觸摸屏技術(shù)原理及分類

觸摸技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能手機、平板等消費電子產(chǎn)品。本文通過對觸摸屏技術(shù)的原理及分類進行講解，希望能對讀者有所幫助。

觸摸屏技術(shù)是一種新型的人機交互輸入方式，與傳統(tǒng)的鍵盤和鼠標(biāo)輸入方式相比，觸摸屏輸入更直觀。配合識別軟件，觸摸屏還可以實現(xiàn)手寫輸入。

根據(jù)屏幕表面定位原理不同，可以把觸摸屏技術(shù)分聲學(xué)脈沖識別（APR）技術(shù)，表面聲波（SAW）技術(shù)電容式觸摸屏技術(shù)和電阻式觸摸屏技術(shù)紅外/光學(xué)式技術(shù)兩類。

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

表面聲波（SAW）技術(shù)SAW觸摸屏是由一個針對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)送電信號至發(fā)射傳感器，并在玻璃的表面內(nèi)將信號轉(zhuǎn)換成超聲波。通過反射器陣列，這些波覆蓋整個觸摸屏。對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。對每個軸重復(fù)這個過程。用戶觸摸時吸收了傳播的波的一部分。 接收到的對應(yīng)X和Y坐標(biāo)的信號與存儲的數(shù)字分布圖相比較，從而識別變化并計算出坐標(biāo)。

電阻式觸摸屏技術(shù)電阻屏是利用觸摸屏表面隨著所受壓力的變化，產(chǎn)生屏幕凹凸變形而引起的電阻變化實現(xiàn)精確定位的觸摸屏技術(shù)。電阻屏性能具備以下特點：① 它們都是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵、水汽和油污②可以用任何物體來觸摸，可以用來寫字畫畫，這是它們比較大的優(yōu)勢③電阻觸摸屏的精度只取決于A/D轉(zhuǎn)換的精度，因此都能輕松達到4096*4096·按照實現(xiàn)原理不同，電阻式觸摸屏分為四線和五線兩類。表面聲波（SAW）式SAW觸摸屏是由一個針對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)送電信號至發(fā)射傳感器，并在玻璃的表面內(nèi)將信號轉(zhuǎn)換成超聲波。通過反射器陣列，這些波覆蓋整個觸摸屏。對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。對每個軸重復(fù)這個過程。用戶觸摸時吸收了傳播的波的一部分。 接收到的對應(yīng)X和Y坐標(biāo)的信號與存儲的數(shù)字分布圖相比較，從而識別變化并計算出坐標(biāo)。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。通過觸摸產(chǎn)生模擬電信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號由微處理器計算得出觸摸點的坐標(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玻璃構(gòu)成的基層，最上面是一層外表面經(jīng)過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），這兩層由細小的透明隔離點進行絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時，兩導(dǎo)電層在觸摸點處接觸。

觸摸屏的兩個金屬導(dǎo)電層分別用來測量X軸和Y軸方向的坐標(biāo)。用于X坐標(biāo)測量的導(dǎo)電層從左右兩端引出兩個電極，記為X+和X-。用于Y坐標(biāo)測量的導(dǎo)電層從上下兩端引出兩個電極，記為Y+和Y-。這就是四線電阻觸摸屏的引線構(gòu)成。當(dāng)在一對電極上施加電壓時，在該導(dǎo)電層上就會形成均勻連續(xù)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(biāo)值。同理，當(dāng)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(biāo)。測量原理如圖1所示。

圖1 四線式觸摸屏測量原理

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作為四個電極，另一導(dǎo)電層僅僅作為測量的導(dǎo)體輸出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。

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方向分時施加電壓，并將相應(yīng)的電壓信號傳送給自身A/D轉(zhuǎn)換器，在微處理器SPI口提供的同步時鐘作用下將數(shù)字信號讀入微處理器?？刂破鰽DS7846基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 ADS7846基本結(jié)構(gòu)

圖1觸摸點P處測量結(jié)果計算如下：

ADS7846內(nèi)部可以通過寄存器的設(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點的二進制輸出代碼為：

其中： 為加在ADS7846內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器上的參考電壓。

觸摸屏控制器的運行是通過串行數(shù)據(jù)輸入口DIN輸入控制命令進行控制的?？刂泼畹幕靖袷饺缦拢?/p>

bit7指明發(fā)送命令開始，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)測量，001選擇Y坐標(biāo)測量。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。