGA模块用于对AD9910的外围电路设计，例如，外部锁相环的环路滤波电路、晶振电路、时钟电路等的设计，优选为Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片EP3C10E144C8N。

所述的稳压模块用于提供所述的FPGA模块需要的电压，是采用三个稳压芯片即AMS1117-1.2芯片、AMS1117-2.5芯片和AMS1117-3.3芯片等来进行设计，分别产生1.2V，2.5V和3.3V的电压输出，以提供给芯片EP3C10E144C8N的内核、锁相环和I/O接口等部分使用。

所述的探针模块是使用可以自动移动的测试探针，把激励信号单元所产生的信号波形通过物理接触的方式直接施加到被测电容触摸屏的扫描线上。被测电容触摸屏是放置在系统的二维工作台上，探针在电机的驱动下可以进行前后左右的移动，在移动到指定的位置时与触摸屏的扫描线进行物理接触。

所述的探针模块包括电机以及与电机连接的测试探针。这里的测试探针包括用于施加激励信号的探针，以及用于检测扫描线上电容的电压值的探针。

所述的电机优选为步进电机。

所述的检测单元是在探针模块通过用于施加激励信号的探针把激励信号施加到被测电容触摸屏的扫描线的基础上，通过检测单元的测试电路来检测并获得被测电容触摸屏的扫描线上电容的电压值。所述的检测单元包括模数转换模块、开关A₁、开关A₂、开关B₁、开关B₂、参考电阻R₁；开关A₁、开关A₂、开关B₁、开关B₂依次连接；开关A₁和开关B₁之间设置有引出导线D₁，引出导线D₁与一个测试探针(用于检测扫描线上电容的电压值的探针)连接，开关A₂和开关B₂之间设置有引出导线D₂，引出导线D₂与另一个测试探针(用于检测扫描线上电容的电压值的探针)连接。

所述的模数转换模块用于模/数转换和电压采集。电压采集包括对被测触摸屏扫描线上电容的电压和参考电阻R₁的电压。

所述的模数转换模块包含模数转换器以及与其连接的FPGA元件。

所述的模数转化器优选采用AD7791芯片。

所述的FPGA元件优选采用EP3C10E144C8N芯片。

所述的校准模块用于对上述检测单元所获得的扫描线上电容的电压值进行修正，降低测试误差，以进一步获得更为精确的扫描线上电容的电压值。之后，校准模块把经过修正的电压值传送给控制单元，控制单元根据激励信号的频率和所获得的扫描线上电容的电压值以及它们与扫描线上电容的关系，通过计算来获得扫描线上的电容的值。

所述的校准模块通过分段修正的方法对扫描线上电容的电压值进行修正，具体如下：对检测单元中模数转换器得到的采样电压设为0至1V，分段进行线性拟合，使用两点决定一条直线的方法，拟合出真实电压与通过模数转换器所获得的采样值之间的一条直线，然后把采样电压修正到真实电压。

所述的校准模块主要包括相互连接的DSP芯片、存储器和数字万用表，即DSP芯片分别与存储器和数字万用表连接，数字万用表分别与DSP芯片和存储器连接。

所述的校准模块中的DSP芯片优选采用TMS320C6205芯片。

所述的校准模块中的存储器包含SDRAM存储器和Flash存储器。

所述校准模块的数字万用表优选采用七位半高精度数字万用表，如型号为R6871E的数字万用表。

所述的接口模块用于与微型计算机进行数据通信，实现对测试结果和对测试过程中提示信息的显示等。本发明是通过使用这种与接口模块相连的微型计算机的显示器来进行测试结果和对测试过程中提示信息的显示；同时对控制单元所需要和使用的一些测试命令，也是通过使用微型计算机的键盘来进行输入。所述的接口模块采用Cypress公司的USB收发芯片CY7C68013A来实现，CY7C68013A与控制单元采用GPIF接口方式进行通信，能够进行单字节读写、先进先出方式的读写等。

一种检测电容触摸屏扫描线上电容的方法，用上述系统实现，包括如下步骤：

(1)探针模块通过控制单元的控制，探针模块中的测试探针在电机的驱动下移动到被测电容触摸屏的指定位置，并与被测电容触摸屏上的扫描线进行物理接触；

(2)激励信号单元在控制单元的控制下，产生给定频率的激励信号，并通过探针模块中的测试探针施加到被测电容触摸屏的扫描线上，检测单元检测扫描线上电容的电压值，并通过校准模块进行校正，校正后的数据通过控制单元进行计算，最终获得扫描线的电容值：

其中，C为被测电容触摸屏的扫描线上的电容，V₀为参考电阻上的电压值，V₁为扫描线上电容的电压值，R₁为参考电阻上的电阻值，f为激励信号的频率。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明所提供的一种检测电容触摸屏扫描线上电容的系统及方法，对激励信号的生成采用了具有1GSPS数据采样速率的DDS芯片，能获得400MHz的模拟信号输出，从而可使系统的测试速度得到较大提高；对检测单元采用了分辨率为24位的模/数转换器件AD7791，使得对扫描线上电容值的检测可以达到较高的精度，同时不受噪声环境的影响。

(2)本发明对检测到的扫描线上电容的电压值设计了一种分段修正的方法，并在系统中设计了相应的校准模块，对检测单元所获得的扫描线上电容的电压值进行分段修正，使得对扫描线上电容的电压值可分段修正到真实电压，可有效解决在常规的检测方法中存在的测试误差比较大的问题。

(3)本发明特别对检测单元采用了分辨率为24位的模/数转换器件AD7791后，使得对扫描线上电容值的检测可以达到较高的精度，同时不受噪声环境的影响。

(4)本发明所提供的系统的自动化程度高，只要将被测电容触摸屏放置于二维工作台上即可完成检测。

附图说明

图1是本发明提供的检测电容触摸屏扫描线上电容的系统的结构框图。

图2是本发明提供的检测电容触摸屏扫描线上电容的系统的控制单元的结构框图。

图3是本发明提供的检测电容触摸屏扫描线上电容的系统的检测单元中的测试电路的结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种检测电容触摸屏扫描线上电容的系统，如图1所示，主要包括控制单元、激励信号单元、探针模块、检测单元、校准模块和接口模块；控制单元分别与激励信号单元、探针模块、检测单元、校准模块、接口模块连接；探针模块分别与激励信号单元、检测单元、控制单元连接；检测单元分别与探针模块、控制单元、激励信号单元、校准模块连接；校准模块分别与检测单元、控制单元连接。此外，所述的系统还包括一个二维工作台，该二维工作台是一个平台，主要用于在它上面放置被测电容触摸屏。

控制单元是一种装载有电容触摸屏测试程序的嵌入式计算机系统，是由嵌入式处理器、存储器、嵌入式操作系统等部分组成，在它的存储器上存储有关于激励信号的生成、探针的驱动、扫描线的电压值的采集与处理、扫描线的电容值的计算、测试过程控制等多个程序。控制单元通过使用接口模块将测试数据传送给与它相连的微型计算机系统。

控制单元是嵌入式计算机系统，包含相互连接的嵌入式处理器和存储器，并采用嵌入式操作系统，如图2所示。本发明的具体实现如下：嵌入式处理器采用S3C6410的嵌入式ARM微处理器芯片，它是Samsung公司所生产的基于ARM1176内核的芯片。该芯片支持八级流水线，在内核供电电压为1.2V时的核心时钟频率可达667MHz；内部总线由AXI，AHB和APB总线组成；内置一个数字协处理器以实现对三维图形的高速处理；具有32个DMA通道、USB接口、SD存储接口，并支持安全扩展和智能电源管理等。对控制单元的存储器，本发明采用SDRAM存储器和Flash存储器等两种存储器。对SDRAM存储器，是采用两片Samsung公司所生产的型号为K4X51163PC-LGC6的芯片，使用其中一片作为高16位，另外一片作为低16位，总的存储容量为128MB。对Flash存储器，是采用Samsung公司所生产的型号为K9G8G08U0A的芯片，存储容量为1GB；该Flash存储器主要用于存放内核代码、测试程序等。对控制单元的嵌入式操作系统，本发明使用Windows CE 6.0来实现对控制单元的软硬件资源的管理。Windows CE 6.0嵌入式操作系统是一个32位的多线程、抢先式多任务操作系统，具有可裁剪性、内核小等特点；支持多种CPU硬件平台，包括x86、ARM、MIPS等。本发明使用这种Windows CE 6.0嵌入式操作系统来实现对测试探针的驱动、扫描线上电容值的计算、测试过程控制等多个程序的运行与管理。

对激励信号单元，本发明的具体实现如下：使用由美国ADI公司所生产的DDS集成芯片AD9910，该芯片支持高达1GSPS的数据采样速率，调谐频率为0.23Hz，可以支持频率、相位和幅度的多种组合。该芯片内部具有一个14位的数模转换器，可以提供高达400MHz的模拟信号输出。AD9910支持单频调制模式、数字谐波调制模式、RAM调制模式、并行端口调制模式等多种工作模式。本发明采用单频调制模式，在此模式中，编程寄存器直接提供DDS信号控制的参数，这些控制参数可通过称为Profile的寄存器进行读写。这里，在AD9910内部共有8个Profile寄存器，并且可以通过芯片的引脚即PROFILE[2：0]来选择相应的Profile寄存器。AD9910内置一个锁相环，外部时钟可由50MHz高稳定度的有源晶振提供，仅需20倍频就可以把模数转换时的系统时钟提高至1GHz；对频率、相位、幅度等控制参数的赋值是通过串行I/O接口来读写。AD9910所输出的差分电流，在满量程时输出的电流典型值为20mA，并行联接两个50欧姆电阻至地，则此时所输出的差分电压为1.0V。对AD9910的外围电路设计，例如，外部锁相环的环路滤波电路、晶振电路、时钟电路等的设计，本发明使用Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片EP3C10E144C8N来进行。该FPGA芯片具有10320个逻辑单元、23个18×18-bit的乘法器、专用外部存储器接口电路、两个锁相环，46个M9K存储器模块共414Kbits的嵌入式存储器、以及高速差分输入/输出端口等。在使用芯片EP3C10E144C8N时需要为其提供如下三种电压值，即1.2V的内核电压、2.5V的锁相环电压以及3.3V的I/O接口电压。对此，本发明采用三个稳压芯片AMS1117-1.2，AMS1117-2.5和AMS1117-3.3来分别产生1.2V，2.5V和3.3V的电压输出，以提供给芯片EP3C10E144C8N的内核、锁相环和I/O接口等部分使用。

对探针模块，它是使用测试探针把激励信号通过物理接触的方式直接施加到被测电容触摸屏的扫描线上。对探针模块的实现，本发明是由步进电机通过皮带传动来带动探针在X轴、Y轴、Z轴等三个方向上进行移动，并与被测电容触摸屏的扫描线进行物理接触。

对检测单元，本发明的具体实现如下：检测单元是在探针模块把激励信号施加到被测电容触摸屏的扫描线的基础上，通过检测单元的测试电路来检测并获得被测电容触摸屏的扫描线上电容的电压值。本发明使用由美国ADI公司所生产的模数转换芯片AD7791来实现对扫描线上电容的电压值的采集。AD7791芯片是一种高分辨率24位的模/数转换器件，具有精度高和功耗低等特性，由于它采用了和差(ΣΔ)转换技术，使得它不受噪声环境的影响，非常适用于宽动态范围和低频信号的测量。

AD7791芯片在进行模/数转换和电压的采集时，需要对其内部寄存器进行设置，以保证转换精度和读取数据的正确性。这里，AD7791内部包含了通信寄存器、状态寄存器、模式寄存器、滤波寄存器和数据寄存器等多种寄存器，这些寄存器都可以通过AD7791的串口进行访问，以实现对它的工作方式和转换参数的设置，以及对采集数据的读取。对AD7791芯片的外围电路设计，本发明是使用FPGA芯片EP3C10E144C8N来进行，以实现对相应的时钟信号、片选信号、串行输出控制信号等的控制，并将AD7791芯片所采集到的被测电容触摸屏的扫描线上电容的电压值传送给系统的校准模块和控制单元做进一步处理。

在检测单元中，对被测电容触摸屏的扫描线上的电容值进行检测的测试电路的结构图如图3所示。在该测试电路中，信号线G是与激励信号连接，该激励信号是由系统的激励信号单元所产生的具有一定频率的信号。在该测试电路中，包含有四个开关即A₁、A₂、B₁和B₂、一个参考电阻R₁。这里的激励信号、开关和参考电阻等依次相连并形成回路。在两个开关A₁和A₂、B₁和B₂之间分别设置一个测试点D₁和D₂。在进行测试时，从其中的一个测试点D₁引出导线连接到一个测试探针T₁上，从另一个测试点D₂引出导线连接到另一个测试探针T₂上，并将测试探针T₁和T₂通过物理接触的方式连接到被测电容触摸屏的一个扫描线上。在图3中，把连接在测试点D₁和D₂之间的电容记为C，它就是被测电容触摸屏的扫描线上的电容值，把该电容的电压记为V₁，即扫描线的电压值，该电压值是通过使用如上的AD7791芯片进行采集并获得的。在图3中，V₀为参考电阻R₁上的电压，它也是采用AD7791芯片进行采集并获得的。

在测试过程中，闭合开关A₁和B₁，断开开关A₂和B₂，激励信号单元通过信号线G送出频率为f的信号，记录此时参考电阻R₁上的电压V₀；然后，断开开关B₁，在测试点D₁和D₂之间接入被测电容触摸屏的一个扫描线(把该扫描线上的电容记为C)，再闭合开关A₂和B₂，记录此时电容C上的电压V₁。

把V₁和V₀进行比较，根据测试电路的结构可得如下的关系式：

因此，可得被测电容触摸屏的扫描线上的电容C的值为：

其中，R₁为参考电阻上的电阻值，f为激励信号的频率。

对校准模块，它是对检测单元所获得的扫描线上电容的电压值进行修正，以进一步降低对电压值的测试误差。由于AD7791芯片在对电压进行采样时，对不同的电压所获得的采样电压偏差存在不一致性，但是在对某一特定的输入电压进行采样时的这种偏差又是相对固定的，而且不受环境温度的影响，因此，对使用AD7791芯片所获得的扫描线上电容的电压值，本发明将进行修正，是采用分段修正的方法，即对扫描线上电容的电压值分段修正到真实电压。具体的实现过程为：对AD7791芯片的采样电压，这里设为0至1V，分段进行线性拟合，使用两点决定一条直线的方法，拟合出真实电压与通过AD7791芯片所获得的采样值之间的一条直线，然后把采样电压修正到真实电压。这里，对真实电压，本发明是通过使用日本爱德万(Advantest)公司所生产的七位半高精度数字万用表(型号为R6871E)来进行测量。

将0～1V分为50个段，则第一段为0～0.02V，第二段为0.02V～0.04V，……，第五十段为0.98～1V。对每一个段(例如第i段，i＝1,2,…,50)，由AD7791芯片和数字万用表(型号为R6871E)分别测得扫描线上电容的四组电压值，由这四组电压值来计算该段的校准系数k_i和b_i；然后通过使用校准系数k_i和b_i，来计算经过修正之后的电压值。

这里，以第一段为例来进行说明，对其他的段，可类似进行。对第一段，由AD7791芯片和数字万用表分别测得扫描线上电容的四组电压值(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)和(x₄,y₄)，其中，x₁，x₂，x₃和x₄是AD7791芯片测得的值，y₁，y₂，y₃和y₄是数字万用表测得的值。

将两组电压值(x₁,y₁),(x₂,y₂)分别代入公式y＝k₁₁x+b₁₁，可得y₁＝k₁₁x₁+b₁₁，y₂＝k₁₁x₂+b₁₁，通过求解由这两个等式所组成的线性方程组，可得：

将两组电压值(x₂,y₂),(x₃,y₃)分别代入公式y＝k₂₁x+b₂₁，可得y₂＝k₂₁x₂+b₂₁，y₃＝k₂₁x₃+b₂₁，通过求解由这两个等式所组成的线性方程组，可得：

将两组电压值(x₃,y₃),(x₄,y₄)分别代入公式y＝k₃₁x+b₃₁，可得y₃＝k₃₁x₃+b₃₁，y₄＝k₃₁x₄+b₃₁，通过求解由这两个等式所组成的线性方程组，可得：

计算k₁₁，k₂₁和k₃₁的平均值，以及b₁₁，b₂₁和b₃₁的平均值：

这样就获得了第一段的校准系数k₁和b₁。用类似的方式，计算其它每一段的校准系数k_i和b_i(i＝2,3,…,50)。

在本发明中，这里的校准系数k_i和b_i的值是通过对被测电容触摸屏的扫描线上电容的电压值经过如上的测试之后得出的，在后续的测试过程中将使用它们来实现对检测值的修正，即当用AD7791芯片测得扫描线上电容的电压值为x时，根据x的值所在的段(这里设x处于第j段)，则将k_j·x+b_j作为对该测量值x的修正值；并将该值传送给控制单元，作为扫描线上电容的电压值(记为V₁)来计算扫描线上的电容值。

控制单元计算扫描线上的电容C的值的方式如下：

其中，C为被测电容触摸屏的扫描线上的电容，V₀为参考电阻上的电压值，V₁为扫描线上电容的电压值，R₁为参考电阻上的电阻值，f为激励信号的频率。

对校准模块，本发明的具体实现如下。该模块主要包括如下部分：DSP芯片，存储器和数字万用表。这三部分是相互连接的，即DSP芯片分别与存储器和数字万用表连接，数字万用表分别与DSP芯片和存储器连接。

对校准模块的DSP(Digital Signal Processor)芯片，本发明是采用TI公司的TMS320C6205芯片，它的时钟频率最高可达到200MHz，运算速度最高可达1600MPIS；它的内部有八个功能单元即两个乘法器和六个用于执行算术和逻辑运算的部件，具有在一个周期内执行八条32位指令的运算能力。本发明是通过使用这种DSP芯片来运行对扫描线上电容的电压值进行校准的算法。

对校准模块的存储器，本发明是采用SDRAM存储器和Flash存储器等两种存储器，这两种储存器为并联连接关系。对SDRAM存储器，本发明是采用Hynix公司的HY57V561620存储芯片，它的存储容量为16MB，可以以16位的数据宽度的方式工作；本发明使用这种SDRAM存储器来存放在对扫描线上电容的电压值进行校准时所涉及到的一些参数和数据。对Flash存储器，本发明是采用AMD公司的AM29LV320D芯片，它的存储容量为32MB，具有16位数据宽度，可以以8位或16位的数据宽度的方式工作；本发明使用这种Flash存储器来存放对扫描线上电容的电压值进行校准的算法。

对校准模块的数字万用表，本发明采用日本爱德万(Advantest)公司所生产的七位半高精度数字万用表(型号为R6871E)。

对接口模块，它主要是使用USB通信接口把控制单元与微型计算机连接起来，使得微型计算机可以通过该接口向控制单元发送测试与控制命令，并通过该接口接收来自控制单元的测试数据。对接口模块的实现，本发明采用Cypress公司的USB收发芯片CY7C68013A来实现，该芯片内含一个8051内核、16KB的RAM和4KB的FIFO存储器。CY7C68013A与控制单元采用GPIF接口方式进行通信，能够进行单字节读写、先进先出方式的读写等。

本发明一种检测电容触摸屏扫描线上电容的系统，对该系统的操作包括如下步骤：

步骤1：打开系统的电源，启动系统。

步骤2：将标准电容触摸屏放置于系统的二维工作台上。该二维工作台是一个平台，主要用于在它上面放置被测电容触摸屏。

这里，标准电容触摸屏与被测电容触摸屏的结构与功能完全一样，只是标准电容触摸屏没有缺陷存在，所有的结构与功能符合要求，而被测电容触摸屏则可能有缺陷，也可能没有缺陷。

步骤3：测试探针在电机的驱动下移动到指定的位置，并与标准电容触摸屏的一个扫描线进行物理接触。

步骤4：由系统的激励信号单元产生具有给定频率的激励信号，并通过测试探针施加到标准电容触摸屏的指定的一个扫描线上，分别由系统的检测单元和数字万用表(型号为R6871E)检测所指定的扫描线上电容的电压值。

这里，是把0～1V分为50个段，第一段为0～0.02V，第二段为0.02V～0.04V，……，第五十段为0.98～1V。对每一段，由系统和数字万用表(型号为R6871E)对扫描线上电容的电压值进行4次测量。

因此，重复进行此步骤50次，每一次针对一个段的电压范围来产生激励信号，而且在进行时每次所产生的激励信号的幅度(强度)不相同，使得指定的扫描线上电容的电压值能对应于所给定的每一段的电压。

步骤5：由系统的校准模块计算每一段的校准系数k_i和b_i(i＝1,2,…,50)。

步骤6：对标准电容触摸屏的另一个扫描线，重复进行步骤3至步骤5，直至对标准电容触摸屏的所有扫描线都完成了这种操作。

步骤7：将被测电容触摸屏放置于系统的二维工作台上。

步骤8：系统的激励信号单元产生具有给定频率的激励信号。

步骤9：对被测电容触摸屏的一个指定的扫描线，通过使用探针把激励信号施加到该扫描线上。

步骤10：系统的检测单元检测所指定的扫描线上电容的电压值。

步骤11：系统的校准模块对步骤10所获得的扫描线上电容的电压值进行修正。

步骤12：系统的控制单元计算扫描线上的电容值，并保存。

步骤13：对被测电容触摸屏的另一个扫描线，重复进行步骤8至步骤12，直至对被测电容触摸屏的所有扫描线都完成了这种操作。

步骤14：系统将被测电容触摸屏的所有扫描线的电容值通过USB接口传送给微型计算机。

步骤15：若还有电容触摸屏需要检测，则转步骤7。若所有的电容触摸屏都已进行了检测，则转步骤16。

步骤16：在微型计算机的显示器上对所获得的检测结果进行显示，例如，显示并说明被测电容触摸屏的每个扫描线的电容的值，以及该值是否在规定的范围之内。若每个扫描线的电容的值都在规定的范围之内，则说明该被测电容触摸屏符合要求，质量合格；若存在有一些扫描线的电容的值不在规定的范围之内，则说明该被测电容触摸屏的质量不合格。至此对整个系统的操作过程结束。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种检测电容触摸屏扫描线上电容的系统，其特征在于主要包括：控制单元、激励信号单元、探针模块、检测单元、校准模块和接口模块以及二维工作台，二维工作平台分别与探针模块、检测模块连接；控制单元分别与激励信号单元、探针模块、检测单元、校准模块、接口模块连接；探针模块分别与激励信号单元、检测单元、控制单元连接；检测单元分别与探针模块、控制单元、激励信号单元、校准模块连接；校准模块分别与检测单元、控制单元连接；

所述的校准模块通过分段修正的方法对扫描线上电容的电压值进行修正，具体如下：对检测单元中模数转换器得到的采样电压设为0至1V，分段进行线性拟合，使用两点决定一条直线的方法，拟合出真实电压与通过模数转换器所获得的采样值之间的一条直线，然后把采样电压修正到真实电压；

所述真实电压通过以下方式进行测量：将0～1V分为50个段，则第一段为0～0.02V，第二段为0.02V～0.04V，……，第五十段为0.98～1V；对每一个段，由AD7791芯片和数字万用表分别测得扫描线上电容的四组电压值，由这四组电压值来计算该段的校准系数k_i和b_i；然后通过使用校准系数k_i和b_i，来计算经过修正之后的电压值；

所述的探针模块包括电机以及与电机连接的测试探针，测试探针包括用于施加激励信号的探针，以及用于检测扫描线上电容的电压值的探针；

所述的检测单元包括用于模/数转换和电压采集的模数转换模块、开关A₁、开关A₂、开关B₁、开关B₂、参考电阻R₁；开关A₁、开关A₂、开关B₂、开关B₁、开关A₁依次连接；开关A₁和开关B₁之间设置有引出导线D₁，引出导线D₁与一个用于检测扫描线上电容的电压值的探针连接，开关A₂和开关B₂之间设置有引出导线D₂，引出导线D₂与另一个用于检测扫描线上电容的电压值的探针连接。

2.根据权利要求1所述检测电容触摸屏扫描线上电容的系统，其特征在于：所述的控制单元是嵌入式计算机系统，包含相互连接的嵌入式处理器和存储器，并使用嵌入式操作系统；

所述的激励信号单元包含依次连接的稳压模块、FPGA模块和DDS模块。

3.根据权利要求2所述检测电容触摸屏扫描线上电容的系统，其特征在于：所述的嵌入式处理器采用嵌入式ARM微处理器S3C6410；

所述的存储器包括SDRAM存储器和Flash存储器，SDRAM存储器和Flash存储器分别与嵌入式处理器连接；

所述的嵌入式操作系统为Windows CE 6.0嵌入式操作系统；

所述的DDS模块采用DDS集成芯片AD9910；

所述的FPGA模块采用FPGA芯片EP3C10E144C8N；

所述的稳压模块采用AMS1117-1.2芯片、AMS1117-2.5芯片和AMS1117-3.3芯片。

4.根据权利要求1所述检测电容触摸屏扫描线上电容的系统，其特征在于：所述的校准模块主要包括相互连接的DSP芯片、存储器和数字万用表。

5.根据权利要求4所述检测电容触摸屏扫描线上电容的系统，其特征在于：

所述的DSP芯片采用TMS320C6205芯片；

所述的存储器包含SDRAM存储器和Flash存储器；

所述数字万用表采用七位半高精度数字万用表。

6.根据权利要求1所述检测电容触摸屏扫描线上电容的系统，其特征在于：所述的接口模块采用CY7C68013A芯片。

7.一种检测电容触摸屏扫描线上电容的方法，其特征在于是使用权利要求1～6任一项所述的系统实现，包括如下步骤：

(1)探针模块通过控制单元的控制，探针模块中的测试探针在电机的驱动下移动到被测电容触摸屏的指定位置，并与被测电容触摸屏上的扫描线进行物理接触；

(2)激励信号单元在控制单元的控制下，产生给定频率的激励信号，并通过探针模块中的测试探针施加到被测电容触摸屏的扫描线上，检测单元检测扫描线上电容的电压值，并通过校准模块进行校正，校正后的数据通过控制单元进行计算，最终获得扫描线的电容值：

其中，C为被测电容触摸屏的扫描线上的电容，V₀为参考电阻上的电压值，V₁为扫描线上电容的电压值，R₁为参考电阻上的电阻值，f为激励信号的频率；

其中，校准模块中的校正系数，通过如下步骤得到：

步骤1：探针模块中的测试探针与标准电容触摸屏的一个扫描线进行物理接触；

步骤2：由激励信号单元产生具有给定频率的激励信号，并通过测试探针施加到标准电容触摸屏的指定的一个扫描线上，分别由检测单元和校准模块检测所指定的扫描线上电容的电压值；把0～1V分为50个段，第一段为0～0.02V，第二段为0.02V～0.04V，……，第五十段为0.98～1V；对每一段，由检测单元和校准模块对扫描线上电容的电压值进行4次测量；

步骤3：由校准模块计算每一段的校准系数k_i和b_i，i＝1,2,…,50；

步骤4：对标准电容触摸屏的另一个扫描线，重复进行步骤1至步骤3，直至对标准电容触摸屏的所有扫描线都完成了这种操作，得的所有扫描线的校准系数。

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