觸摸屏顯示技術(shù)及其應(yīng)用前景分析

如今，在各種手持消費(fèi)電子設(shè)備、醫(yī)療應(yīng)用設(shè)備、自動(dòng)售貨機(jī)/售票機(jī)/ ATM機(jī)、銷售終端（POS），工業(yè)和過程控制設(shè)備中都可以看到觸摸顯示屏。觸摸屏顯示器正逐漸進(jìn)入辦公自動(dòng)化，汽車和船舶儀表，家電和游戲機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。

影響選擇觸摸屏技術(shù)的各種因素

可以用各種方式實(shí)現(xiàn)觸摸屏。除了成本之外，技術(shù)方面的選擇取決于以下幾個(gè)因素：

性能：性能包括諸如速度、靈敏度、精確度、分辨率、拖動(dòng)、Z軸、雙/多觸摸方式，視差角度和校準(zhǔn)的穩(wěn)定性。

輸入靈活性：輸入靈活性參數(shù)影響著人機(jī)交互的方式，諸如手套、手套材料、指甲、觸筆，手寫識(shí)別和獲取簽名。

環(huán)境：環(huán)境因素為溫度、濕度、耐化學(xué)性、耐劃傷、防飛濺/液滴、高度、車內(nèi)安裝、沖擊、振動(dòng)，斷裂性和防打破的安全性。

電氣和機(jī)械性能：電氣和機(jī)械性能需要涵蓋功率、浮動(dòng)接地、靜電放電（ESD）、電磁干擾（EMI），尺寸大小，曲率等

光學(xué)：影響技術(shù)選擇的光學(xué)特性包括透光率、清晰度，色彩純度和反射

觸摸屏技術(shù)的類型

根據(jù)上面所述的各種因素，主要觸摸屏技術(shù)可分為以下幾種類型：

電阻式：從目前的推廣應(yīng)用來看，電阻式觸摸屏是占主導(dǎo)地位的觸摸技術(shù)。它由玻璃面板，銥錫氧化物（ITO）電阻涂層組成，并帶有導(dǎo)電涂層的護(hù)板，沿著邊緣有銀色的總線條。兩個(gè)層之間用絕緣小點(diǎn)隔開。觸摸屏幕時(shí)，護(hù)板彎曲與玻璃上的涂膜相接觸（圖1）。

圖1：電阻式觸摸技術(shù)。

該控制器可選擇驅(qū)動(dòng)玻璃層和+5 V的護(hù)板，并讀取源于護(hù)板和玻璃層產(chǎn)生的電壓，根據(jù)被測量層中的壓降來確定X和Y坐標(biāo)。該技術(shù)需要四線 – 前面提到的總線條，這被稱為4線電阻式觸摸屏技術(shù)。

由于護(hù)板的不斷彎曲，造成ITO涂膜中有微小的裂縫。會(huì)使4線電阻式觸摸屏技術(shù)的線性度和精確度變差，環(huán)境變化也會(huì)造成精度的漂移。

已經(jīng)用不斷改進(jìn)的5，6，7和8線電阻式觸摸屏來消除這些影響。

聲學(xué)脈沖識(shí)別（APR）式：APR由一個(gè)玻璃顯示器涂層或其他堅(jiān)硬的基板組成，背面安裝了4個(gè)壓電傳感器。該傳感器安裝在可見區(qū)域的兩個(gè)對(duì)角上，通過一根彎曲的電纜連接到控制卡。用戶觸摸屏幕時(shí)，手指或者觸筆和玻璃之間的拖動(dòng)發(fā)生了碰撞或摩擦，于是就產(chǎn)生了聲波。波輻射離開接觸點(diǎn)傳向傳感器，按聲波的比例產(chǎn)生電信號(hào)。在控制卡中放大這些信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。比較數(shù)據(jù)與事先存儲(chǔ)的聲音列表來確定觸摸的位置。APR設(shè)計(jì)成能夠消除環(huán)境的影響和外部的聲音，因?yàn)檫@些因素與存儲(chǔ)的聲音列表不匹配。

表面聲波（SAW）式：SAW觸摸屏是由一個(gè)針對(duì)X和Y軸的有發(fā)送和接收的壓電傳感器的玻璃涂層。該控制器發(fā)送電信號(hào)至發(fā)射傳感器，并在玻璃的表面內(nèi)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波。通過反射器陣列，這些波覆蓋整個(gè)觸摸屏。對(duì)面的反射器收集和控制這些波至接收傳感器，將他們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。對(duì)每個(gè)軸重復(fù)這個(gè)過程。用戶觸摸時(shí)吸收了傳播的波的一部分。 接收到的對(duì)應(yīng)X和Y坐標(biāo)的信號(hào)與存儲(chǔ)的數(shù)字分布圖相比較，從而識(shí)別變化并計(jì)算出坐標(biāo)。

電容式：電容式觸摸屏技術(shù)可以進(jìn)一步細(xì)分為表面電容式和投射電容式。表面電容式技術(shù)是在玻璃面板上涂有相同的導(dǎo)體。圍繞面板邊緣的電極在整個(gè)導(dǎo)電層平均分配低電壓，建立一個(gè)相同的電場。觸摸時(shí)就會(huì)從各個(gè)角上得到電流。該控制器測量從各個(gè)角上獲得的電流比，從而計(jì)算出觸摸的位置。

投射電容式觸摸屏由兩個(gè)玻璃保護(hù)層之間的傳感器網(wǎng)格微細(xì)線組成。部件可以放置于用戶安裝的材料后面，包括防暴的厚達(dá)18毫米的玻璃。觸摸時(shí)，手指和傳感器之間構(gòu)成了電容。從改變的傳感器柵格的電氣特性就可計(jì)算出觸摸位置。

紅外/光學(xué)式：高分辨率紅外（IR）技術(shù)使用一個(gè)圍繞顯示器的小框，上面有表面安裝的LED，對(duì)邊有光感受器，紅外透明邊框隱藏在后面。該控制器連續(xù)發(fā)送LED，以此來構(gòu)建一個(gè)紅外光掃描網(wǎng)格。觸摸時(shí)就會(huì)阻擋每個(gè)軸上的一束或多束紅外光，這樣就可確定相應(yīng)的X，Y坐標(biāo)。

上述主要的觸摸屏技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)和典型應(yīng)用總結(jié)在表1之中。

表1：不同觸摸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。

液晶觸摸屏控制中的可編程邏輯

對(duì)于觸摸技術(shù)的類型、顯示器的類型和顯示器制造商，液晶顯示器的接口往往是不同的。對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)人員而言，常常難以在其產(chǎn)品線上選擇一個(gè)顯示控制器芯片以適應(yīng)所有不同的顯示器。越來越多從事設(shè)計(jì)配有觸摸屏液晶面板的人機(jī)界面（HMI）系統(tǒng)集成的設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)向使用可編程邏輯器件，以實(shí)現(xiàn)他們所需的靈活性?，F(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）技術(shù)使得系統(tǒng)架構(gòu)師一次就能夠確定人機(jī)界面控制器的架構(gòu)，同時(shí)能夠擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品系列，可采用不同的微控制器、CPU，液晶面板以滿足各種應(yīng)用。 FPGA技術(shù)還可以很容易實(shí)現(xiàn)高性能的矢量圖形，以及用單芯片與現(xiàn)實(shí)世界接口。

萊迪思的LCD - Pro是專門為基于FPGA的高級(jí)觸摸屏視頻圖形控制器而設(shè)計(jì)的，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供單個(gè)人機(jī)界面結(jié)構(gòu)，加速產(chǎn)品的上市，并大大節(jié)省了開發(fā)成本。與現(xiàn)有的IP配合在一起，LCD – Pro簡化了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員能夠更快的推出新產(chǎn)品，從而適應(yīng)新興市場的要求，而不需要重新設(shè)計(jì)平臺(tái)。