觸摸屏技術(shù)原理及分類(lèi)

觸摸技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板等消費(fèi)電子產(chǎn)品。本文通過(guò)對(duì)觸摸屏技術(shù)的原理及分類(lèi)進(jìn)行講解，希望能對(duì)讀者有所幫助。

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

聲學(xué)脈沖識(shí)別（APR）技術(shù)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(jiàn)區(qū)域的兩個(gè)對(duì)角上，通過(guò)一根彎曲的電纜連接到控制卡。用戶(hù)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(kāi)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(lái)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）技術(shù)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(guò)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(guò)程。用戶(hù)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(shí)現(xiàn)精確定位的觸摸屏技術(shù)。電阻屏性能具備以下特點(diǎn)：① 它們都是一種對(duì)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(lái)觸摸，可以用來(lái)寫(xiě)字畫(huà)畫(huà)，這是它們比較大的優(yōu)勢(shì)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(dá)到4096*4096·按照實(shí)現(xiàn)原理不同，電阻式觸摸屏分為四線(xiàn)和五線(xiàn)兩類(lèi)。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(guò)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(guò)程。用戶(hù)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)。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(lèi)：矢量壓力傳感式、電阻式、電容式、紅外線(xiàn)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(xiàn)電阻觸摸屏的引線(xiàn)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。

圖1 四線(xiàn)式觸摸屏測(cè)量原理

五線(xiàn)式觸摸屏與四線(xiàn)式不同。主要區(qū)別在于五線(xiàn)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。

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?？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(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。控制命令的基本格式如下：

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。