Контроллеры сенсорных экранов от Analog Devices


PDF версия

В статье представлено семейство контроллеров резистивных сенсорных экранов для смартфонов, PDA и других портативных устройств с автономным питанием, а также рассказывается о контроллерах емкостного интерфейса ввода семейства CapTouch™, предназначенных для создания сенсорных клавиатур, регуляторов и сенсорных матриц на основе емкостных датчиков.

Analog Devices предлагает большой выбор интегральных схем (ИС) для работы с четырехпроводным резистивным сенсорным экраном. Эти контроллеры могут применяться в смартфонах, наладонных компьютерах PDA, торговых терминалах и в других устройствах, где необходим интерфейс сенсорного экрана. Контроллеры сенсорных экранов фирмы Analog Devices имеют 12-разрядное разрешение, интерфейс SPI и обладают низким энергопотреблением, что делает идеальным их применение в портативных устройствах с автономным питанием.

Контроллеры резистивных сенсорных экранов

Резистивный сенсорный экран, по сути, представляет собой поверхность с распределенным сопротивлением. При прикосновении к сенсорному экрану стилусом или пальцем эта поверхность в одной точке замыкается с подлежащим проводящим слоем. Так образуется двухмерный резистивный делитель напряжения. Измерив напряжение (т.е. фактически соотношение сопротивлений) по одной, а затем по другой оси сенсорного экрана, мы получим код, соответствующий точке прикосновения стилуса к экрану в этой двухкоординатной системе. Для проведения таких измерений существуют специализированные контроллеры.

Контроллер резистивного сенсорного экрана (touch-screen digitizer) представляет собой разновидность аналого-цифрового преобразователя, в котором предусмотрены специфические функции и в который интегрированы соответствующие узлы. Эти контроллеры предназначены для портативной аппаратуры с батарейным питанием, поэтому от них в первую очередь требуются такие качества как низкое энергопотребление, возможность работы при низких напряжениях питания, высокая степень интеграции, и, конечно, у них должны быть компактные корпуса. В качестве примера рассмотрим один из современных контроллеров сенсорных экранов AD7879, блок-схема которого приведена на рисунке 1.

 

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Рис. 1. Блок-схема контроллера резистивного сенсорного экрана AD7879

В AD7879 имеется функция программируемой задержки первого преобразования. Эта задержка позволяет дождаться окончания переходных процессов во время прикосновения стилуса или пальца к экрану, получить отсчеты, свободные от шумов, и таким образом более точно определить координаты точки прикосновения. Время задержки необходимо устанавливать в зависимости от свойств сенсорного экрана и от требуемых параметров быстродействия и точности. Время преобразования можно выбирать из ряда значений 2 мкс, 4 мкс, 8 мкс или 16 мкс. С помощью встроенного таймера можно устанавливать периодичность выполнения преобразования (или последовательности преобразований) в пределах 550 мкс…9,440 мс с шагом 35 мкс. Кроме того, этот прибор может работать в режиме однократного преобразования, что значительно экономит электроэнергию в режиме ожидания. Встроенные средства подавления шумов и помех включают усреднение по заданному числу отсчетов — 1, 4, 8 или 16. Это число устанавливается программно.

Секвенсор (автомат последовательного управления устройствами) и таймер могут обеспечить работу в режиме Master, при этом преобразователь будет вырабатывать прерывания для хост-процессора. Это позволяет существенно снизить нагрузку на хост-процессор. Таким образом, контроллер автоматически запускает преобразование в момент прикосновения к экрану. Когда преобразование закончено, результат обработан и стал доступен, контроллер вырабатывает прерывание для хост-процессора. Таймер позволяет настроить процессор таким образом, что рабочая последовательность отсчетов повторяется, если сохраняется нажатие на экран.

В режиме Slave алгоритм работы несколько другой. Когда происходит прикосновение к экрану, контроллер вырабатывает сигнал прерывания Penirq, который «пробуждает» хост-процессор. Затем от хост-процессора требуется, чтобы он запустил преобразование или загрузил последовательность преобразования. Таймер тоже может быть настроен так, чтобы последовательность преобразования повторялась автоматически.

В контроллере AD7879 имеется очень полезная функция — возможность цифровой фильтрации полученных отсчетов. Как и любое другое электронное устройство, резистивный сенсорный экран и контроллер испытывают различные помехи. Значительным источником импульсных помех является сам жидкокристаллический дисплей. Кроме того, помехи вносят и цифровые схемы, в большом количестве имеющиеся в любом современном устройстве. В результате оцифрованные отсчеты сильно «загрязнены». Проявляется это в неправильном определении координат прикосновения к экрану. Обычно происходит отклонение от реальной точки по горизонтали или по вертикали (см. рис. 2). В приборе AD7879 медианный фильтр позволяет устранить резкие выбросы, а усредняющий фильтр — устранить шумы и обеспечить более точное определение координат, особенно при резких переломах линии ведения стилуса. Таким образом, встроенная цифровая фильтрация способствует разгрузке хост-процессора, хотя, конечно, при наличии запаса вычислительной мощности эти алгоритмы могут быть реализованы в хост-процессоре. В таблице 1 представлены технические характеристики различных контроллеров резистивных сенсорных экранов. Все приведенные в таблице контроллеры предназначены для работы в температурном диапазоне –40…85°C. Контроллеры выпускаются в очень компактных корпусах. Например, AD7879 выпускается в корпусе WLSCP размером 1,6×2 мм.

 

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Рис. 2. Результат работы цифровой фильтрации сигнала
Таблица 1. Технические характеристики контроллеров резистивных сенсорных экранов
Название

AD7843

AD7873

AD7877

AD7879

Разрешение, разрядов

12

Частота отсчетов, кГц

125

Встроенный источник опорного напряжения, В

2,5

Аналоговых входов

2

1

ДОЗ

1 совмещенный

Каналов мониторинга питания

1

2

Датчик температуры

Да

Да

Да

Средства шумопонижения

STOPACQ

Цифровая фильтрация

ЦАП

8 разр.

Входы/выходы GPIO

До 4

1 совмещенный

Таймер

Да

Да

Секвенсор

Интерфейс

SPI 8 бит

SPI 16 бит

SPI, I2C

Потребляемый ток, мкА (типичное значение в активном режиме)

240

670 (включая ИОН)

880 (+ИОН и ЦАП)

800

Корпуса

QSOP-16, TSSOP-16

QSOP-16, TSSOP-16, LFCSP-16

LFCSP-32

WLCSP-25

WLCSP-12

1,6×2 мм

LFCSP-16

 

Контроллеры емкостного интерфейса ввода CapTouch

Микросхемы CapTouch™ представляют собой специализированные преобразователи емкости в цифровой код, предназначенные для создания сенсорных клавиатур, регуляторов и сенсорных матриц на основе емкостных датчиков. Семейство CapTouch™ включает контроллеры AD7142 (см. рис.3), AD7143, AD7147, AD7148 и др. Данные контроллеры могут применяться для создания интерфейсов ввода с кнопками и регуляторами произвольной формы: это могут быть манипуляторы ввода, имитирующие колеса прокрутки, полосы прокрутки, ползунковые регуляторы и т.д. Кроме того, контроллеры емкостного интерфейса ввода применяются для реализации сенсорных панелей ввода, подобных описанным выше резистивным сенсорным экранам (см. рис. 4).

 

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Рис. 3. Контроллер емкостного интерфейса ввода AD7142

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Рис. 4. Пример сенсорной панели на основе преобразователя CapTouch

Сенсорная панель ввода, изображенная на рисунке 4, представляет собой матрицу на 7 колонок и 5 рядов. Контроллер CapTouch осуществляет сканирование этой матрицы, последовательно подавая высокочастотный сигнал возбуждения на колонки и ряды. Если прикоснуться пальцем к поверхности экрана, то часть высокочастотного сигнала замыкается на палец за счет емкостной связи, контроллер распознает это изменение уровня сигнала, благодаря чему определяется место касания. Обратите внимание, что матрица 7×5 позволяет обеспечить разрешающую способность этой сенсорной панели порядка 200×200, что вполне достаточно для интерфейса пальцевого ввода. Стилусы в этих системах, как правило, не применяются, т.к. вносимое ими изменение емкости слишком локально и незначительно. Такая высокая разрешающая способность достигается путем сглаживания и интерполяции, но вычислительную нагрузку в таком случае несет хост-процессор.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *