MXB7846数据转换器的工作原理及应用分析
1 概述
随着家用电子设备和智能仪器的广泛应用，人们对其人机接口的要求越来越高，人性化的人机接口能大大提高人们的操作水平，更好地发挥装置性能。触摸屏因此而被大量应用于家用电子、检测仪器、通讯设备等装置的人机接口部分。
mxb7846是maxim公司的一款集成了±15kv esd保护的4线工业标准触摸屏数据转换器，广泛应用于电阻式触摸屏输入系统中。它集成了一个12位的同步采样模数转换器，可以采用内部集成的+2.5v参考电源，也可以采用外接参考电源。还集成了片上温度传感器、电源监测通道和辅助ad转换器。电路的所有模拟输入通道都处于esd保护之中，因此使用时不需要额外的静电保护装置。
2 引脚排列及引脚功能
mxb7846采用16脚qsop和tssop封装。其引脚排列如图1所示，各引脚功能如下所述。
vdd：电源输入，电压范围为+2.375v～+5.25v。采用内部参考电源时，参考电源大小由此引脚决定。工作时采用1μf电容器旁路滤波。
gnd：地。
x+、x-、y+、y-：横纵坐标输入，其中x+、y+为adc输入的第1、2通道。
bat：电源监测输入端，为adc的第3通道。
aux：辅助模拟输入端，为adc的第4通道。
ref：参考电压输入/输出通道，为ad转换提供参考电压。当采用内部参考电源时，该引脚提供2.5v的参考电压输出；采用外部参考电源时，参考电压由此输入，可输入1v～vdd的电压。工作时采用0.1μf电容器旁路滤波。
penirq：触摸中断引脚，工作时通过10kω～100kω电阻器上拉。触摸屏被触摸时引起中断，adc开始转换。
din：串行数据输入，dclk的上升沿读入数据。
dout：串行数据输出，dclk的下降沿输出数据，cs为高时，dout为高阻状态。
busy：忙输出标志，在数据转换时持续一个时钟周期的高状态，cs为高时，busy为高阻状态。
cs：片选信号，只有当cs为低时，串行数据才可以从din读入。
dclk：时钟信号输入，输入时钟信号决定电路的转换速度，其占空比必须为40%～60%。
3 工作原理
mxb7846采用逐次逼近型技术来实现模拟信号到12位数字信号的转换。其内部结构如图2所示。当电路工作于单输入模式时，adc将ref做为参考输入；电路工作于差分输入模式时，adc的ref+连接到x+或y+，ref-连接到x-或y-。具体的连续方式如表1所示。
xb7846的控制字格式如表1所列，其中start为数据传输起始标志位，该位必为“1”。a2-a0进行通道选择（见表2）。mode用来选择ad转换的精度，“1”表示8位“0”表示12位。ser/dfr选择参考电压的输入模式，“1”为单输入模式，“0”为差分输入模式。pd1、pd0选择省电模式：“00”表示省电模式允许，在二次a/d转换之间掉电，且中断允许；“01”同“00”，只是不允许中断；“10”为保留；“11”表示禁止省电模式。
4 典型应用
mxb7846用于控制电阻式触摸屏的典型电路原理如图3所示。
触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络，如图3所示。当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道触点处的坐标。比如，在顶层的电极（x+，y-）上加电压，则会在顶层导体导上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，就可以在底层测得接触点处的电压，再根据该电压与电极（x+）之间的距离关系算出该处的x坐标。然后，将电压切换到底层电极（y+，y-）上，并在顶层测量接触点处的电压，从而知道y坐标。
为了完成一次电极电压切换和a/d转换，首先应通过串口向mxb7846发送控制字，转换完成后再通过串口读出电压转换值。标准的一次转换需要24个时钟周期。由于串口支持双向同时传送，并且在一次读数与下一次发控制字之间可以重叠，所以转换速率可以提高到每次16个时钟周期。如果条件允许，即cpu可以产生15个时钟周期（比如fpgas和asics），转换速率还可以提高到每次15个时钟周期，其转换时序如图4所示。 本文采用altera公司的epm7128lc84-6型cpld生产mxb7846所需的控制逻辑，以使其工作在较高的转换效率。用verilog语言编制的控制程序如下：
module max（datain，clk，dout，busy，cs，dclk，din，dataout，flag）;
input ［7:0］datain;
input busy，clk，dout;
output［11:0］dataout;
output cs，dclk，din，flag;
reg ［11:0］dataout;
reg ［11:0］yiwei;
reg ［5:0］count;
reg ［4:0］jishu;
reg shizhong，cs，dclk，din，flag;
always @（negedge clk）
begin
count=count+1;
if（count==6‘d2）
begin
shizhong=～shizhong;
count=0;
end
end
always@（negedge shizhong）
begin
if （datain==8’hff）
cs=1;
else
begin
cs=0;
jishu=jishu+1;
dclk=～dclk;
if（jishu==30）
jishu=0;
case（jishu）
5‘b00000:begin din=“datain” ;yiwei =dout;end
5’b00010:begin din=“datain” ; yiwei =dout;end
5‘b00100:begin din=“datain” ; yiwei =dout;end
5’b01000:begin din=“datain” ;yiwei ［11］=dout;dataout=yiwei;flag=1;end
5‘b01010:begin din=“datain”;flag=0;end
5’b01100:din=datain;
5‘b01110:din=datain［0］;
5’b10000:if（busy==0）yiwei［0］=dout;
5‘b10010:yiwei=dout;
5’b10100:yiwei=dout;
5‘b10110:yiwei=dout;
5’b11000:yiwei=dout;
5‘b11010:yiwei=dout;
5’b11100:yiwei=dout;
endcase
end
end
endmodule
本程序为cpld模块中mxb7846的控制模块，其主要作用是通过cpld时钟进行分频（分频数可设定）生产mxb7846的时钟，以及通过datain给定mxb7846的控制字。其cs、dout、dclk、din、busy分别与mxb7846的对应管脚相连以对其进行控制。当mxb7846完成一次转换后，cpld读取其中的串行数据并转化为并行数据，待flag为高以后就可以从dataout读取数据了。
5 结束语
mxb7846易于与目前各种常用的cpu接口，其低功耗特性使得非常适用于电源供电的系统，在个人掌上电脑、手机、医用仪器、测量仪表等各种便携式装置中具有广阔的应用前景。
安达发|高级计划APS软件对企业产量和管理的改变
韩国建世界最大氢燃料电池发电厂，耗资2.24亿美元，预计2020年6月正式使用
ML100系列蓝光型光电传感器在硅片检测中的应用
热力膨胀阀的基础知识介绍
利用Simulink Design Optimization估计直流电机参数
MXB7846数据转换器的工作原理及应用分析
云计算技术发展的六大趋势
BOE（京东方）牵头制定国内首个HUD行业标准 引领智能座舱全新范式
AI技术的快速发展让电话机器人应运而生
支持向量机（系统识别的性能度量之ROC曲线）
xnet为零售及金融应用推出新的M2M无线解决方案
英特尔为AZURE保密计算提供强大的基础支持
压敏电阻的防雷击浪涌性能
云脉芯联再获数亿元PreA轮投资光速中国领投 加快网络互联芯片商业化落地
物联网是安防行业的下一个风口
富士康子公司正设法提高MicroLED的产能 欲成为苹果MicroLED供应商
一文解析服务机器人行业发展现状及发展趋势
AMD入主Intel CPU,携手共同发展
码头视频监控系统设计
MICLEDI:计划在300mm晶圆上展示RGB Micro LED显示器
随着家用电子设备和智能仪器的广泛应用，人们对其人机接口的要求越来越高，人性化的人机接口能大大提高人们的操作水平，更好地发挥装置性能。触摸屏因此而被大量应用于家用电子、检测仪器、通讯设备等装置的人机接口部分。
mxb7846是maxim公司的一款集成了±15kv esd保护的4线工业标准触摸屏数据转换器，广泛应用于电阻式触摸屏输入系统中。它集成了一个12位的同步采样模数转换器，可以采用内部集成的+2.5v参考电源，也可以采用外接参考电源。还集成了片上温度传感器、电源监测通道和辅助ad转换器。电路的所有模拟输入通道都处于esd保护之中，因此使用时不需要额外的静电保护装置。
2 引脚排列及引脚功能
mxb7846采用16脚qsop和tssop封装。其引脚排列如图1所示，各引脚功能如下所述。
vdd：电源输入，电压范围为+2.375v～+5.25v。采用内部参考电源时，参考电源大小由此引脚决定。工作时采用1μf电容器旁路滤波。
gnd：地。
x+、x-、y+、y-：横纵坐标输入，其中x+、y+为adc输入的第1、2通道。
bat：电源监测输入端，为adc的第3通道。
aux：辅助模拟输入端，为adc的第4通道。
ref：参考电压输入/输出通道，为ad转换提供参考电压。当采用内部参考电源时，该引脚提供2.5v的参考电压输出；采用外部参考电源时，参考电压由此输入，可输入1v～vdd的电压。工作时采用0.1μf电容器旁路滤波。
penirq：触摸中断引脚，工作时通过10kω～100kω电阻器上拉。触摸屏被触摸时引起中断，adc开始转换。
din：串行数据输入，dclk的上升沿读入数据。
dout：串行数据输出，dclk的下降沿输出数据，cs为高时，dout为高阻状态。
busy：忙输出标志，在数据转换时持续一个时钟周期的高状态，cs为高时，busy为高阻状态。
cs：片选信号，只有当cs为低时，串行数据才可以从din读入。
dclk：时钟信号输入，输入时钟信号决定电路的转换速度，其占空比必须为40%～60%。
3 工作原理
mxb7846采用逐次逼近型技术来实现模拟信号到12位数字信号的转换。其内部结构如图2所示。当电路工作于单输入模式时，adc将ref做为参考输入；电路工作于差分输入模式时，adc的ref+连接到x+或y+，ref-连接到x-或y-。具体的连续方式如表1所示。
xb7846的控制字格式如表1所列，其中start为数据传输起始标志位，该位必为“1”。a2-a0进行通道选择（见表2）。mode用来选择ad转换的精度，“1”表示8位“0”表示12位。ser/dfr选择参考电压的输入模式，“1”为单输入模式，“0”为差分输入模式。pd1、pd0选择省电模式：“00”表示省电模式允许，在二次a/d转换之间掉电，且中断允许；“01”同“00”，只是不允许中断；“10”为保留；“11”表示禁止省电模式。
4 典型应用
mxb7846用于控制电阻式触摸屏的典型电路原理如图3所示。
触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络，如图3所示。当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道触点处的坐标。比如，在顶层的电极（x+，y-）上加电压，则会在顶层导体导上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，就可以在底层测得接触点处的电压，再根据该电压与电极（x+）之间的距离关系算出该处的x坐标。然后，将电压切换到底层电极（y+，y-）上，并在顶层测量接触点处的电压，从而知道y坐标。
为了完成一次电极电压切换和a/d转换，首先应通过串口向mxb7846发送控制字，转换完成后再通过串口读出电压转换值。标准的一次转换需要24个时钟周期。由于串口支持双向同时传送，并且在一次读数与下一次发控制字之间可以重叠，所以转换速率可以提高到每次16个时钟周期。如果条件允许，即cpu可以产生15个时钟周期（比如fpgas和asics），转换速率还可以提高到每次15个时钟周期，其转换时序如图4所示。 本文采用altera公司的epm7128lc84-6型cpld生产mxb7846所需的控制逻辑，以使其工作在较高的转换效率。用verilog语言编制的控制程序如下：
module max（datain，clk，dout，busy，cs，dclk，din，dataout，flag）;
input ［7:0］datain;
input busy，clk，dout;
output［11:0］dataout;
output cs，dclk，din，flag;
reg ［11:0］dataout;
reg ［11:0］yiwei;
reg ［5:0］count;
reg ［4:0］jishu;
reg shizhong，cs，dclk，din，flag;
always @（negedge clk）
begin
count=count+1;
if（count==6‘d2）
begin
shizhong=～shizhong;
count=0;
end
end
always@（negedge shizhong）
begin
if （datain==8’hff）
cs=1;
else
begin
cs=0;
jishu=jishu+1;
dclk=～dclk;
if（jishu==30）
jishu=0;
case（jishu）
5‘b00000:begin din=“datain” ;yiwei =dout;end
5’b00010:begin din=“datain” ; yiwei =dout;end
5‘b00100:begin din=“datain” ; yiwei =dout;end
5’b01000:begin din=“datain” ;yiwei ［11］=dout;dataout=yiwei;flag=1;end
5‘b01010:begin din=“datain”;flag=0;end
5’b01100:din=datain;
5‘b01110:din=datain［0］;
5’b10000:if（busy==0）yiwei［0］=dout;
5‘b10010:yiwei=dout;
5’b10100:yiwei=dout;
5‘b10110:yiwei=dout;
5’b11000:yiwei=dout;
5‘b11010:yiwei=dout;
5’b11100:yiwei=dout;
endcase
end
end
endmodule
本程序为cpld模块中mxb7846的控制模块，其主要作用是通过cpld时钟进行分频（分频数可设定）生产mxb7846的时钟，以及通过datain给定mxb7846的控制字。其cs、dout、dclk、din、busy分别与mxb7846的对应管脚相连以对其进行控制。当mxb7846完成一次转换后，cpld读取其中的串行数据并转化为并行数据，待flag为高以后就可以从dataout读取数据了。
5 结束语
mxb7846易于与目前各种常用的cpu接口，其低功耗特性使得非常适用于电源供电的系统，在个人掌上电脑、手机、医用仪器、测量仪表等各种便携式装置中具有广阔的应用前景。
安达发|高级计划APS软件对企业产量和管理的改变
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BOE（京东方）牵头制定国内首个HUD行业标准 引领智能座舱全新范式
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支持向量机（系统识别的性能度量之ROC曲线）
xnet为零售及金融应用推出新的M2M无线解决方案
英特尔为AZURE保密计算提供强大的基础支持
压敏电阻的防雷击浪涌性能
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