電阻式觸摸屏原理具體分析

　　很多LCD模塊都采用了電阻式觸摸屏，這些觸摸屏等效于將物理位置轉(zhuǎn)換為代表X、Y坐標(biāo)的電壓值的傳感器。通常有4線、5線、7線和8線觸摸屏來實(shí)現(xiàn)，本文詳細(xì)介紹了SAR結(jié)構(gòu)、四種觸摸屏原理和結(jié)構(gòu)，以及檢測觸摸的方法。

　　觸摸屏原理

　　觸摸屏包含上下疊合的兩個透明層，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阻性層和一個導(dǎo)電層組成，通常還要用一種彈性材料來將兩層隔開。當(dāng)觸摸屏表面受到的壓力(如通過筆尖或手指進(jìn)行按壓)足夠大時，頂層與底層之間會產(chǎn)生接觸。所有的電阻式觸摸屏都采用分壓器原理來產(chǎn)生代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓。如圖3所示，分壓器是通過將兩個電阻進(jìn)行串聯(lián)來實(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。兩個電阻連接點(diǎn)處的電壓測量值與下面那個電阻的阻值成正比。

　　圖3 分壓器通過兩個電阻進(jìn)行串聯(lián)實(shí)現(xiàn)

　　為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測量一個坐標(biāo)，需要對一個阻性層進(jìn)行偏置：將它的一邊接VREF，另一邊接地。同時，將未偏置的那一層連接到一個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，電阻性表面被分隔為兩個電阻。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電阻。因此，在未偏置層上測得的電壓與觸摸點(diǎn)到接地邊之間的距離成正比。

　　四線觸摸屏

　　四線觸摸屏包含兩個阻性層。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，見圖4。為了在X軸方向進(jìn)行測量，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即可作一次測量。

　　圖4 四線觸摸屏的兩個阻性層

　　為了在Y軸方向進(jìn)行測量，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即可對電壓進(jìn)行測量。圖5顯示了四線觸摸屏在兩層相接觸時的簡化模型。對于四線觸摸屏，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。

　　五線觸摸屏

　　五線觸摸屏使用了一個阻性層和一個導(dǎo)電層。導(dǎo)電層有一個觸點(diǎn)，通常在其一側(cè)的邊緣。阻性層的四個角上各有一個觸點(diǎn)。為了在X軸方向進(jìn)行測量，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，類似于四線觸摸屏中采用的方法。

　　為了沿Y軸方向進(jìn)行測量，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，類似于在四線觸摸屏中采用的方法。這種測量算法的優(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。

　　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)行屏幕測量時，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，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)電層仍用來測量分壓器的電壓。

　　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。對于VREF總線，將一根線用來連接VREF，另一根線作為SAR ADC的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的正參考輸入。對于0V總線，將一根線用來連接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，任何一根都可用來測量分壓器的電壓。

　　檢測有無接觸

　　所有的觸摸屏都能檢測到是否有觸摸發(fā)生，其方法是用一個弱上拉電阻將其中一層上拉，而用一個強(qiáng)下拉電阻來將另一層下拉。如果上拉層的測量電壓大于某個邏輯閾值，就表明沒有觸摸，反之則有觸摸。這種方法存在的問題在于觸摸屏是一個巨大的電容器，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使上升時間變長，可能導(dǎo)致檢測到虛假的觸摸。

　　四線和八線觸摸屏可以測量出接觸電阻，即圖5中的RTOUCH。RTOUCH與觸摸壓力近似成正比。要測量觸摸壓力，需要知道觸摸屏中一層或兩層的電阻。圖6中的公式給出了計算方法。需要注意的是，如果Z1的測量值接近或等于0(在測量過程中當(dāng)觸摸點(diǎn)靠近接地的X總線時)，計算將出現(xiàn)一些問題，通過采用弱上拉方法可以有效改善這個問題。

　　圖5 RTOUCH

　　圖6 觸摸屏電阻計算方法