利用電阻觸摸屏和CPLD來實現多點觸摸系統的替代

　觸摸屏是成熟的技術，最基本、也是最常用的是4/5線電阻觸摸屏。很多標準屏支持多種尺寸，可以選擇多種解碼模擬解決方案。電阻觸摸屏支持多種輸入方法，比如手指、觸摸筆、手套和指甲等等。電容觸摸屏是一種新的解決方案，也有4/5線選擇，標準屏比較少，復雜的模擬解碼器解決方案也比較少。電容觸摸屏比較適合手指的輸入，不太適合指甲、觸摸筆和手套的輸入。電容屏幕最主要的優勢是表面耐用性，成熟的電阻和電容觸摸屏限于單點觸摸。iTouch等產品則采用了多點觸摸技術，多點觸摸增加了人機接口，并增加了兩路以上的同時輸入或者觸摸點。靜態輸入觸摸的例子有鍵盤或者游戲手柄上的Shift鍵和Control、Alt、Delete功能鍵等，它們都有多路獨立的控制;動態輸入的例子有手勢、命令、旋轉動作或者收縮、擴大等等。使用過多點觸摸技術以后，傳統的觸摸技術就顯得太簡單了。

　　目前，可以使用到多點觸摸技術的應用包括醫療影像(超聲、X射線和MRI在進行圖像處理時需要用到)、信息查詢終端 (相片打印、零售信息查詢終端、地圖/導航等)、音樂/視頻播放器(iTouch)、家電等。本文將介紹一個使用數字電阻觸摸屏和MAX II CPLD來實現多點觸摸系統的簡單數字低成本替代方案。

　　多點觸摸解碼

　　任何多點觸摸解決方案都從觸摸屏開始。文中的例子使用NKKSwitch的數字SmartTouch，型號為FTAS225-5.7A-N。還有別的供應商提供的尺寸不同的其他數字電阻屏。處理接口是I2C，但也可以使用其他接口。

　　FTAS225-5.7A-N采用了5.7”疊層屏幕，15行×15列，觸點分辨率為5mm×7mm。屏幕疊層實際上是15×15的開關矩陣。數字電阻屏疊層使用水平和垂直的銥錫氧化物(ITO)走線。走線之間是分開的，觸摸時會使兩層短路。

　　在此次演示中，設計簡化為8×8數字電阻觸摸屏。本例子使用了處理器I2C接口，但是也可以為任何處理器提供任意串行或者并行接口。該設計只需要MAX II將數字電阻觸摸屏與處理器連接起來，利用MAX II內部上拉電阻和內部振蕩器減少外部元件。

　　在圖1中，垂直寄存器在每一列為每一行進行采樣，水平寄存器組成了移位寄存器，陣列每次都被驅動為低電平。圖中波形顯示了沒有觸摸時屏幕是怎樣解碼的。當屏幕上沒有點被觸摸時，行探測信號保持高電平。當屏幕上第2行第2列被觸摸時，導致第二行在C2采樣期間被拉低。每次掃描顯示屏時，I2C模塊向處理器發送8字節數據。

　　表1 觸摸屏的優缺點

　　圖1 單點觸摸解碼的工作模式

　　多點觸摸解碼是怎樣工作的呢?圖2中的波形顯示了三個觸點。圖中的手指符號表示每一個觸點是怎樣映射到行列采樣信號的。三個觸點導致掃描期間出現3個低電平脈沖。在某些3手指觸摸條件下，簡單解碼器會錯誤地報告出現混疊信號，而后者是不正確的觸點解碼。3個觸點必須呈三角形，其中兩個點共享一行，兩個點共享一列。圖中的紅圈畫線顯示了混疊信號解碼脈沖。

　　圖2 多點觸摸解碼的工作模式

　　改進后的解碼器電路可以減小甚至消除混疊信號。首先，我們要做的是時鐘速率提高，通常將時鐘速率提高10-100倍。在圖3中，I2C時鐘從100kHz提高到4MHz。增加了同步移位和采樣使能信號(綠色)。 SFT是移位使能信號，SEN是采樣時能信號。加入了時序控制模塊，支持SFT至SEN延時調整(紅色)，支持移位使能信號對使能延時調整進行采樣。時序控制模塊能夠減小移位使能采樣，使能延時可以增大移位使能。采樣使能延時獨立地控制每一列、每一行延時。

　　圖3 改進后的電路減小了混疊信號(1)