引 言

       隨著社會(hui) 自動化程度的提高，人機交互能力急需大的轉變，向著更方便使用、更直觀的方向發展。激光治療機主要應用激光的物理特性作用於(yu) 人體(ti) ，產(chan) 生機體(ti) 化學反應從(cong) 而達到治療疾病的目的。激光治療機作為(wei) 一種精密儀(yi) 器需要精確的控製及防塵、防靜電、防潮等方麵的嚴(yan) 格要求。激光治療機輸入設備采用觸摸屏控製，既是基於(yu) 以上要求也是從(cong) 方便使用者操作和界麵直觀的角度考慮的。觸摸屏的應用使得數據的顯示和數據的輸入結合為(wei) 一體(ti) ，簡化了整個(ge) 設備。

1 觸摸屏原理

       觸摸屏附著在顯示器的表麵，與(yu) 顯示器配合使用。通過觸摸產(chan) 生模擬電信號，經過轉換為(wei) 數字信號由微處理器計算得出觸摸點的坐標，從(cong) 而得到操作者的意圖並執行。觸摸屏按其技術原理可分為(wei) 五類：矢量壓力傳(chuan) 感式、電阻式、電容式、紅外線式和表麵聲波式，其中電阻式觸摸屏在實際應用中用的較多。電阻式觸摸屏由4層的透明薄構成，最下麵是玻璃或有機玻璃構成的基層，最上麵是一層外表麵經過硬化處理從(cong) 而光滑防刮的塑料層，附著在上下兩(liang) 層內(nei) 表麵的兩(liang) 層為(wei) 金屬導電層（OTI，氧化銦），這兩(liang) 層由細小的透明隔離點進行絕緣。當手指觸摸屏幕時，兩(liang) 導電層在觸摸點處接觸。

       觸摸屏的兩(liang) 個(ge) 金屬導電層分別用來測量X軸和Y軸方向的坐標。用於(yu) X坐標測量的導電層從(cong) 左右兩(liang) 端引出兩(liang) 個(ge) 電極，記為(wei) X+和X-。用於(yu) Y坐標測量的導電層從(cong) 上下兩(liang) 端引出兩(liang) 個(ge) 電極，記為(wei) Y+和Y-。這就是四線電阻觸摸屏的引線構成。當在一對電極上施加電壓時，在該導電層上就會(hui) 形成均勻連續的電壓分布。若在X方向的電極對上施加一確定的電壓，而Y方向電極對上不加電壓時，在X平行電壓場中，觸點處的電壓值可以在Y+(或Y-)電極上反映出來，通過測量Y+電極對地的電壓大小，便可得知觸點的X坐標值。同理，當在Y電極對上加電壓，而X電極對上不加電壓時，通過測量X+電極的電壓，便可得知觸點的Y坐標。測量原理如圖1所示。

       五線式觸摸屏與(yu) 四線式不同。主要區別在於(yu) 五線觸摸屏將其中一導電層的四端均引出來作為(wei) 四個(ge) 電極，另一導電層僅(jin) 僅(jin) 作為(wei) 測量的導體(ti) 輸出X向和Y向的電壓，測量時要交替在X向和Y向上施加電壓。

2 觸摸屏控製器工作原理

       觸摸屏控製器有多種，主要的功能均是在微處理器的控製下向觸摸屏的兩(liang) 個(ge) 方向分時施加電壓，並將相應的電壓信號傳(chuan) 送給自身A/D轉換器，在微處理器SPI口提供的同步時鍾作用下將數字信號讀入微處理器。控製器ADS7846基本結構如圖2所示。

圖1觸摸點P處測量結果計算如下：

       ADS7846內(nei) 部可以通過寄存器的設置將A/D轉換器的分辨率設為(wei) 8位或12位，在本係統中A/D轉換器的分辨率取12位。則P點的二進製輸出代碼為(wei) ：

其中： 為(wei) 加在ADS7846內(nei) 部A/D轉換器上的參考電壓。

       觸摸屏控製器的運行是通過串行數據輸入口DIN輸入控製命令進行控製的。

       bit7指明發送命令開始，高電平有效。A2:A0用於(yu) 選擇數據輸入通道，101選擇X坐標測量，001選擇Y坐標測量。MODE將內(nei) 部模數轉換器的分辨率定義(yi) 為(wei) 8位（MODE=1）或12位（MODE=0）。SER/DFR為(wei) 單端/雙端參考電壓選擇位。PD1:PD0根據省電模式的需要進行選擇設置。這些命令控製位的設置將在程序代碼部分得以應用。

3 係統硬件設計

       激光治療機的輸入係統由三部分組成：觸摸屏、觸摸屏控製器和微控製器。微控製器采用Microchip公司的新型芯片PIC16F876。內(nei) 部總線采用哈佛雙總線結構。在內(nei) 部頻率相同的情況下，加快了數據的傳(chuan) 輸速度，避免了瓶頸現象。此芯片采用精簡指令集（RISC）易於(yu) 使用，加快了開發速度。內(nei) 部含有8KB程序存儲(chu) 器（分頁操作），256字節EEPROM，368字節RAM，8路模數轉換器，1個(ge) 通用串行口（SCI），1個(ge) I2C接口，1個(ge) 串行外圍接口（SPI），3個(ge) 定時器及看門狗電路（WathcDog）等許多重要資源。外圍許多接口功能上的複用使得整個(ge) 微控製器簡潔，功能強大。

       根據ADS7846與(yu) 微控製器進行數據交換的接口特征，選用PIC16F876的SPI口。SPI口包括三個(ge) 信號：SDO（串行數據輸出），SDI（串行數據輸入），SCK（串行同步時鍾）。硬件連接關(guan) 係見圖3。

       本文側(ce) 重於(yu) 激光治療儀(yi) 輸入係統的設計，其它硬件的設計僅(jin) 給出接口的含義(yi) 。由於(yu) PIC16F876的內(nei) 部集成度較高，所以外圍接口相當簡單，但是要完成複雜的控製功能必須進行內(nei) 部寄存器的設置。