電阻式觸摸屏工作原理

1、電阻式觸摸屏工作原理很多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線觸摸屏來實現(xiàn), 本文詳細(xì)介紹了 SAR結(jié)構(gòu)、四 種觸摸屏的組成結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)原 理，以及檢測觸摸的方法。電阻式觸摸屏是一種傳感器，它將矩形區(qū) 域中觸摸點（X,Y）的物理位置轉(zhuǎn)換為代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓。很多LCD模塊都 采用了電阻式觸摸屏，這種屏幕可以用四 線、五線、七線或八線來產(chǎn)生屏幕偏置電 壓，同時讀回觸摸點的電壓。過去，為了將電阻式觸摸屏上的觸摸點坐 標(biāo)讀入微控制器，需要使用一個專用的觸 摸屏控制器芯片，或者利用一個復(fù)雜的外部開關(guān)網(wǎng)絡(luò)來連接微

2、控制器的片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。夏普公司的LH75400 /01/10/11 系列和LH7A404 等微控制器都帶有一個內(nèi)含觸摸屏偏置電路的片上ADC，該ADC采用了一種逐次逼近寄存器（SAR）類型的轉(zhuǎn)換器。采用這些控制器可以實現(xiàn)在觸摸屏傳感器和微控制 器之間進(jìn)行直接接口， 無需CPU介入的情況下控制所有的觸摸屏偏置電壓，并記錄全部測量結(jié)果。 本文將詳細(xì)介紹四線、五線、七線和八線觸摸屏的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)原理，在下期的文章中將介紹觸摸屏與ADC的接口與編程。SAR結(jié)構(gòu)SAR的實現(xiàn)方法很多，但它的基本結(jié)構(gòu)很簡單，參見圖 1。該結(jié)構(gòu)將模擬輸入電壓（VIN）保存在一個跟蹤/ 保持器中，N位寄存器被設(shè)置為中

3、間值（即100.0 ，其中最高位被設(shè)置為 1），以執(zhí)行二進(jìn)制查找算法。因此，數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的輸出（VDAC）為Vref的二分之一，這里 VREF為ADC的參考電壓。之后，再執(zhí)行一個比較操作，以決定VIN小于還是大4VXM M二1匚 llfllIM-iaw于VDAC :1. 如果VIN小于VDAC，比較器輸出邏 輯低，N位寄存器的最高位清0。2. 如果VIN大于VDAC，比較器輸出邏 輯高（或1），N位寄存器的最高位保持為1。其后，SAR的控制邏輯移動到下一位，將 該位強(qiáng)制置為高，再執(zhí)行下一次比較。SAR 控制邏輯將重復(fù)上述順序操作，直到最后 一位。當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時，寄存器中就得到了 一個N位

4、數(shù)據(jù)字 圖2顯示了一個4位轉(zhuǎn)換過程的例子，圖中 Y軸和粗線表示DAC的輸出電壓。在本例中:1. 第一次比較顯示 VIN小于Vdac，因此位3被置0。隨后DAC被設(shè)置為ObOlOO 并執(zhí)行第二次比較。2. 在第二次比較中，VIN大于VDAC，因此位 保持為1。隨后，DAC被設(shè)置為0b0110并執(zhí)行第三次比 較。3. 在第三次比較中，位1被置0。DAC隨后被設(shè)置為0b0101 ，并執(zhí)行最后一次比較。4. 在最后一次比較中，由于 Vin大于Vdac，位【保持為1。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

5、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)來實現(xiàn)的。上面的電阻（RJ連接正參考電壓（Vref），下面的電阻（R2）接地。兩個電阻連接點處的電壓測量值與下面那個電阻的阻值成正比。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

6、表面被分隔為兩個電阻。它們的阻值與觸摸點到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點 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到接地邊四線觸摸屏之間的距離成正比。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。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

7、。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，通常在其一側(cè)的邊緣。阻性層的四個角上各有一個觸點。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

8、致相同，類似于在四線觸摸屏中采用的方法。這種X軸和Y軸需要反向測量算法的優(yōu)點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), 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，八線觸摸屏的實現(xiàn)方法

9、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Xi-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