在許多消費電子應(yīng)用中,，電容式觸控技術(shù)與目前市場占有率最高的傳統(tǒng)電阻式觸控技術(shù)相比,，為使用者帶來了多項優(yōu)點,，包括：更佳的視覺享受──提供高達97%的穿透率與更真實的色彩呈現(xiàn),；更輕松靈活的操控性──觸控功能的實現(xiàn)只需輕觸即可,，甚至於可不必實際與面板接觸,；更長的使用壽命──電容式面板的壽命約為兩億次，為四線電阻式（一百萬次）的兩百倍,，五線電阻式（四千萬次）的五倍,。目前，低成本阻性技術(shù)的應(yīng)用市場包括：只需要單點觸控,、至關(guān)重要的極其精確的空間分辨率,、利用觸控筆來實現(xiàn)特定功能（如亞洲語言符號識別等），或者用戶必須戴手套的場合,。以小尺寸為主流的消費性市場在觸控技術(shù)的選擇上僅有電阻式與投射電容式兩種,，前者雖然成本低廉，但是不佳的光學(xué)表現(xiàn)與耐受性長期受到市場詬??；後者雖有多項優(yōu)點,，但真正能量產(chǎn)的供應(yīng)商屈指可數(shù)，售價自然相當(dāng)昂貴,，以致僅見於少數(shù)高單價產(chǎn)品上,。

　　雖然阻性技術(shù)傳統(tǒng)上是用來檢測屏幕上“單點觸摸”的位置，但本文提出了一個創(chuàng)新的“兩點觸摸”概念,，它利用阻性觸摸屏控制器AD7879在廉價的阻性觸摸屏上檢測最常見的雙指手勢（縮放,、捏合和旋轉(zhuǎn)）。

1 阻性觸摸屏的經(jīng)典方法

　　典型的阻性觸摸屏包括兩個平行的氧化銦錫（ITO）導(dǎo)電層,，中間的間隙將兩層分開（圖1）,。上層（Y）的邊緣電極相對于下層（X）的邊緣電極旋轉(zhuǎn)90°。當(dāng)對屏幕的一個小區(qū)域施加壓力,，使這兩層發(fā)生電氣接觸時,，就發(fā)生了“觸摸”現(xiàn)象。如果在上層的兩個電極之間施加一個直流電壓,，而下層懸空,，則觸摸將使下層獲得與觸摸點相同的電壓。判斷上層方向觸摸坐標(biāo)的方法是測量下層的電壓,，以便確定觸摸點處的電阻占總電阻的比值,。然后交換兩層的電氣連接，獲得觸摸點在另一個軸上的坐標(biāo),。

　　連接直流電壓的層稱為“有源”層,，電流與其阻抗成反比。測量電壓的層稱為“無源”層,，無相關(guān)電流流經(jīng)該層,。發(fā)生單點觸摸時，在有源層中形成一個分壓器,，無源層電壓測量通過一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取與觸摸點和負(fù)電極之間的距離成比例的電壓,。

　　由于成本低廉，傳統(tǒng)的4線阻性觸摸屏深受單點觸控應(yīng)用的歡迎,。實現(xiàn)阻性多點觸控的技術(shù)有多種,，其中總是會用到一個矩陣布局屏幕，但屏幕制造成本高得嚇人,。此外,，控制器需要許多輸入和輸出來測量和驅(qū)動各個屏幕帶，導(dǎo)致控制器成本和測量時間增加,。

圖1.（a）阻性觸摸屏的結(jié)構(gòu),；（b）用戶觸摸屏幕時的電氣接觸

2 超越單點觸控

　　雖然如此，但通過理解并模擬該過程背后的物理原理，我們可以從阻性觸摸屏提取更多信息,。當(dāng)發(fā)生兩點觸摸時,，無源屏幕中的一段電阻加上觸點的電阻與有源屏幕的導(dǎo)電段并聯(lián)，因此電源的負(fù)載阻抗減小,，電流增大,。阻性控制器的經(jīng)典方法是假設(shè)有源層中的電流恒定不變，無源層為等電位,。兩點觸摸時,，這些假設(shè)不再成立，為了提取所需的信息,，需要進行更多測量。

　　阻性屏幕中的兩點觸摸檢測模型如圖2所示,。Rtouch為層間的接觸電阻,；在現(xiàn)有的大多數(shù)屏幕中，其數(shù)量級一般與兩層的電阻相同,。如果有一個恒定的電流I流經(jīng)有源層的兩端,，則有源層上的電壓為：

圖2.阻性屏幕兩點觸摸的基本模型

3 手勢識別

　　以“捏合”（pinch）作為范例可以更好地描述手勢識別的工作原理。捏合手勢從兩根分開較遠的手指觸摸開始,，產(chǎn)生雙重接觸,，使得屏幕的阻抗降低，有源層兩根電極之間的電壓差因此減小,。隨著兩根手指越來越接近,，并聯(lián)面積減小，因而屏幕的阻抗提高,，有源層兩根電極之間的電壓差相應(yīng)地增大,。

　　緊密捏合后，并聯(lián)電阻趨于0,，Ru+Rd提高到總電阻,，因此電壓增大到：

　　圖3顯示了一個沿著垂直（Y）軸捏合的例子。當(dāng)手勢開始時,，其中一層的兩根電極之間的電壓恒定不變,，另一層則表現(xiàn)出階躍性降低，然后隨著手指相互靠近而提高,。

圖3.垂直捏合時的電壓測量

　　圖4顯示傾斜捏合時的電壓測量結(jié)果,。這種情況下，兩個電壓均表現(xiàn)出階躍性降低,，然后緩慢恢復(fù),。兩個恢復(fù)速率（利用各層的電阻歸一化）的比值可以用來檢測手勢的角度。

圖4.傾斜捏合時的電壓測量

　　如果手勢為縮放（手指分開），其行為可以從上述討論推導(dǎo)出來,。圖5顯示了沿各軸及沿傾斜方向縮放時測得的兩個有源層電壓趨勢,。

圖5.沿不同方向縮放時的電壓趨勢

4 利用AD7879檢測手勢

　　AD7879觸摸屏控制器設(shè)計用于與4線式阻性觸摸屏接口。除了檢測觸摸動作外,，它還能測量溫度和輔助輸入端的電壓,。所有四種觸摸測量加上溫度、電池,、輔助電壓測量,，均可以通過編程寫入其片內(nèi)序列器。

　　AD7879結(jié)合一對低成本運算放大器,，可以執(zhí)行上述捏合和縮放手勢測量,，如圖6所示。

　　下面的步驟說明了手勢識別的過程：

　　在前半周期中,，將一個直流電壓施加于上層（有源層）,，并測量X+引腳的電壓（對應(yīng)于VY+–VY–），以提供與Y方向上的運動（接近還是分開）相關(guān)的信息,。

　　在后半周期中,，將一個直流電壓施加于下層（有源層），并測量Y+引腳的電壓（對應(yīng)于VX+–VX–）,，以提供與X方向上的運動（接近還是分開）相關(guān)的信息,。

　　圖6所示的電路需要為差分放大器提供保護，防止短接到VDD,。在前半周期中,，下方放大器的輸出短接到VDD。在后半周期中,，上方放大器的輸出短接到VDD,。為避免這種現(xiàn)象，AD7879的GPIO可以控制兩個外部模擬開關(guān),，如圖7所示,。

圖6.基本手勢檢測應(yīng)用圖

圖7.避免放大器輸出短接到VDD的應(yīng)用圖

　　這種情況下，AD7879設(shè)置為從機轉(zhuǎn)換模式,，并且僅測量半個周期,。當(dāng)AD7879完成轉(zhuǎn)換時，產(chǎn)生一個中斷,，主處理器重新設(shè)置AD7879以測量第二個半周期,，并且改變AD7879GPIO的值。第二轉(zhuǎn)換結(jié)束時,，兩層的測量結(jié)果均存儲在器件中,。

　　旋轉(zhuǎn)可以通過一個方向上的同時縮放和一個傾斜捏合來模擬,，因此檢測旋轉(zhuǎn)并不困難。挑戰(zhàn)在于區(qū)別旋轉(zhuǎn)是順時針（CW）還是逆時針（CCW）,，這無法通過上述過程來實現(xiàn),。為了檢測旋轉(zhuǎn)及其方向，需要在兩層（有源層和無源層）上進行測量,，如圖8所示,。圖7中的電路無法滿足之一要求，圖9提出了一種新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。

圖8 順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)時的電壓測量

　　圖9所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)了如下功能：

　　半周期1：電壓施加于Y層,，同時測量（VY+–VY–）、VX–和VX+,。每完成一個測量,，AD7879就會產(chǎn)生一個中斷，以便處理器改變GPIO配置,。

　　半周期2：電壓施加于X層,，同時測量（VX+–VX–）、VY–和VY+,。

　　圖9中的電路可以測量所有需要的電壓來實現(xiàn)全部性能，包括：a）單點觸摸位置,；b）縮放,、捏合、旋轉(zhuǎn)手勢檢測和量化,；c）區(qū)別順時針與逆時針旋轉(zhuǎn),。用兩點觸摸手勢來完成單點觸摸操作時，可以估計手勢的中心位置,。

圖9.單點觸摸位置和手勢檢測的應(yīng)用圖

5 實用提示

　　輕柔手勢產(chǎn)生的電壓變化相當(dāng)微細,。通過放大這種變化，可以提高系統(tǒng)的魯棒性,。例如,，可以在屏幕的電極與AD7879的引腳之間增加一個小電阻，這將能提高有源層的壓降,，但單點觸摸定位精度會有所下降,。

　　另一種方法是僅在低端連接上增加一個電阻，當(dāng)X層或Y層為有源層時,，僅檢測X–或Y–電極,。這樣就可以應(yīng)用一定的增益，因為直流值相當(dāng)?shù)汀?/font>