電阻式觸摸屏

觸摸屏原理

        觸摸屏包含上下疊合的兩個(gè)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(gè)阻性層和一個(gè)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(shí)，頂層與底層之間會(huì)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1，分壓器是通過將兩個(gè)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(gè)電阻連接點(diǎn)處的電壓測(cè)量值與下面那個(gè)電阻的阻值成正比。為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測(cè)量一個(gè)坐標(biāo)，需要對(duì)一個(gè)阻性層進(jìn)行偏置：將它的一邊接VREF，另一邊接地。同時(shí)，將未偏置的那一層連接到一個(gè)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(shí)，電阻性表面被分隔為兩個(gè)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(gè)電阻。因此，在未偏置層上測(cè)得的電壓與觸摸點(diǎn)到接地邊之間的距離成正比。

  圖1

四線觸摸屏

　    四線觸摸屏包含兩個(gè)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(cè)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(shí)即可作一次測(cè)量。

　　為了在Y軸方向進(jìn)行測(cè)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(shí)即可對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量。圖2顯示了四線觸摸屏在兩層相接觸時(shí)的簡(jiǎn)化模型。對(duì)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。

   圖2

五線觸摸屏

　　五線觸摸屏使用了一個(gè)阻性層和一個(gè)導(dǎo)電層。導(dǎo)電層有一個(gè)觸點(diǎn)，通常在其一側(cè)的邊緣。阻性層的四個(gè)角上各有一個(gè)觸點(diǎn)。為了在X軸方向進(jìn)行測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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。

   圖3

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(cè)量時(shí)，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(shí)，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(cè)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(duì)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(duì)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(cè)量分壓器的電壓。

檢測(cè)接觸

　　所有的觸摸屏都能檢測(cè)到是否有觸摸發(fā)生，其方法是用一個(gè)弱上拉電阻將其中一層上拉，而用一個(gè)強(qiáng)下拉電阻來將另一層下拉。如果上拉層的測(cè)量電壓大于某個(gè)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(gè)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(huì)使上升時(shí)間變長(zhǎng)，可能導(dǎo)致檢測(cè)到虛假的觸摸。

　　四線和八線觸摸屏可以測(cè)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(cè)量觸摸壓力，需要知道觸摸屏中一層或兩層的電阻。圖4中的公式給出了計(jì)算方法。需要注意的是，如果Z1的測(cè)量值接近或等于0(在測(cè)量過程中當(dāng)觸摸點(diǎn)靠近接地的X總線時(shí))，計(jì)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(gè)問題。

 圖4

電阻式觸摸屏的優(yōu)缺點(diǎn)

　　電阻式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)是它的屏和控制系統(tǒng)都比較便宜，反應(yīng)靈敏度也很好，而且不管是四線電阻觸摸屏還是五線電阻觸摸屏,它們都是一種對(duì)外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。它可以用任何物體來觸摸,穩(wěn)定性能較好。缺點(diǎn)是電阻觸摸屏的外層薄膜容易被劃傷導(dǎo)致觸摸屏不可用，多層結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致很大的光損失，對(duì)于手持設(shè)備通常需要加大背光源來彌補(bǔ)透光性不好的問題，但這樣也會(huì)增加電池的消耗。