引 言
隨著社會(huì)自動(dòng)化程度的提高,，人機(jī)交互能力急需大的轉(zhuǎn)變,，向著更方便使用、更直觀的方向發(fā)展,。激光治療機(jī)主要應(yīng)用激光的物理特性作用于人體,，產(chǎn)生機(jī)體化學(xué)反應(yīng)從而達(dá)到治療疾病的目的。激光治療機(jī)作為一種精密儀器需要精確的控制及防塵,、防靜電,、防潮等方面的嚴(yán)格要求。激光治療機(jī)輸入設(shè)備采用觸摸屏控制,，既是基于以上要求也是從方便使用者操作和界面直觀的角度考慮的,。觸摸屏的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)的顯示和數(shù)據(jù)的輸入結(jié)合為一體，簡(jiǎn)化了整個(gè)設(shè)備,。
1 觸摸屏原理
觸摸屏附著在顯示器的表面,，與顯示器配合使用。通過(guò)觸摸產(chǎn)生模擬電信號(hào),，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)由微處理器計(jì)算得出觸摸點(diǎn)的坐標(biāo),，從而得到操作者的意圖并執(zhí)行。觸摸屏按其技術(shù)原理可分為五類：矢量壓力傳感式,、電阻式,、電容式、紅外線式和表面聲波式，其中電阻式觸摸屏在實(shí)際應(yīng)用中用的較多,。電阻式觸摸屏由4層的透明薄構(gòu)成,，最下面是玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成的基層，最上面是一層外表面經(jīng)過(guò)硬化處理從而光滑防刮的塑料層,，附著在上下兩層內(nèi)表面的兩層為金屬導(dǎo)電層（OTI,，氧化銦），這兩層由細(xì)小的透明隔離點(diǎn)進(jìn)行絕緣,。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí),，兩導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)處接觸。
觸摸屏的兩個(gè)金屬導(dǎo)電層分別用來(lái)測(cè)量X軸和Y軸方向的坐標(biāo),。用于X坐標(biāo)測(cè)量的導(dǎo)電層從左右兩端引出兩個(gè)電極,，記為X+和X-,。用于Y坐標(biāo)測(cè)量的導(dǎo)電層從上下兩端引出兩個(gè)電極,，記為Y+和Y-。這就是四線電阻觸摸屏的引線構(gòu)成,。當(dāng)在一對(duì)電極上施加電壓時(shí),，在該導(dǎo)電層上就會(huì)形成均勻連續(xù)的電壓分布。若在X方向的電極對(duì)上施加一確定的電壓,，而Y方向電極對(duì)上不加電壓時(shí),，在X平行電壓場(chǎng)中，觸點(diǎn)處的電壓值可以在Y+(或Y-)電極上反映出來(lái),，通過(guò)測(cè)量Y+電極對(duì)地的電壓大小,，便可得知觸點(diǎn)的X坐標(biāo)值。同理,，當(dāng)在Y電極對(duì)上加電壓,，而X電極對(duì)上不加電壓時(shí)，通過(guò)測(cè)量X+電極的電壓,，便可得知觸點(diǎn)的Y坐標(biāo),。測(cè)量原理如圖1所示。
五線式觸摸屏與四線式不同,。主要區(qū)別在于五線觸摸屏將其中一導(dǎo)電層的四端均引出來(lái)作為四個(gè)電極,，另一導(dǎo)電層僅僅作為測(cè)量的導(dǎo)體輸出X向和Y向的電壓，測(cè)量時(shí)要交替在X向和Y向上施加電壓,。
2 觸摸屏控制器工作原理
觸摸屏控制器有多種,，主要的功能均是在微處理器的控制下向觸摸屏的兩個(gè)方向分時(shí)施加電壓，并將相應(yīng)的電壓信號(hào)傳送給自身A/D轉(zhuǎn)換器,，在微處理器SPI口提供的同步時(shí)鐘作用下將數(shù)字信號(hào)讀入微處理器,。控制器ADS7846基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖1觸摸點(diǎn)P處測(cè)量結(jié)果計(jì)算如下：
ADS7846內(nèi)部可以通過(guò)寄存器的設(shè)置將A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率設(shè)為8位或12位,，在本系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率取12位,。則P點(diǎn)的二進(jìn)制輸出代碼為：
其中： 為加在ADS7846內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器上的參考電壓。
觸摸屏控制器的運(yùn)行是通過(guò)串行數(shù)據(jù)輸入口DIN輸入控制命令進(jìn)行控制的,。
bit7指明發(fā)送命令開(kāi)始,，高電平有效。A2:A0用于選擇數(shù)據(jù)輸入通道,，101選擇X坐標(biāo)測(cè)量,，001選擇Y坐標(biāo)測(cè)量。MODE將內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為8位（MODE=1）或12位（MODE=0）,。SER/DFR為單端/雙端參考電壓選擇位,。PD1:PD0根據(jù)省電模式的需要進(jìn)行選擇設(shè)置。這些命令控制位的設(shè)置將在程序代碼部分得以應(yīng)用,。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
激光治療機(jī)的輸入系統(tǒng)由三部分組成：觸摸屏,、觸摸屏控制器和微控制器。微控制器采用Microchip公司的新型芯片PIC16F876,。內(nèi)部總線采用哈佛雙總線結(jié)構(gòu),。在內(nèi)部頻率相同的情況下，加快了數(shù)據(jù)的傳輸速度,，避免了瓶頸現(xiàn)象,。此芯片采用精簡(jiǎn)指令集（RISC）易于使用，加快了開(kāi)發(fā)速度,。內(nèi)部含有8KB程序存儲(chǔ)器（分頁(yè)操作）,，256字節(jié)EEPROM，368字節(jié)RAM,，8路模數(shù)轉(zhuǎn)換器,，1個(gè)通用串行口（SCI），1個(gè)I2C接口,，1個(gè)串行外圍接口（SPI）,，3個(gè)定時(shí)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復(fù)用使得整個(gè)微控制器簡(jiǎn)潔,，功能強(qiáng)大,。
根據(jù)ADS7846與微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口特征，選用PIC16F876的SPI口,。SPI口包括三個(gè)信號(hào)：SDO（串行數(shù)據(jù)輸出）,，SDI（串行數(shù)據(jù)輸入），SCK（串行同步時(shí)鐘）,。硬件連接關(guān)系見(jiàn)圖3,。
本文側(cè)重于激光治療儀輸入系統(tǒng)的設(shè)計(jì),，其它硬件的設(shè)計(jì)僅給出接口的含義。由于PIC16F876的內(nèi)部集成度較高,，所以外圍接口相當(dāng)簡(jiǎn)單,，但是要完成復(fù)雜的控制功能必須進(jìn)行內(nèi)部寄存器的設(shè)置。