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電阻式觸摸屏

電阻式觸摸屏是一種傳感器,它將矩形區(qū)域中觸摸點(diǎn)(X,Y)的物理位置轉(zhuǎn)換為代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓。很多LCD模塊都采用了電阻式觸摸屏,這種屏幕可以用四線、五線、七線或八線來(lái)產(chǎn)生屏幕偏置電壓,同時(shí)讀回觸摸點(diǎn)的電壓。電阻式觸摸屏基本上是薄膜加上玻璃的結(jié)構(gòu),薄膜和玻璃相鄰的一面上均涂有ITO(納米銦錫金屬氧化物)涂層,ITO具有很好的導(dǎo)電性和透明性。當(dāng)觸摸操作時(shí),薄膜下層的ITO會(huì)接觸到玻璃上層的ITO,經(jīng)由感應(yīng)器傳出相應(yīng)的電信號(hào),經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路送到處理器,通過(guò)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為屏幕上的X、Y值,而完成點(diǎn)選的動(dòng)作,并呈現(xiàn)在屏幕上。

觸摸屏原理

        觸摸屏包含上下疊合的兩個(gè)透明層,四線和八線觸摸屏由兩層具有相同表面電阻的透明阻性材料組成,五線和七線觸摸屏由一個(gè)阻性層和一個(gè)導(dǎo)電層組成,通常還要用一種彈性材料來(lái)將兩層隔開(kāi)。當(dāng)觸摸屏表面受到的壓力(如通過(guò)筆尖或手指進(jìn)行按壓)足夠大時(shí),頂層與底層之間會(huì)產(chǎn)生接觸。所有的電阻式觸摸屏都采用分壓器原理來(lái)產(chǎn)生代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓。如圖1,分壓器是通過(guò)將兩個(gè)電阻進(jìn)行串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。上面的電阻(R1)連接正參考電壓(VREF),下面的電阻(R2)接地。兩個(gè)電阻連接點(diǎn)處的電壓測(cè)量值與下面那個(gè)電阻的阻值成正比。為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測(cè)量一個(gè)坐標(biāo),需要對(duì)一個(gè)阻性層進(jìn)行偏置:將它的一邊接VREF,另一邊接地。同時(shí),將未偏置的那一層連接到一個(gè)ADC的高阻抗輸入端。當(dāng)觸摸屏上的壓力足夠大,使兩層之間發(fā)生接觸時(shí),電阻性表面被分隔為兩個(gè)電阻。它們的阻值與觸摸點(diǎn)到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點(diǎn)與接地邊之間的電阻相當(dāng)于分壓器中下面的那個(gè)電阻。因此,在未偏置層上測(cè)得的電壓與觸摸點(diǎn)到接地邊之間的距離成正比。

  圖1

四線觸摸屏

     四線觸摸屏包含兩個(gè)阻性層。其中一層在屏幕的左右邊緣各有一條垂直總線,另一層在屏幕的底部和頂部各有一條水平總線,見(jiàn)圖4。為了在X軸方向進(jìn)行測(cè)量,將左側(cè)總線偏置為0V,右側(cè)總線偏置為VREF。將頂部或底部總線連接到ADC,當(dāng)頂層和底層相接觸時(shí)即可作一次測(cè)量。

  為了在Y軸方向進(jìn)行測(cè)量,將頂部總線偏置為VREF,底部總線偏置為0V。將ADC輸入端接左側(cè)總線或右側(cè)總線,當(dāng)頂層與底層相接觸時(shí)即可對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量。圖2顯示了四線觸摸屏在兩層相接觸時(shí)的簡(jiǎn)化模型。對(duì)于四線觸摸屏,最理想的連接方法是將偏置為VREF的總線接ADC的正參考輸入端,并將設(shè)置為0V的總線接ADC的負(fù)參考輸入端。

   圖2

五線觸摸屏

  五線觸摸屏使用了一個(gè)阻性層和一個(gè)導(dǎo)電層。導(dǎo)電層有一個(gè)觸點(diǎn),通常在其一側(cè)的邊緣。阻性層的四個(gè)角上各有一個(gè)觸點(diǎn)。為了在X軸方向進(jìn)行測(cè)量,將左上角和左下角偏置到VREF,右上角和右下角接地。由于左、右角為同一電壓,其效果與連接左右側(cè)的總線差不多,類(lèi)似于四線觸摸屏中采用的方法。

        為了沿Y軸方向進(jìn)行測(cè)量,將左上角和右上角偏置為VREF,左下角和右下角偏置為0V。由于上、下角分別為同一電壓,其效果與連接頂部和底部邊緣的總線大致相同,類(lèi)似于在四線觸摸屏中采用的方法。這種測(cè)量算法的優(yōu)點(diǎn)在于它使左上角和右下角的電壓保持不變;但如果采用柵格坐標(biāo),X軸和Y軸需要反向。對(duì)于五線觸摸屏,最佳的連接方法是將左上角(偏置為VREF)接ADC的正參考輸入端,將左下角(偏置為0V)接ADC的負(fù)參考輸入端。

   圖3

七線觸摸屏

  七線觸摸屏的實(shí)現(xiàn)方法除了在左上角和右下角各增加一根線之外,與五線觸摸屏相同。執(zhí)行屏幕測(cè)量時(shí),將左上角的一根線連到VREF,另一根線接SAR ADC的正參考端。同時(shí),右下角的一根線接0V,另一根線連接SAR ADC的負(fù)參考端。導(dǎo)電層仍用來(lái)測(cè)量分壓器的電壓。

八線觸摸屏

  除了在每條總線上各增加一根線之外,八線觸摸屏的實(shí)現(xiàn)方法與四線觸摸屏相同。對(duì)于VREF總線,將一根線用來(lái)連接VREF,另一根線作為SAR ADC的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的正參考輸入。對(duì)于0V總線,將一根線用來(lái)連接0V,另一根線作為SAR ADC的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的負(fù)參考輸入。未偏置層上的四根線中,任何一根都可用來(lái)測(cè)量分壓器的電壓。

檢測(cè)接觸

  所有的觸摸屏都能檢測(cè)到是否有觸摸發(fā)生,其方法是用一個(gè)弱上拉電阻將其中一層上拉,而用一個(gè)強(qiáng)下拉電阻來(lái)將另一層下拉。如果上拉層的測(cè)量電壓大于某個(gè)邏輯閾值,就表明沒(méi)有觸摸,反之則有觸摸。這種方法存在的問(wèn)題在于觸摸屏是一個(gè)巨大的電容器,此外還可能需要增加觸摸屏引線的電容,以便濾除LCD引入的噪聲。弱上拉電阻與大電容器相連會(huì)使上升時(shí)間變長(zhǎng),可能導(dǎo)致檢測(cè)到虛假的觸摸。

  四線和八線觸摸屏可以測(cè)量出接觸電阻,即圖5中的RTOUCH。RTOUCH與觸摸壓力近似成正比。要測(cè)量觸摸壓力,需要知道觸摸屏中一層或兩層的電阻。圖4中的公式給出了計(jì)算方法。需要注意的是,如果Z1的測(cè)量值接近或等于0(在測(cè)量過(guò)程中當(dāng)觸摸點(diǎn)靠近接地的X總線時(shí)),計(jì)算將出現(xiàn)一些問(wèn)題,通過(guò)采用弱上拉方法可以有效改善這個(gè)問(wèn)題。

 圖4

電阻式觸摸屏的優(yōu)缺點(diǎn)

  電阻式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)是它的屏和控制系統(tǒng)都比較便宜,反應(yīng)靈敏度也很好,而且不管是四線電阻觸摸屏還是五線電阻觸摸屏,它們都是一種對(duì)外界完全隔離的工作環(huán)境,不怕灰塵和水汽,能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。它可以用任何物體來(lái)觸摸,穩(wěn)定性能較好。缺點(diǎn)是電阻觸摸屏的外層薄膜容易被劃傷導(dǎo)致觸摸屏不可用,多層結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致很大的光損失,對(duì)于手持設(shè)備通常需要加大背光源來(lái)彌補(bǔ)透光性不好的問(wèn)題,但這樣也會(huì)增加電池的消耗。


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