電阻式觸摸屏技術(shù)案例探討

　　7. 某些觸摸控制器還支持觸摸壓力測量，即Z軸測量。測量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)行觸摸位置電壓測量，執(zhí)行觸摸檢測功能和坐標(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)檢測觸摸事件的中斷請求，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?？?，只有這樣才能管理頻繁的觸摸操作。對于快速觸摸檢測應(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)平均和觸摸檢測延時(shí)功能，這類設(shè)計(jì)的檢測精度比較低。具有數(shù)據(jù)采樣、測量值平均、觸摸檢測延時(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的4條線提供參考電壓。8線觸摸屏采用比例測量模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測量原理。

　　因?yàn)槌杀镜土|摸感應(yīng)算法簡單，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)檢測到觸摸事件時(shí)，控制器將會喚醒，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于頻繁的觸摸檢測應(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。