電容式觸摸屏測試中的激勵信號的軟件程序設(shè)計

陳翎　潘中良

摘要：電容式觸摸屏是多種類型的觸摸屏中的一種主要類型，它在智能終端和手機等產(chǎn)品中得到了廣泛使用。對電容式觸摸屏進(jìn)行測試是保證它的質(zhì)量與性能的一個關(guān)鍵步驟。本文首先給出了電容觸摸屏測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其次，對激勵信號的軟件程序設(shè)計進(jìn)行了闡述，給出了相關(guān)的設(shè)計方法與步驟，通過與硬件電路的結(jié)合，實現(xiàn)了對多種類型的激勵信號波形的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：電容式觸摸屏 參數(shù)測試 軟件設(shè)計 激勵信號 波形產(chǎn)生

中圖分類號：TP334.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0169-02

Abstract：The capacitive touch panel is one of main types of touch panels， it has been applied in intelligent terminals and mobile telephone. The testing of capacitive touch panel is a key process step in order to ensure the quality and performance. First of all， the structure of the test system for capacitive touch panel is given in the paper. Secondly， the software program design of excitation signal is investigated， the design methods and design steps are given. The many types of excitation signal waveforms are generated by the combination of the software program and hardware circuits.

Key Words：Capacitive touch panel；parameters testing； software design；excitation signal；waveform generation

1 引言

觸摸屏作為一種人機交互的輸入設(shè)備，是目前人與機器設(shè)備進(jìn)行溝通的界面中最簡單的一種。使用者可以不必再通過鍵盤和鼠標(biāo)，而是利用觸摸方式來進(jìn)行輸入。觸摸屏的優(yōu)點主要有堅固耐用、反應(yīng)速度快、易于交互等[1-3]。對觸摸屏的操作過程是：以手指直接接觸面板，接觸點經(jīng)由內(nèi)部機構(gòu)計算出接觸點位置或接觸點所在的區(qū)域，之后把結(jié)果傳送到信息處理設(shè)備，達(dá)到輸入的目的。

目前，觸摸屏已廣泛應(yīng)用于人們的日常生活的各個領(lǐng)域，例如，手機、數(shù)碼相機、售票終端系統(tǒng)等。在手機方面，人們對手機的智能化和便捷程度的要求越來越高，使得觸摸屏作為一種便捷的人機接口在手機上的應(yīng)用越來越普及；在汽車電子領(lǐng)域，人們對汽車的娛樂信息系統(tǒng)的要求也不斷增加，車載導(dǎo)航系統(tǒng)、車內(nèi)影音娛樂系統(tǒng)等得到了普及，由于觸摸屏是比較方便的人機交互界面，因此迅速占領(lǐng)了車內(nèi)用人機交互設(shè)備的市場。

觸摸屏的類型主要有如下五種：表面聲波式、紅外線式、電阻式、表面電容式、投射電容式等。前兩種觸摸屏的體積大而且價格較高，適合于在一些大型的設(shè)備上使用；后三種具有體積小價格低，適合于移動設(shè)備和消費電子產(chǎn)品，其中的電容觸摸屏具有響應(yīng)時間短和透過率高等特點，已成為市場的主流觸摸屏[4，5]。

電容觸摸屏的制造是一個復(fù)雜而又精細(xì)的過程，包括了許多生產(chǎn)工序，主要的有鍍膜工藝、曝光顯影工藝、蝕刻工藝等。為了確保觸摸屏產(chǎn)品的質(zhì)量，必需在生產(chǎn)過程中的多個工序進(jìn)行測試。本文所針對的是對電容觸摸屏的參數(shù)測試。

2 電容觸摸屏測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

對電容觸摸屏進(jìn)行測試的測試系統(tǒng)主要包含如下模塊：激勵信號模塊、控制模塊、檢測模塊、探針模塊、存儲電路、LCD顯示、鍵盤輸入模塊、接口模塊等，如圖1所示。對激勵信號模塊，我們采用直接數(shù)字頻率合成（DDS）來進(jìn)行設(shè)計，使用專用的DDS芯片AD9954來產(chǎn)生多種頻率的信號波形。對AD9954的數(shù)據(jù)傳送與控制，使用Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C3T144C8。對控制模塊，使用STC90單片機來進(jìn)行設(shè)計，并用它來實現(xiàn)對整個硬件部分的控制。

主要的工作流程是：在控制模塊的作用下，由激勵信號模塊產(chǎn)生激勵信號波形，通過探針模塊將激勵信號施加到電容觸摸屏的掃描線上，由檢測模塊對掃描線間的電容進(jìn)行測試，之后把測得的電容值保存到存儲電路模塊，并在LCD顯示屏上進(jìn)行顯示，通過接口模塊傳送到微型計算機。

控制模塊是對各種測試過程進(jìn)行控制、進(jìn)行測試數(shù)據(jù)的處理；接口模塊是實現(xiàn)USB接口、并口、RS232串口、GPIB接口和以太網(wǎng)接口等，并完成它們的集成。激勵信號模塊是根據(jù)需要產(chǎn)生多種頻率的信號（方波、三角波、正弦波等），并施加到電容觸摸屏的掃描線上，以完成對掃描線間的電容進(jìn)行檢測；該模塊是整個測試系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部分，本文下面給出對它的軟件程序設(shè)計。

3 激勵信號的軟件程序設(shè)計

本文的激勵信號發(fā)生器的軟件系統(tǒng)是采用MFC（Microsoft Foundation Classes）和Visual C++進(jìn)行設(shè)計的，圖2是軟件的主界面。

在主界面的菜單欄中有“文件”、“初始化”、“波形類型設(shè)置”、“波形參數(shù)設(shè)置”、“發(fā)送波形數(shù)據(jù)”、“幫助”等菜單項。

3.1 主界面的設(shè)計

在菜單項“文件”中有“新建”、“打開”、“保存”、“另存為”、“打印”、“退出”等菜單命令，它們是用于對信號波形的說明文件的創(chuàng)建、保存、修改、打印等。菜單項“初始化”的功能是實現(xiàn)對信號發(fā)生器的硬件電路中的DDS芯片、FPGA芯片、以及通信接口例如USB接口、并口、RS232串口、GPIB接口和以太網(wǎng)接口等的初始參數(shù)配置，以保證后續(xù)工作過程的正確性。菜單項“波形類型設(shè)置”的功能是選擇所要生成的信號波形的類型，例如方波、三角波、正弦波等。菜單項“波形參數(shù)設(shè)置”是給信號波形的一些參數(shù)賦值，例如頻率與幅度等。菜單項“發(fā)送波形數(shù)據(jù)”是把前面的“波形類型設(shè)置”和“波形參數(shù)設(shè)置”中所指定的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給信號發(fā)生器的硬件電路部分，之后由硬件電路來產(chǎn)生對應(yīng)的信號波形。

對主界面的設(shè)計，主要采用MFC，它是微軟公司提供的類庫，是以類的形式封裝了API函數(shù)。利用MFC的類庫可以完成對消息的自動化處理，同時通過控件與消息的對應(yīng)關(guān)系，把消息映射到類的成員函數(shù)，從而完成對多種事件的處理。在進(jìn)行MFC程序設(shè)計時編程者不需要詳細(xì)了解每個API函數(shù)的實現(xiàn)與調(diào)用過程，只需要首先對這些類進(jìn)行實例化，然后再調(diào)用其中的成員函數(shù)，就能獲得相應(yīng)的功能。

3.2 初始化即驅(qū)動程序的設(shè)計

激勵信號發(fā)生器的軟件系統(tǒng)的初始化，主要是對硬件電路中的DDS芯片、FPGA芯片、以及通信接口的參數(shù)配置與數(shù)據(jù)一致性等進(jìn)行處理，這是通過編制如下的通信驅(qū)動程序、FPGA驅(qū)動程序和AD驅(qū)動程序等多個驅(qū)動程序來實現(xiàn)的。

通信驅(qū)動程序是用于微型計算機與信號發(fā)生器硬件電路的數(shù)據(jù)通信，它提供了在兩者之間進(jìn)行通信時的初始化功能和接口函數(shù)，主要的函數(shù)有：初始化函數(shù)void Initial（int brate），其中參數(shù) brate為設(shè)置的波特率。數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)：void Send（*datasend），其中參數(shù)datasend為發(fā)送的數(shù)據(jù)，它可以是字節(jié)數(shù)據(jù)或保存在一個緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收函數(shù)：void Receive（*datarec），其中參數(shù)datarec為接收的數(shù)據(jù)，是把它存放在一個緩沖區(qū)中。

對USB接口、并口、RS232串口、GPIB接口和以太網(wǎng)接口等，由于它們是采用各自的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，因此對它們中的每一種，這三個函數(shù)Initial（ ）， Send（ ） 和Receive（ ） 都有其對應(yīng)的實現(xiàn)方式。

FPGA驅(qū)動程序的主要功能是通過單片機來對FPGA芯片進(jìn)行控制，并實現(xiàn)對波形類型的選取、波形頻率和波形幅度等的設(shè)置。主要的函數(shù)有：波形選擇函數(shù) void Selectwave（char wav），其中wav參數(shù)是代表波形的類型，以字符的方式來表達(dá)。設(shè)置波形頻率的函數(shù) void Freqset（int fre），其中fre參數(shù)是代表頻率參數(shù)，以整型數(shù)的方式來表示。設(shè)置波形幅度的函數(shù) void Amplset（float amp），其中amp參數(shù)是代表幅度參數(shù)，以浮點數(shù)的方式來表達(dá)。

AD驅(qū)動程序是實現(xiàn)對AD9954芯片輸入數(shù)據(jù)、讀寫與更新它的寄存器等，以使得它在這些數(shù)據(jù)信息的作用下，產(chǎn)生相應(yīng)的激勵信號波形，并通過它的輸出引腳傳出。主要的函數(shù)有：讀寫寄存器函數(shù) void Readwrite（unsigned char address， unsigned char *buff， unsigned char mb， unsigned char sel），其中 address為寄存器的地址，buff 為指向讀回數(shù)據(jù)的指針，mb為讀回的數(shù)據(jù)的字節(jié)長度，sel為讀寫選擇，此時用1表示讀，用0表示寫。更新寄存器函數(shù) void Update（void），它的功能是將寄存器的當(dāng)前值清除，為后續(xù)的操作例如向寄存器中寫入數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。

3.3 發(fā)送波形數(shù)據(jù)的程序設(shè)計

波形數(shù)據(jù)是需要通過微型計算機與信號發(fā)生器的接口傳送到DDS的存儲器RAM中。在我們所設(shè)計的硬件電路中，波形RAM的存儲深度為1024個單元，每個單元的字長是12比特，因此，對波形的一個周期的采樣點數(shù)為1024個。由于所采用的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片支持如下兩種輸入格式：直接二進(jìn)制碼和二進(jìn)制補碼，因此為方便就使用直接二進(jìn)制碼作為輸入，此時把波形點的幅度值量化為0至4095之間的無符號整數(shù)。發(fā)送波形數(shù)據(jù)的函數(shù)為void Sendwd（ ），若是使用USB接口進(jìn)行波形數(shù)據(jù)的傳送，則該函數(shù)的主要代碼為：

void Sendwd（ ）

{ int j， char sdata[2048]；

m_UsbPort.InitPort（ ）； // 對USB口進(jìn)行初始化

m_UsbPort.StartControl（ ）； // 啟動USB的監(jiān)視線程

m_bUsb_Open = TRUE； // 打開USB口

for（j = 0； j

{ sdata[2*i]=（8*DATA[i]）%256； // 對波形數(shù)據(jù)的低8位進(jìn)行發(fā)送

sdata[2*i+1]=（（8*DATA[i]）/256）%256； // 對波形數(shù)據(jù)的高8位進(jìn)行發(fā)送 }

m_UsbPort.WriteToPort（sdata，2048）；

m_UsbPort.ClosePort（ ）； // 關(guān)閉USB口 }

4 激勵信號波形的實驗結(jié)果

使用所設(shè)計的激勵信號發(fā)生器的軟件系統(tǒng)，并在硬件電路的配合下，在設(shè)置了所需生成的信號波形的參數(shù)例如頻率和幅度之后，就可以通過硬件電路中的DDS芯片AD9954來產(chǎn)生所需的波形。這里所產(chǎn)生的信號類型為方波、三角波、正弦波等，信號波形的頻率為100Hz、1KHz、10KHz等。圖3是使用所設(shè)計的硬件電路來產(chǎn)生的這幾種信號波形，它們的頻率都為10KHz。

5 結(jié)語

在對觸摸屏進(jìn)行測試的過程中，精確的激勵信號的產(chǎn)生是一個關(guān)鍵的因素，它會對整個測試系統(tǒng)的測試精度產(chǎn)生影響。對激勵信號的產(chǎn)生，主要涉及電路硬件和軟件程序設(shè)計兩個方面，本文對它的軟件程序設(shè)計進(jìn)行了討論，給出了相關(guān)的設(shè)計方法與步驟，通過與硬件電路的結(jié)合，實現(xiàn)了對多種信號波形的產(chǎn)生，能較好地滿足對電容觸摸屏的參數(shù)進(jìn)行測試的要求。

參考文獻(xiàn)

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