저항 막 방식 터치 스크린의 구조 및 구현 원리 소개

- Sep 09, 2019-

과거에는 저항 막 방식 터치 스크린의 터치 포인트 좌표를 마이크로 컨트롤러로 읽으려면 전용 터치 스크린 컨트롤러 칩이 필요했거나 복잡한 외부 스위치 네트워크를 사용하여 마이크로 컨트롤러의 온칩 아날로그-디지털을 연결했습니다. 변환기 (ADC). Sharp의 LH75400 / 01 / 10 / 11 시리즈 및 LH7A404 마이크로 컨트롤러에는 모두 연속 근사 레지스터 (SAR) 유형의 컨버터를 사용하는 터치 스크린 바이어스 회로가있는 온칩 ADC가 제공됩니다. 이 컨트롤러는 터치 스크린 센서와 마이크로 컨트롤러 간의 직접 인터페이스를 가능하게하고 CPU 개입없이 모든 터치 스크린 바이어스 전압을 제어하며 모든 측정 값을 기록합니다. 이 기사에서는 4 선, 5 선, 7 선 및 8 선 터치 스크린의 구조 및 구현 원리를 자세히 설명합니다.


SAR 구조


SAR을 구현하는 방법은 여러 가지가 있지만 기본 구조는 매우 간단합니다 (그림 1 참조).

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이 구조는 아날로그 입력 전압 (VIN)을 트랙 / 홀더에 저장하고 N- 비트 레지스터는 중간 값 (즉, 최상위 비트가 1로 설정된 100. .0으로 설정 됨)으로 이진을 수행합니다. 조회 알고리즘. 따라서 DAC (디지털-아날로그 변환기) (VDAC)의 출력은 VREF의 절반이며, 여기서 VREF는 ADC의 기준 전압입니다. 그런 다음 비교를 수행하여 VIN이 VDAC보다 작거나 큰지 확인하십시오.


1. VIN이 VDAC보다 작은 경우 비교기 출력은 로직 로우이며 N 비트 레지스터의 최상위 비트가 지워집니다.


2. VIN이 VDAC보다 큰 경우 비교기 출력은 로직 하이 (또는 1)이며 N 비트 레지스터의 최상위 비트는 '1'로 유지됩니다.


그 후, SAR의 제어 로직이 다음 비트로 이동하고, 비트가 강하게 강제되고 다음 비교가 수행된다. SAR 제어 로직은 마지막 비트까지 위의 시퀀스 동작을 반복합니다. 변환이 완료되면 N 비트 데이터 워드가 레지스터에서 획득됩니다.


그림 2는 Y 축과 굵은 선이 DAC의 출력 전압을 나타내는 4 비트 변환 프로세스의 예를 보여줍니다.

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그림 2 4 비트 변환 프로세스


이 경우 :


1. 첫 번째 비교에서는 VIN이 VDAC보다 작으므로 비트 [3]이 0으로 설정됩니다. 그런 다음 DAC는 0b0100으로 설정되고 두 번째 비교가 수행됩니다.


2. 두 번째 비교에서 VIN은 VDAC보다 크므로 비트 [2]는 1로 유지됩니다. 이후 DAC는 0b0110으로 설정되고 세 번째 비교가 수행됩니다.


3. 세 번째 비교에서 비트 [1]은 0으로 설정됩니다. 그런 다음 DAC는 0b0101로 설정되고 마지막 비교가 수행됩니다.


4. 마지막 비교에서 VIN이 VDAC보다 크기 때문에 비트 [0]은 1로 유지됩니다.


터치 스크린 원리


터치 스크린은 서로의 위에 적층 된 2 개의 투명 층을 포함한다. 4- 와이어 및 8- 라인 터치 스크린은 동일한 표면 저항을 갖는 두 개의 투명 저항 재료로 구성됩니다. 5 와이어 및 7 와이어 터치 스크린은 저항 층과 전도성 층으로 구성되며, 일반적으로 탄성 물질을 사용하여 두 층을 분리합니다. 터치 스크린 표면의 압력 (예 : 펜촉이나 손가락으로 누르는 압력)이 충분히 크면 상단 레이어와 하단 레이어 사이에 접촉이 이루어집니다. 모든 저항 막 방식 터치 스크린은 전압 분배기 원리를 사용하여 X 및 Y 좌표를 나타내는 전압을 생성합니다. 그림 3과 같이 전압 분배기는 두 개의 저항을 직렬로 연결하여 구현됩니다. 상단 저항 (R1)은 양의 기준 전압 (VREF)에 연결되고 하단 저항 (R2)은 접지에 연결됩니다. 두 저항의 접합부의 전압 측정은 아래 저항의 저항에 비례합니다.

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그림 3 전압 분배기는 두 개의 저항으로 직렬로 연결됩니다.


저항성 터치 스크린에서 특정 방향으로 좌표를 측정하려면 저항 층을 바이어스해야합니다. 한쪽은 VREF에 연결되고 다른 쪽은 접지됩니다. 또한 바이어스되지 않은 레이어를 ADC의 고 임피던스 입력에 연결합니다. 터치 스크린의 압력이 두 층 사이에 접촉하기에 충분히 큰 경우, 저항 표면은 두 개의 저항으로 나뉩니다. 이들의 저항은 터치 포인트에서 오프셋 에지까지의 거리에 비례합니다. 접촉점과 접지면 사이의 저항은 전압 분배기 아래의 저항과 같습니다. 따라서, 바이어스되지 않은 층에서 측정 된 전압은 접촉점에서 접지면까지의 거리에 비례합니다.


4 선식 터치 스크린


4 와이어 터치 스크린에는 2 개의 저항 막이 있습니다. 레이어 중 하나에는 화면의 왼쪽과 오른쪽 가장자리에 세로 버스가 있고 다른 레이어에는 그림 4와 같이 화면의 아래쪽과 상단에 가로 버스가 있습니다. X 축 방향으로 측정하려면 왼쪽 버스는 0V로 바이어스되고 오른쪽 버스는 VREF로 바이어스됩니다. 상단 또는 하단 버스를 ADC에 연결하고 상단 및 하단 레이어가 접촉 할 때 측정합니다.

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igure 4 4 선식 터치 스크린의 2 개의 저항 막


Y 축 방향으로 측정하기 위해 상단 버스는 VREF로 바이어스되고 하단 버스는 0V로 바이어스됩니다. ADC 입력은 왼쪽 또는 오른쪽 버스로 종단되고 상단 레이어가 하단 레이어와 접촉 할 때 전압이 측정됩니다. 그림 5는 2 개의 층이 접촉 할 때 4 와이어 터치 스크린의 단순화 된 모델을 보여줍니다. 4 선식 터치 스크린의 경우 이상적인 연결 방법은 VREF에 바이어스 된 버스를 ADC의 양의 기준 입력에 연결하고 0V로 설정된 버스를 ADC의 음의 기준 입력에 연결하는 것입니다.


5 선식 터치 스크린


5 선식 터치 스크린은 저항 층과 도전 층을 사용합니다. 전도성 층은 일반적으로 한쪽 측면의 가장자리에 접촉을 갖는다. 저항 층의 네 모서리 각각에 하나의 접촉이있다. X 축 방향으로 측정하기 위해 왼쪽 상단과 왼쪽 하단이 VREF로 바이어스되고 오른쪽 상단과 오른쪽 하단이 접지됩니다. 왼쪽과 오른쪽 모서리는 동일한 전압이기 때문에 4 선식 터치 스크린에서 사용되는 방식과 유사하게 왼쪽과 오른쪽에 연결된 버스의 효과와 유사합니다.


Y 축을 따라 측정하기 위해 왼쪽 위와 오른쪽 위 모서리는 VREF로 오프셋되고 왼쪽 아래와 오른쪽 아래 모서리는 0V로 오프셋됩니다. 상부 및 하부 코너는 각각 동일한 전압이므로, 4 선식 터치 스크린에서 사용되는 방법과 유사하게, 상부 및 하부 에지를 연결하는 버스와 실질적으로 동일한 효과가있다. 이 측정 알고리즘의 장점은 왼쪽 상단과 오른쪽 하단의 전압을 일정하게 유지한다는 것입니다. 그러나 그리드 좌표를 사용하는 경우 X 및 Y 축을 반대로해야합니다. 5 선식 터치 스크린의 경우 연결하는 가장 좋은 방법은 왼쪽 위 모서리 (VREF로 오프셋)를 ADC의 양의 기준 입력에 연결하고 왼쪽 아래 모서리 (0V로 오프셋)를 ADC.


7 라인 터치 스크린


7 라인 터치 스크린은 5 라인 터치 스크린과 동일한 방식으로 구현되며, 왼쪽 상단과 오른쪽 하단에 한 줄이 추가된다는 점이 다릅니다. 화면 측정을 수행 할 때 왼쪽 상단의 한 줄을 VREF에 연결하고 다른 한 줄을 SAR ADC의 양의 기준 끝에 연결하십시오. 동시에 오른쪽 아래 모서리의 한 라인은 0V에 연결되고 다른 라인은 SAR ADC의 음의 기준 종단에 연결됩니다. 도전 층은 여전히 분압기의 전압을 측정하는데 사용된다.


8 라인 터치 스크린


각 버스에 하나의 회선을 추가하는 것 외에도 8 선식 터치 스크린은 4 선식 터치 스크린과 동일한 방식으로 구현됩니다. VREF 버스의 경우 한 라인은 VREF를 연결하는 데 사용되고 다른 라인은 DAC ADC의 디지털-아날로그 변환기의 양의 기준 입력으로 사용됩니다. 0V 버스의 경우 한 라인은 0V를 연결하는 데 사용되고 다른 라인은 DAC ADC의 디지털-아날로그 변환기의 음의 기준 입력으로 사용됩니다. 바이어스되지 않은 층의 4 개 와이어 중 하나를 사용하여 분압기의 전압을 측정 할 수 있습니다.


연락 확인


풀 터치 저항이 약한 레이어 중 하나를 당기고 풀 다운 저항이 강한 레이어 중 하나를 당기면 모든 터치 스크린에서 터치가 발생했는지 감지 할 수 있습니다. 풀업 레이어의 측정 된 전압이 특정 로직 임계 값보다 큰 경우 터치가 없음을 나타내며 그 반대도 마찬가지입니다. 이 접근법의 문제점은 터치 스크린이 거대한 커패시터이며 LCD에 의해 발생되는 노이즈를 걸러 내기 위해 터치 스크린 리드의 커패시턴스를 증가시켜야 할 수도 있다는 것입니다. 큰 커패시터에 연결된 약한 풀업 저항은 상승 시간을 연장시킬 수 있으며 잘못된 터치를 감지 할 수 있습니다.


4 와이어 및 8 와이어 터치 스크린은 접촉 저항을 측정하며, 이는 그림 5에서 RTOUCH입니다. RTOUCH는 터치 압력에 대략 비례합니다. 터치 압력을 측정하려면 터치 스크린에서 하나 또는 두 레이어의 저항을 알아야합니다. 그림 6의 공식은 계산 방법을 제공합니다. Z1의 측정 값이 0에 가까우면 (측정 과정에서 터치 포인트가 접지 된 X 버스에 가까울 때) 계산시 일부 문제가 발생할 수 있으며,이를 통해 효과적으로 개선 할 수 있습니다. 약한 풀업 방법을 사용합니다.

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