因?yàn)槊烙^、維護(hù),、成本和衛(wèi)生等原因,，觸摸屏技術(shù)開始向消費(fèi)市場(chǎng)以外的醫(yī)療、工業(yè)和汽車市場(chǎng)滲透,。隨著觸摸屏的問世,，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，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19英寸的觸摸屏。對(duì)手指觸摸檢測(cè)和手寫筆檢測(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（見圖1）,。

　　圖 1：手指和手寫筆檢測(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)過程中應(yīng)注意的問題以及潛在的應(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)殡娮栌|摸屏現(xiàn)在很容易買到,，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),。基于微控制器的軟件算法采用內(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?？欤挥羞@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)非常可靠的設(shè)計(jì),。因?yàn)闆]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?，觸摸感應(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),、圖片更換或書寫顯示。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,，書寫是連續(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銷,。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)手寫的妙處,。在一個(gè)4線電阻式觸摸屏上,，手寫筆的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I2C協(xié)議接口連接32位微控制器。TFT-LCD面板通過微控制器的靈活接口（FSMC）與微控制器相連,，通過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（圖5）。

　　圖 5：手寫板實(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銷變得很容易,。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)畫筆功能。這個(gè)應(yīng)用可能是孩子畫畫工具箱的基礎(chǔ),。