因?yàn)槊烙^,、維護(hù),、成本和衛(wèi)生等原因，觸摸屏技術(shù)開(kāi)始向消費(fèi)市場(chǎng)以外的醫(yī)療,、工業(yè)和汽車(chē)市場(chǎng)滲透,。隨著觸摸屏的問(wèn)世,，出現(xiàn)了多項(xiàng)觸控技術(shù),，如電容,、電阻、電感,、表面聲波和紅外線觸控技術(shù),。每種設(shè)計(jì)技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。電容式觸摸屏基于印刷電路板上的電極設(shè)計(jì),，因觸控鍵,、滑塊和滾輪功能而深受用戶喜愛(ài)，輕松的觸控功能為用戶體驗(yàn)增色很多,。表面聲波觸控技術(shù)基于聲波，存在于需要透明的顯示屏設(shè)計(jì)中,，例如娛樂(lè)園和人流很大的室內(nèi)環(huán)境,。紅外線觸控技術(shù)基于光線間斷方法，主要用于低分辨的超大屏幕,。電感式觸摸屏技術(shù)主要用于塑料,、鋁制或不銹鋼的面板，或者會(huì)暴露于液體的面板,。其中,，電阻式觸摸屏技術(shù)的成本競(jìng)爭(zhēng)力最高,，而且很容易集成到嵌入式設(shè)計(jì)內(nèi)。這項(xiàng)技術(shù)主要用于設(shè)計(jì)面板尺寸不超過(guò)19英寸的觸摸屏,。對(duì)手指觸摸檢測(cè)和手寫(xiě)筆檢測(cè)的支持?jǐn)U大了電阻觸控技術(shù)在消費(fèi)電子中的應(yīng)用范圍(見(jiàn)圖1）,。

 電阻式觸摸屏技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)" src="http://files.chinaaet.com/images/2010/05/27/15406136143036.jpg" style="width: 391px; height: 334px" />

圖 1:手指和手寫(xiě)筆檢測(cè)功能讓電阻式觸摸屏更好用

     本文將主要探討電阻觸摸屏技術(shù)的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題以及潛在的應(yīng)用領(lǐng)域,。

 了解電子觸控傳感器的設(shè)計(jì)和控制器選型要求

     因?yàn)?a href="http://forexkbc.com/article/index.aspx?id=21035">電阻觸摸屏現(xiàn)在很容易買(mǎi)到,，而且價(jià)格隨時(shí)間逐漸下降，所以此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣,。為了選擇最佳的觸摸屏技術(shù),，應(yīng)用設(shè)計(jì)人員必須深入考慮應(yīng)用需求。電阻式觸摸屏技術(shù)只需一個(gè)簡(jiǎn)易的印刷電路板設(shè)計(jì),，不像電容式和電感式觸摸屏技術(shù),，需要在印刷電路板上設(shè)計(jì)電極或線圈蝕刻。因?yàn)橛|摸屏直接覆蓋在顯示屏上,，所以可以節(jié)省機(jī)械開(kāi)關(guān)或電容式觸控鍵電極所需的印刷電路板空間,。建議不要把電阻式觸摸屏用于惡劣的環(huán)境中，例如經(jīng)常爆炸或灰塵過(guò)多的礦區(qū)或工地,。電阻式觸摸屏上很少的破損都會(huì)影響觸控精確度和線性,。

 電阻式觸摸屏工作原理

 1. 電阻式觸摸屏是表面覆蓋觸摸響應(yīng)薄膜的透明玻璃板。

2. 電阻式觸摸屏面板有兩個(gè)電阻層(氧化銦錫)組成,，中間是一層很薄的分隔層,。

3. 電阻觸摸屏的兩個(gè)薄膜層組成一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)，充當(dāng)觸摸位置檢測(cè)功能的分壓電路,。

4. 觸摸屏?xí)陔娮杈W(wǎng)絡(luò)組成的分壓器上引起電壓變化,，這個(gè)電壓用于確定觸摸屏幕的觸點(diǎn)位置。

5. 觸摸屏控制器(TSC)把捕捉的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字觸摸坐標(biāo)信號(hào),。內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換通道,，充當(dāng)測(cè)量模擬電壓的電壓計(jì)。

6. 在觸摸屏幕后,，起到電壓計(jì)作用的觸摸控制器首先在X+點(diǎn)施加電壓梯度VDD,，在X-點(diǎn)施加接地電壓GND。然后,，檢測(cè)Y軸電阻上的模擬電壓,，并把模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)值，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器計(jì)算X坐標(biāo)(圖2),。在這種情況下,，Y-軸變成感應(yīng)線。同樣地,，在Y+和Y-點(diǎn)分施加電壓梯度,，可以測(cè)量Y坐標(biāo),。

7. 某些觸摸控制器還支持觸摸壓力測(cè)量，即Z軸測(cè)量,。測(cè)量Z軸坐標(biāo)時(shí),，電壓梯度施加在Y+軸和X-軸上。

圖 2:電阻式觸摸屏:X 坐標(biāo)測(cè)量:

     電阻觸感主要有兩種形式：軟件觸感解決方案和專用觸摸屏控制器芯片,。

     在軟件觸感解決方案中,，微控制器須擔(dān)負(fù)所有的觸控檢測(cè)和坐標(biāo)計(jì)算任務(wù)?；谖⒖刂破鞯能浖惴ú捎脙?nèi)部的微控制器進(jìn)行觸摸位置電壓測(cè)量,，執(zhí)行觸摸檢測(cè)功能和坐標(biāo)處理功能。

     在專用觸摸屏控制器內(nèi),，控制器向系統(tǒng)主機(jī)(微控制器)發(fā)起一個(gè)檢測(cè)觸摸事件的中斷請(qǐng)求,，并輸出代表觸摸坐標(biāo)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。然后主處理器(MCU)讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),，執(zhí)行客戶期待的操作命令,。

     基于MCU計(jì)算參數(shù)的設(shè)計(jì)方法要求主處理器的速度非常快,，只有這樣才能管理頻繁的觸摸操作,。對(duì)于快速觸摸檢測(cè)應(yīng)用，這不是一個(gè)非?？煽康脑O(shè)計(jì),。因?yàn)闆](méi)有數(shù)據(jù)平均和觸摸檢測(cè)延時(shí)功能，這類設(shè)計(jì)的檢測(cè)精度比較低,。具有數(shù)據(jù)采樣,、測(cè)量值平均、觸摸檢測(cè)延時(shí)配置和數(shù)字觸摸坐標(biāo)計(jì)算功能的專用觸摸屏控制器芯片才是真正的觸摸屏控制器,。這些芯片易于集成到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,，具有更高的性能。

 電阻觸摸屏分類

     按照觸摸屏上的感應(yīng)線數(shù)量,，電阻式觸摸屏可再分為三大類：4線,、5線和8線。4線觸摸屏的條形電極安裝在兩個(gè)不同的電阻層(X+,、X-在同一層,，Y+、Y-另一個(gè)電阻層上),。5線觸摸屏只在底層上有圓形電極(X+、X-,、Y+和Y-),。頂層用于在觸摸過(guò)程中測(cè)量電壓,，電壓梯度只施加在底層上。

     8線觸摸屏的工作原理與4線觸摸屏相似,。只是給每一條線增加一個(gè)參考電壓線,，所以最后的總線數(shù)達(dá)到8條。新增的4條線分別用于給原來(lái)的4條線提供參考電壓,。8線觸摸屏采用比例測(cè)量模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測(cè)量原理,。

     因?yàn)槌杀镜土|摸感應(yīng)算法簡(jiǎn)單,，4線觸摸屏被廣泛用于低端消費(fèi)電子產(chǎn)品,。5線和8線觸摸屏主要用于昂貴的高端醫(yī)療設(shè)備和重要的工業(yè)控制器。

 系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計(jì)

     觸摸屏解決方案的主要組件包括觸摸屏面板,、觸摸屏控制器(TSC),、顯示面板和主處理器，如圖3所示,，主處理器可以是一個(gè)低端的微控制器,。主處理器利用一線或兩線接口協(xié)議(I2C/SPI)管理觸摸屏控制器的初始化，以及讀取數(shù)字坐標(biāo)數(shù)據(jù),。主處理器還負(fù)責(zé)把用戶觸摸轉(zhuǎn)換成所需的操作,，如音量調(diào)節(jié)、圖片更換或書(shū)寫(xiě)顯示,。大多數(shù)消費(fèi)電子產(chǎn)品都有顯示面板,，同一顯示面板上可顯示人機(jī)互動(dòng)圖標(biāo)。

圖 3:電阻式觸感解決方案結(jié)構(gòu)圖

     設(shè)計(jì)一個(gè)帶觸感用戶界面的應(yīng)用系統(tǒng),，設(shè)計(jì)復(fù)雜性取決于觸摸屏分辨率的要求,。觸摸屏分辨率還取決于觸摸屏控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率。另一個(gè)重要因素是觸摸屏控制器的功耗,，建議選用一個(gè)具有中斷功能和低功耗待機(jī)模式的控制器,。當(dāng)沒(méi)有觸摸操作時(shí)，控制器進(jìn)入低功耗的待機(jī)狀態(tài),，以節(jié)省電能,；當(dāng)檢測(cè)到觸摸事件時(shí)，控制器將會(huì)喚醒,，執(zhí)行觸摸電壓解碼功能,。這個(gè)功能成為便攜設(shè)備的一個(gè)基本要求，因?yàn)楸銛y設(shè)備電池中的每庫(kù)侖電量都非常寶貴,。

    選用一個(gè)內(nèi)置緩存的觸摸屏控制器對(duì)于頻繁的觸摸檢測(cè)應(yīng)用十分有益,。例如，書(shū)寫(xiě)是連續(xù)的觸摸操作,，如果觸摸屏控制器包括一個(gè)FIFO緩存,，那么可以在FIFO緩存裝滿后再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,，這可降低主處理器的處理開(kāi)銷(xiāo)。當(dāng)屏幕較大(>6英寸)時(shí),，觸摸屏導(dǎo)電板拾起的噪聲會(huì)影響觸摸屏的精度,，在觸摸屏上(在X+/X-、Y+/Y-軸)增加電容器,，可降低高頻噪聲,。

 一個(gè)電阻觸摸屏實(shí)例

     為了弄明白電阻式觸感解決方案的原理，我們分析一個(gè)現(xiàn)成的低成本手寫(xiě)板解決方案(圖 4),。在這個(gè)實(shí)例中,，電阻觸摸屏控制器采用ST的先進(jìn)STMPE811控制器，主處理器采用ST的STM32高密度32位微控制器,。

圖 4:手寫(xiě)板解決方案

     該解決方案讓用戶在TFT-LCD面板上感受實(shí)時(shí)手寫(xiě)的妙處,。在一個(gè)4線電阻式觸摸屏上，手寫(xiě)筆的X和Y坐標(biāo)被映射到TFT-LCD面板內(nèi)的一個(gè)線繪上,。在現(xiàn)有的手寫(xiě)板設(shè)計(jì)中,，2.4英寸觸摸屏安裝到2.4英寸(QVGA分辨率)TFT-LCD面板上。大多數(shù)手機(jī)和PDA都采用低分辨率的顯示屏,。為確保觸摸檢測(cè)坐標(biāo)精確映射到顯示屏上,，應(yīng)特別注意觸摸屏和顯示面板的分辨率。沿觸摸屏電阻軸(X/Y)的觸摸坐標(biāo)變化是另一個(gè)重要考慮因素,，這個(gè)問(wèn)題與觸摸屏的品牌有關(guān),。在某些觸摸屏上，從觸摸屏控制器取得的坐標(biāo)值沿觸摸屏的軸從上向下逐漸變小,，反之亦然,。

     在本例中，觸摸屏控制器通過(guò)I2C協(xié)議接口連接32位微控制器,。TFT-LCD面板通過(guò)微控制器的靈活接口(FSMC)與微控制器相連,，通過(guò)微控制器配置觸摸屏控制器的各種參數(shù)，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣速度和平均值,。除I2C協(xié)議接口外,，觸摸屏控制器提供一個(gè)輸出中斷引腳，用于向主處理器發(fā)起觸感檢測(cè)中斷請(qǐng)求,。該中斷引腳與微控制器的外部中斷端口引腳相連,。本解決方案采用的觸摸屏控制器包括一個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)可暫存128個(gè)觸摸數(shù)據(jù)集的FIFO緩存。當(dāng)觸摸屏控制器檢測(cè)到觸摸事件時(shí),，微控制器就會(huì)從外部中斷端口引腳收到一個(gè)中斷請(qǐng)求,，然后通過(guò)I2C協(xié)議讀取觸摸屏控制器FIFO緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)。每個(gè)X軸和Y軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)都使用一個(gè)12位數(shù)值。從觸摸屏坐標(biāo)到像素顯示屏坐標(biāo)的軟件映射,，計(jì)算基數(shù)是顯示器面板的分辨率和觸摸屏的分辨率,。微控制器處理TFT-LCD像素顯示器的坐標(biāo)，然后顯示相應(yīng)的TFT-LCD像素,。12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率完全夠用。因此,，可以獲得非常精確的觸點(diǎn),，這可以讓連續(xù)的像素發(fā)光，為用戶提供實(shí)時(shí)的線繪感覺(jué)(圖5),。

圖 5:手寫(xiě)板實(shí)現(xiàn)流程

     因?yàn)橛|摸屏控制器內(nèi)置FIFO緩存,，管理微控制器處理開(kāi)銷(xiāo)變得很容易。此外,，還可在顯示面板的一側(cè)顯示彩色表格,。文本的顏色可以選擇，只要點(diǎn)擊表格中的一種顏色,，下一個(gè)線繪就會(huì)變成所選顏色,。該方案還提供一個(gè)清除按鈕的圖標(biāo)，當(dāng)屏幕充滿內(nèi)容時(shí),，觸摸這個(gè)按鈕可清理屏幕,。利用這種方式，設(shè)計(jì)人員可輕松實(shí)現(xiàn)一個(gè)畫(huà)筆功能,。這個(gè)應(yīng)用可能是孩子畫(huà)畫(huà)工具箱的基礎(chǔ),。