基于ADS7846在線動態(tài)簽名認證系統(tǒng)

2004年8月A版

摘  要：本文著重介紹如何利用AT89S51、觸摸屏和觸摸屏控制器ADS7846實現(xiàn)在線動態(tài)簽名的三維數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理。

關(guān)鍵詞：觸摸屏；ADS7846；壓力測量；數(shù)據(jù)采集；預(yù)處理

　　由于觸摸屏輸入方便，輕薄便于攜帶等優(yōu)點，現(xiàn)在越來越多的電子產(chǎn)品用觸摸屏作為人機界面的輸入設(shè)備。在動態(tài)簽名認證中，亦采用觸摸屏作為輸入設(shè)備對筆跡進行數(shù)據(jù)采集。

　　系統(tǒng)主要由四線電阻式觸摸屏，觸摸屏控制器ADS7846,單片機89S51組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

四線電阻式觸摸屏

　　電阻觸摸屏是采用電阻模擬量技術(shù)。它以一層玻璃作為基層，上面涂有一層透明氧化金屬(ITO氧化銦)導(dǎo)電層，上面再蓋有一層玻璃或是外表面硬化處理的光滑的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層ITO導(dǎo)電層，他們之間有許多細小的的透明隔離點把兩導(dǎo)電層隔開絕緣，每當有筆或是手指按下時，兩導(dǎo)電層就相互接觸，從而形成了回路(圖2)。

　　導(dǎo)電層的兩端都涂有一條銀膠，稱為該工作面的一對電極，上下兩個導(dǎo)電層一個是水平方向，一個是豎直方向，分別用來測量X和Y的坐標位置，在水平面上的電極稱為X+電極和X-電極，在豎直平面的電極稱為Y+電極和Y-電極。工作時，兩個電極根據(jù)測量需要提供參考電壓或是作為測量端對接觸點的位置進行測量，當測量接觸點X坐標的時候，導(dǎo)電層上的X+電極和X-電極分別接上參考電壓和地，Y電極不加電壓，那么X電極間會形成均勻的電壓分布，用Y+電極作為測量點，得到的電壓值通過A/D轉(zhuǎn)換，就可對應(yīng)的判斷出接觸點的X坐標。Y坐標亦是類似，只需改成對Y電極加電壓而X電極不加電壓即可。

　　測量觸摸的壓力的原理是和ITO(氧化銦)材料的自身特性有關(guān)， ITO導(dǎo)電膜的電導(dǎo)率公式為r=r0(1+l0/d)，其中d為導(dǎo)電膜的厚度，所以ITO電導(dǎo)率和ITO導(dǎo)電膜的厚度成反比，所以當觸摸的壓力越大，接觸點的ITO導(dǎo)電膜就越薄，所以相應(yīng)的電導(dǎo)率就大，電阻就越小，所以，觸摸壓力的測量實質(zhì)是測量接觸ITO導(dǎo)電膜的電阻值。    

ADS7846與AT89S51的通信

　　ADS7846是BURN-BROWN公司生產(chǎn)的專門用于四線電阻觸摸屏數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。內(nèi)部有一個多通道的模擬開關(guān)組成的測量電路網(wǎng)絡(luò)和12位的A/D轉(zhuǎn)換器。工作時，7846根據(jù)數(shù)據(jù)輸入口DIN收到不同的命令字打開相應(yīng)的開關(guān)通道，并接受返回的模擬電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換得出對應(yīng)的數(shù)字量，再通過DOUT傳回單片機。

　　AT89S51是ATMEL公司新推出的89C51的升級產(chǎn)品。

　　AT89S51與ADS7846的通信主要通過單片機的I/O口與7846的CLK、CS、DOUT、DIN、BUSY五個引腳進行。當系統(tǒng)工作時，單片機首先通過片選信號選中7846，再通過DIN向7846發(fā)送命令控制字數(shù)據(jù)，并通過CLK引腳配以相應(yīng)的時序脈沖，當BUSY位被置位后就通過DOUT數(shù)據(jù)輸出口獲取12位轉(zhuǎn)換結(jié)果。

　　由于要求系統(tǒng)能采集包括X坐標、Y坐標和壓力在內(nèi)的三維數(shù)據(jù)，所以，先送打開測量X通道的命令字，返回得到的數(shù)字值即為X坐標，再送打開測量Y通道的命令字，得到的值為Y坐標。再依次得到Z1，Z2的值，通過轉(zhuǎn)換公式

　　RTOUCH

　　就可計算出RTOUCH也就是壓力Z的值(其中RX-plant是x軸電阻值大小，跟觸摸屏的性能參數(shù)有關(guān)，X-Position即是開始得到的X坐標值)。

　　在此值得一提是，Z1、Z2仍然是轉(zhuǎn)換后得12位的A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字值，但通過轉(zhuǎn)換公式得到的Z值實際上是接觸點間兩層ITO氧化膜的電阻值大小。這樣就完成了在某一個時刻的三維信息采集。根據(jù)實際要求，利用定時器設(shè)定采樣時間為10ms。采集的數(shù)據(jù)通過USB接口送到PC機保存，以供后續(xù)匹配處理。同時，采集的數(shù)據(jù)可以通過液晶顯示屏顯示，以便書寫時觀察。

觸摸屏的初始化標定

　　由于觸摸屏的一些邊緣部分是無效的觸摸區(qū)域，所以，實際轉(zhuǎn)換出來的X坐標和Y坐標并不是從0到4095的，因此要進行初始化標定，通過轉(zhuǎn)換公式使其在0到4095整個區(qū)間線性化，X坐標值的轉(zhuǎn)換公式為X=(X-Xmin)