因為美觀、維護(hù)、成本和衛(wèi)生等原因，觸摸屏技術(shù)開始向消費市場以外的醫(yī)療、工業(yè)和汽車市場滲透。隨著觸摸屏的問世，出現(xiàn)了多項觸控技術(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)計技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點。電容式觸摸屏基于印刷電路板上的電極設(shè)計，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，或者會暴露于液體的面板。其中，電阻式觸摸屏技術(shù)的成本競爭力最高，而且很容易集成到嵌入式設(shè)計內(nèi)。這項技術(shù)主要用于設(shè)計面板尺寸不超過19英寸的觸摸屏。對手指觸摸檢測和手寫筆檢測的支持?jǐn)U大了電阻觸控技術(shù)在消費電子中的應(yīng)用范圍(見圖1）。
圖 1:手指和手寫筆檢測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、設(shè)計過程中應(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)計和控制器選型要求
因為電阻觸摸屏現(xiàn)在很容易買到，而且價格隨時間逐漸下降，所以此項技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣。為了選擇最佳的觸摸屏技術(shù)，應(yīng)用設(shè)計人員必須深入考慮應(yīng)用需求。電阻式觸摸屏技術(shù)只需一個簡易的印刷電路板設(shè)計，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)計電極或線圈蝕刻。因為觸摸屏直接覆蓋在顯示屏上，所以可以節(jié)省機械開關(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. 電阻觸摸屏的兩個薄膜層組成一個電阻網(wǎng)絡(luò)，充當(dāng)觸摸位置檢測功能的分壓電路。
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，這個電壓用于確定觸摸屏幕的觸點位置。
5. 觸摸屏控制器(TSC)把捕捉的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字觸摸坐標(biāo)信號。內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，充當(dāng)測量模擬電壓的電壓計。
6. 在觸摸屏幕后，起到電壓計作用的觸摸控制器首先在X+點施加電壓梯度VDD，在X-點施加接地電壓GND。然后，檢測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-點分施加電壓梯度，可以測量Y坐標(biāo)。
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，電壓梯度施加在Y+軸和X-軸上。
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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(微控制器)發(fā)起一個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計算參數(shù)的設(shè)計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。對于快速觸摸檢測應(yīng)用，這不是一個非常可靠的設(shè)計。因為沒有數(shù)據(jù)平均和觸摸檢測延時功能，這類設(shè)計的檢測精度比較低。具有數(shù)據(jù)采樣、測量值平均、觸摸檢測延時配置和數(shù)字觸摸坐標(biāo)計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不同的電阻層(X+、X-在同一層，Y+、Y-另一個電阻層上)。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。
因為成本低廉，觸摸感應(yīng)算法簡單，4線觸摸屏被廣泛用于低端消費電子產(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。
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