畢業(yè)設(shè)計(jì)3.(論文)-觸摸屏的工作原理與應(yīng)用研究

1、摘 要隨著多媒體信息查詢的與日俱增，人們越來越多地談到觸摸屏，因?yàn)橛|摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的而且又適用于中國多媒體信息查詢國情的輸入設(shè)備，觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù)，我們用戶只要用手指輕輕地指碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)，這種技術(shù)極大方便了那些不懂電腦操作的用戶。這種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。觸摸屏在我國的應(yīng)用范圍非常廣闊，主要有公共信息的查詢，如電信局、稅務(wù)局、銀行、電力等部門的業(yè)務(wù)查詢；城市街頭的信息查詢；此外還

2、可廣泛應(yīng)用于領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等，將來，觸摸屏還要走入家庭。隨著城市向信息化方向發(fā)展和電腦網(wǎng)絡(luò)在日常生活中的滲透，信息查詢都會以觸摸屏顯示內(nèi)容可觸摸的形式出現(xiàn)。本文提供一些有關(guān)觸摸屏的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)知識，希望這些內(nèi)容能對廣大用戶有所用處。 關(guān)鍵詞：觸摸屏 嵌入式系統(tǒng) ADS7843 ABSTRACTWith the growing of multimedia information query, more and more people talked about touch screen, because touch screen as a

3、kind of the latest computer input device, it is currently the most simple, convenient and natural and are applicable to the situation of multimedia information input device, touch screen with durable and reaction speed, save a space, easy communication and many other advantages. Using this technique

4、, our users as long as fingers lightly refers to touch on the computer screen operators or text can figure realize to host operation so that the human-computer interaction more straightforward, and the technology greatly convenient that don't understand computer users. This kind of man-machine i

5、nteractive way. It gives the multimedia with a brand new look, is intriguing new multimedia interactive devices. Touch screen application in our country range is very wide, basically have public information query, such as telecommunication bureau, tax bureau, bank, electric power industries business

6、 query; The city streets and information query; Also can be widely applied in leadership office, industrial control, military command, electronic games, the song order, the multimedia teaching, real estate etc, in the future, touch screen booking will walk into family. With city towards informationa

7、l development and computer network in daily life, information query will penetrate with touch screen - showed the form of content may touch. This article provides some based on the related technical knowledge touch screen and I hope the content of the masses of users can have use. KEYWORDS： Touch Sc

8、reen Embedded Systems ADS7843 目 錄第一章 緒論11.1 觸摸屏是什么21.2 觸摸屏的優(yōu)缺點(diǎn)2第二章 電阻式和電容式觸摸屏原理與技術(shù)動向42.1電阻式觸摸屏42.1.1 電阻式觸摸屏的工作原理42.1.2 模擬電阻式觸摸屏52.1.3電阻式觸摸屏材料的市場72.2 電容式觸摸屏92.2.1 電容式觸摸屏的工作原理92.2.2 電容式觸摸屏與材料10第三章 各種類型的觸摸屏103.1 紅外線式觸摸屏的工作原理103.2 表面聲波觸摸屏11第四章 觸摸屏三個(gè)基本技術(shù)特性13第五章 觸摸屏的控制實(shí)現(xiàn)155.1 觸摸屏控制電路的硬件結(jié)構(gòu)155.2 Nucleus下ADS

9、7846的驅(qū)動設(shè)計(jì)16第六章 觸摸產(chǎn)品技術(shù)展望17結(jié)束語20謝 辭21參考文獻(xiàn)22鍵入文字第一章 緒論隨著多媒體信息查詢的與日俱增,人們越來越多地談到觸摸屏，因?yàn)橛|摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的而且又適用于中國多媒體信息查詢國情的輸入設(shè)備，觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)。觸摸屏作為一種新型的人機(jī)界面，從一出現(xiàn)就受到關(guān)注。它的簡單易用，強(qiáng)大的功能及優(yōu)異的穩(wěn)定性使它非常適合于工業(yè)環(huán)境，甚至可以用于日常生活之中，應(yīng)用非常廣泛，比如：自動化停車設(shè)備、自動洗衣機(jī)、天車升降控制、生產(chǎn)線監(jiān)控等，甚至可以用于智能大廈管理、會議室聲光控制、溫度調(diào)整利用

10、這種技術(shù)，我們用戶只要用手指輕輕地觸碰計(jì)算機(jī)顯示器上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)，這種技術(shù)極大方便了那些不懂電腦操作的用戶。這種人機(jī)交互方式，它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。觸摸屏在我國的應(yīng)用范圍非常廣闊，主要有公共信息的查詢，如電信局、稅務(wù)局、銀行、電力等部門的業(yè)務(wù)查詢；城市街頭的信息查詢；此外，還可以廣泛應(yīng)用于領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等，將來，觸摸屏還要走入家庭。隨著城市向信息化方向發(fā)展和電腦網(wǎng)絡(luò)在日常生活中的滲透，信息查詢都會以觸摸屏顯示內(nèi)容可觸摸的形式出現(xiàn)。本文提供一些有關(guān)觸摸屏

11、的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)知識，希望這些內(nèi)容能對廣大用戶有所用處。觸控技術(shù)可以將這些應(yīng)用改進(jìn)為采用幾項(xiàng)現(xiàn)有觸控技術(shù)之一的計(jì)算機(jī)。觸摸屏是用戶和計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)互動的最簡單、最直接的方式。盡管觸摸屏技術(shù)相對較新（有兩家大型觸摸屏制造商聲稱在 70 年代開始運(yùn)營），但是用戶和觸摸屏交互的基本方式已非常久遠(yuǎn)。你的手會伸向你想要的東西，這幾乎是所有兒童和成人的本能。各行各業(yè)的公司都已成功地將觸摸屏的效用發(fā)揮到各自的應(yīng)用中。航空公司使用它來模擬機(jī)艙、訓(xùn)練飛行員駕駛飛機(jī)；房地產(chǎn)公司通過它使購房者能夠在彈指之間觀看商品房的全彩圖像；賀卡公司使用它來讓客戶創(chuàng)建自己的個(gè)性化卡片；餐館飯店使用它來簡化店內(nèi)的 POS 終端；醫(yī)科

12、學(xué)校使用它來教導(dǎo)護(hù)士學(xué)員如何應(yīng)對危機(jī)狀況。觸摸屏的這5個(gè)基本種類是：電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏、紅外線掃描技術(shù)觸摸屏、矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏。這是從技術(shù)原理上對觸摸屏的分類，矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺。電容觸摸屏曾在國內(nèi)風(fēng)行過一段時(shí)間，但由于技術(shù)原理上難以解決漂移的問題，在國內(nèi)也曾遇到了銷售困難。每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，而用戶也知道不可能所有的應(yīng)用場合都是某一類觸摸屏最適合。要想挑選最適合的，關(guān)鍵就要了解每一類觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)。 1.1 觸摸屏是什么觸摸屏又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了

13、屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程序驅(qū)動各種連接裝置，可以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。主要應(yīng)用于智能手機(jī)、公共信息的查詢、領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)等。 1.2 觸摸屏的優(yōu)缺點(diǎn)以下是觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)：（1）沒有物理性的按鍵也可以利用軟件實(shí)現(xiàn)各種操作，如放大、移動等。（2）多點(diǎn)觸控（兩點(diǎn)以上）的方式可實(shí)現(xiàn)放大、縮小等各種輸入。（3）現(xiàn)實(shí)的操作對象與輸入對象一致，具有直感

14、操作性。（4）輸入與顯示一體化的，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器的小型化，設(shè)計(jì)的自由度比較高。（5）不會像鍵盤、開關(guān)等存在縫隙，進(jìn)入垃圾、灰塵、水等，不容易損壞，且易維護(hù)。以上只是觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)，但它也有如下缺點(diǎn)：（1） 不適合鍵盤、鼠標(biāo)、按鈕等快速輸入。（2） 直接觸摸顯示，畫面易被污染，讀取信息比較困難，易因發(fā)生刮痕等導(dǎo)致誤操作。（3） 沒有像按鈕以及鼠標(biāo)那樣的點(diǎn)擊感，所以輸入動作會變的笨拙（也有可獲得點(diǎn)擊感的觸摸屏）。（4） 盲人使用困難，所以需與聲音指示及按鍵并用，或者是指定觸摸位置。第二章 電阻式和電容式觸摸屏原理與技術(shù)動向從技術(shù)原理來區(qū)別觸摸屏，可分為五個(gè)基本種類：矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸

15、屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺。觸摸屏紅外線價(jià)格低廉，但其外框易碎，容易產(chǎn)生光干擾，曲面情況下失真；電容觸摸屏設(shè)計(jì)理論好，但其圖象失真問題很難得到根本解決；電阻屏的定位準(zhǔn)確，但其價(jià)格頗高，且怕刮易損。表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰抗暴，適于各種場合，缺憾的是觸摸屏表面的水滴、塵土?xí)褂|摸屏變的遲鈍，甚至不工作。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，我們把觸摸屏分為四種，它們分別為電阻式、紅外線式、電容感應(yīng)式以及表面聲波式，下面就對上述的各種類型的觸摸屏進(jìn)行簡要介紹 。2.1電阻式觸摸屏2.1.1 電阻式觸摸屏的

16、工作原理電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層（OTI，氧化銦），上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層OTI，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小(小于千分之一英寸)的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣。當(dāng)手指接觸屏幕，兩層OTI導(dǎo)電層出現(xiàn)一個(gè)接觸點(diǎn)，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測到這個(gè)接通后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)，同理得出X軸的坐標(biāo)，這就是電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。電阻屏根據(jù)引出線數(shù)多少，分為四線

17、、五線等多線電阻觸摸屏。五線電阻觸摸屏的A面是導(dǎo)電玻璃而不是導(dǎo)電涂覆層，導(dǎo)電玻璃的工藝使其的壽命得到極大的提高，并且可以提高透光率。 電阻式觸摸屏的OTI涂層比較薄且容易脆斷，涂得太厚又會降低透光且形成內(nèi)反射降低清晰度，OTI外雖多加了一層薄塑料保護(hù)層，但依然容易被銳利物件所破壞；且由于經(jīng)常被觸動，表層OTI使用一定時(shí)間后會出現(xiàn)細(xì)小裂紋，甚至變型，如其中一點(diǎn)的外層OTI受破壞而斷裂，便失去作為導(dǎo)電體的作用，觸摸屏的壽命并不長久。但電阻式觸摸屏不受塵埃、水、污物影響。 圖2-1-1 電阻式觸摸屏這種觸摸屏利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。它用兩層高透明的導(dǎo)電層組成觸摸屏，兩層之間距離僅為2.5微米。當(dāng)手指按

18、在觸摸屏上時(shí)，該處兩層導(dǎo)電層接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器。這種觸摸屏能在惡劣環(huán)境下工作，但手感和透光性較差，適合配帶手套和不能用手直接觸控的場合。2.1.2 模擬電阻式觸摸屏(1) 電阻式觸摸屏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2-1-2。圖2-1-2 分壓器通過兩個(gè)電阻串聯(lián)實(shí)現(xiàn)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(shí)完成一次測量。圖2-1-2 四線觸摸屏的兩個(gè)阻性層為了在Y軸方向進(jìn)行測量

19、，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)即可對電壓進(jìn)行測量。圖2-1-3顯示了四線觸摸屏在兩層相接觸時(shí)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。(2) 電阻式觸摸屏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)觸電，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)行測量，將左上角和右下角偏置到VREF，右上角和右下角接地。由于左、右腳為同一電壓，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

20、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。(3) 電阻式觸摸屏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(shí)，將左上角的一根線連到VREF，另一根線接SAR ADC的正參考端。

21、同時(shí)，右下角的一根接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。(4) 電阻式觸摸屏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，另一根線接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。2.1.3電阻式觸摸屏材料的市場電阻類觸摸屏的關(guān)鍵在于材料科技，最近不斷擴(kuò)大的ITO薄膜市場備受關(guān)注。不但現(xiàn)有的ITO薄膜廠商相繼增產(chǎn)，同時(shí)涌現(xiàn)出許多新的廠商，研究替

22、代ITO材料。（1）ITO膜ITO，弱導(dǎo)電體，用于觸摸屏的上電極、下電極，是氧化錫和氧化銦的混合物，其中氧化Sn的含量在3%10%，與液晶顯示面板中的ITO幾乎是一樣的。ITO具有高透明、低吸收、高電導(dǎo)率、環(huán)境窗口大的特性。在電阻式觸摸屏中ITO的導(dǎo)電性必須是線性的，觸摸屏集成在液晶顯示器上，必須要解決各種光學(xué)問題。主要具有以下功能：防止表面反射；抑制干涉條紋；防止強(qiáng)光；防止外部反射光；防污染；邊框薄窄化；筆記耐久性，鍵盤耐久性。ITO薄膜結(jié)的晶化水平直接影響觸摸屏的特性，ITO的膜質(zhì)與廠商的鍍膜技術(shù)密切相關(guān)。由于產(chǎn)品光學(xué)性能的要求，不是在薄膜基板上直接形成ITO膜，而是經(jīng)過減弱干涉條紋、防止

23、反射、提高表面硬度、提高黏性、防污處理等功能處理后才能在薄膜基板上形成ITO膜。（2）ITO替代膜如前文所述，現(xiàn)在觸摸屏使用的透明導(dǎo)電膜是ITO膜。雖然它具有很好的透明性和耐久性，但是在光學(xué)方面上，ITO膜顏色偏黃，從而會影響液晶顯示質(zhì)量。此外，受原料來源的影響，ITO供給不穩(wěn)定，直接影響了整個(gè)業(yè)績的發(fā)展。之后，ITO“再利用”理念在用戶中逐漸普及，重新建立了ITO供給體系。例如有銀系鍍膜、導(dǎo)電性高分子薄膜與其他導(dǎo)電薄膜。（3）ITO薄膜玻璃起初電阻式觸摸屏頂部電極曾使用ITO玻璃，如今，ITO玻璃也用在耐環(huán)境性能的車載產(chǎn)品的頂部電極中。作為頂部電極材料的ITO玻璃，根據(jù)其輸入性能，玻璃的厚度

24、在0.21.5mm,考慮到生產(chǎn)性及成本，也開始使用厚度為0.3mm的玻璃作為頂部電極。ITO玻璃主要用作固定電極（底部電極）材料。底部電極的ITO玻璃厚度在0.51.8mm（主要是0.55mm和0.7mm）。從鍍膜條件看，ITO膜屬于結(jié)晶性質(zhì)的薄膜。其ITO層的上面形成有維持上下電極層絕緣的圓形隔墊物。觸摸屏的玻璃基本一般是可以浮動的，但可根據(jù)需要使用強(qiáng)化玻璃。202.2 電容式觸摸屏2.2.1 電容式觸摸屏的工作原理  電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，雙玻璃設(shè)計(jì)能徹底保護(hù)導(dǎo)體層及感應(yīng)器。 電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍

25、上狹長的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場。用戶觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場，手指與導(dǎo)體層間會形成一個(gè)耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護(hù)導(dǎo)體及感應(yīng)器，更有效地防止外在環(huán)境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵?；蛴蜐n，電容式觸摸屏依然能準(zhǔn)確算出觸摸位置。 圖2-2 電容式觸摸屏電容式觸摸屏是在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，觸點(diǎn)的電容就會發(fā)生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過測量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息

26、。由于電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化，故其穩(wěn)定性較差，往往會產(chǎn)生漂移現(xiàn)象。該種觸摸屏適用于系統(tǒng)開發(fā)的調(diào)試階段。2.2.2 電容式觸摸屏與材料電容式觸摸屏可分為表面型和投射型兩大類。前者也稱作模擬容量結(jié)合方式，在面板表面形成均一的電場，檢測出從四角到觸摸位置的距離形成反比的微弱電流值。導(dǎo)電材料是在透明性的ITO膜涂上銻形成電阻為0.52千歐的ATO導(dǎo)電膜。在這種導(dǎo)電層表面在覆著SiO2膜，為了防止電磁干擾，里面的到點(diǎn)層一般使用的電阻約為100歐的ITO膜。投射型也被稱為投射電容結(jié)合型，是一種新型電容式觸摸屏。有柵格和金屬傳感器兩種方式，目前主要關(guān)注的是柵格式觸摸屏，其代表主要有iPhon

27、e，是通過絕緣體刻蝕兩層導(dǎo)電膜。導(dǎo)電膜是100%的ITO膜。與在傳感器表面形成電場一樣，通過玻璃、塑料等非導(dǎo)電體向外側(cè)投影。不僅可以觸摸傳感器的表面，也可以觸摸玻璃面板厚玻璃可能產(chǎn)生視差，但是可以通過光學(xué)設(shè)計(jì)解決。一般來說，投射型觸摸屏指的是柵格式觸摸屏。因?yàn)樗卸噤浫氲奶攸c(diǎn)，所以成為主要的投影型觸摸屏。多錄入的特點(diǎn)是 用手指轉(zhuǎn)化畫面； 展開拇指和食指，擴(kuò)大地圖； 將拇指和食指按時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)來改變畫面的方向等，用手勢進(jìn)行操作。第三章 各種類型的觸摸屏3.1 紅外線式觸摸屏的工作原理 該觸摸屏由裝在觸摸屏外框上的紅外線發(fā)射與接收感測元件構(gòu)成，在屏摸屏表面上，形成紅外線探測網(wǎng)，任何觸摸物體可改變觸

28、點(diǎn)上的紅外線而實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作。紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環(huán)境條件。其主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、安裝方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各檔次的計(jì)算機(jī)上。此外，由于沒有電容充放電過程，響應(yīng)速度比電容式快，但分辨率較低。圖2-3 紅外線式觸摸屏紅外線觸摸屏原理很簡單，只是在顯示器上加上光點(diǎn)距架框，無需在屏幕表面加上涂層或接駁控制器。光點(diǎn)距架框的四邊排列了紅外線發(fā)射管及接收管，在屏幕表面形成一個(gè)紅外線網(wǎng)。用戶以手指觸摸屏幕某一點(diǎn)，便會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，計(jì)算機(jī)便可即時(shí)算出觸摸點(diǎn)位置。因?yàn)榧t外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，所以適宜某些惡劣的環(huán)境條件。其主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格

29、低廉、安裝方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各檔次的計(jì)算機(jī)上。不過，由于只是在普通屏幕增加了框架，在使用過程中架框四周的紅外線發(fā)射管及接收管很容易損壞。3.2 表面聲波觸摸屏表面聲波是一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ臋C(jī)械波。該種觸摸屏由觸摸屏、聲波發(fā)生器、反射器和聲波接受器組成，其中聲波發(fā)生器能發(fā)送一種高頻聲波跨越屏幕表面，當(dāng)手指觸及屏幕時(shí)，觸點(diǎn)上的聲波即被阻止，由此確定坐標(biāo)位置。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長（5000萬次無故障）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量；沒有漂移，只需安裝時(shí)一次校正；有第三軸（即壓力軸）響應(yīng)，最適合公共場所使用

30、。表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。這塊玻璃平板只是一塊純粹的強(qiáng)化玻璃，區(qū)別于其它觸摸屏技術(shù)是沒有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個(gè)相應(yīng)的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個(gè)周邊則刻有45°角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。 圖2-4 表面聲波觸摸屏第四章 觸摸屏三個(gè)基本技術(shù)特性（1）透明性能觸摸屏是由多層的復(fù)合薄膜構(gòu)成，透明性能的好壞直接影響到觸摸屏的視覺效果。衡量觸摸屏透明性能不僅要從它的視覺效果來衡量，還應(yīng)該包括透明度、色彩失真度、

31、反光性和清晰度這四個(gè)特性。（2）絕對坐標(biāo)系統(tǒng)我們傳統(tǒng)的鼠標(biāo)是一種相對定位系統(tǒng)，只和前一次鼠標(biāo)的位置坐標(biāo)有關(guān)。而觸摸屏則是一種絕對坐標(biāo)系統(tǒng)，要選哪就直接點(diǎn)哪，與相對定位系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別。絕對坐標(biāo)系統(tǒng)的特點(diǎn)是每一次定位坐標(biāo)與上一次定位坐標(biāo)沒有關(guān)系，每次觸摸的數(shù)據(jù)通過校準(zhǔn)轉(zhuǎn)為屏幕上的坐標(biāo)，不管在什么情況下，觸摸屏這套坐標(biāo)在同一點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的。不過由于技術(shù)原理的原因，并不能保證同一點(diǎn)觸摸每一次采樣數(shù)據(jù)相同的，不能保證絕對坐標(biāo)定位，點(diǎn)不準(zhǔn)，這就是觸摸屏最怕的問題：漂移。對于性能質(zhì)量好的觸摸屏來說，漂移的情況出現(xiàn)的并不是很嚴(yán)重。（3）檢測與定位各種觸摸屏技術(shù)都是依靠傳感器來工作的，甚至有的觸摸屏本

32、身就是一套傳感器。各自的定位原理和各自所用的傳感器決定了觸摸屏的反應(yīng)速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。幾種常用觸摸屏的特性比較表見下列匯總表4-1表4-1 觸摸屏特性比較表類別特性紅外線式觸摸屏電阻式觸摸 屏表面聲波觸摸屏電容式觸摸屏清晰度一般較好很好較差透光率100%75%92%85%分辨率40*324096*40964096*40961024*1024響應(yīng)速度50300ms10ms10ms1524ms防刮擦好一般非常好一般漂移無無無有防塵不能擋住透光部不怕不怕不怕壽命紅外管壽命大于3500萬次大于5000萬次大于2000萬次價(jià)格低中高中第五章 觸摸屏的控制實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在很多PDA應(yīng)用中，將觸摸屏作為一

33、個(gè)輸入設(shè)備，對觸摸屏的控制也有專門的芯片。很顯然，觸摸屏的控制芯片要完成兩件事情：其一，是完成電極電壓的切換；其二，是采集接觸點(diǎn)處的電壓值（即A/D）。5.1 觸摸屏控制電路的硬件結(jié)構(gòu)觸摸屏控制電路的硬件結(jié)構(gòu) 觸摸屏控制電路主要有一下四部分組成：進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、控制功能的MCU，一個(gè)四線電阻式觸摸屏和控制芯片ADS7846, 以及顯示觸摸點(diǎn)坐標(biāo)的顯示部分。ADS7846是美國TI公司推出的一款四線制電阻式觸摸屏控制器，通過機(jī)械式觸摸，可以迅速得到觸摸點(diǎn)位置信號。它是一種典型的帶有連續(xù)逼近型寄存器的A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部自帶2.5V參考電壓，一個(gè)和微處理器相連的SPI接口，同時(shí)具有測量溫度、觸摸壓力和

34、電池電壓的功能，有可編程 的8位或12位的分辨率。在2.7V電壓和125kHz的轉(zhuǎn)換速率下， 功耗僅為750uW，在 power down 模式下僅為0.5uW。由于這些優(yōu)良的性能，在移動設(shè)備中有大量的應(yīng)用。 工作原理：當(dāng)ADS7846檢測到觸摸屏被按下時(shí)，它就會產(chǎn)生一個(gè)中斷信號（PENIRQ為低電平）給MCU，MCU選中ADS7846控制器（CS為低），然后通過串行口DIN向ADS7846發(fā)送8位控制字，此后DOUT在DCLK的下降沿得到12位的輸出。圖4-1為ADS7846的典型連接。圖5-1 ADS7846的典型連接5.2 Nucleus下ADS7846的驅(qū)動設(shè)計(jì) Nucleus 是一款

35、優(yōu)秀的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），具有搶占式和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)任務(wù)調(diào)度方式，主要用在時(shí)間苛刻的嵌入式應(yīng)用當(dāng)中。大約95的Nucleus用ANSI C 寫成，作為一個(gè)庫加載到應(yīng)用代碼當(dāng)中。目前手機(jī)行業(yè)有很多使用Nucleus。 驅(qū)動設(shè)計(jì)的目的是將觸摸坐標(biāo)即時(shí)的轉(zhuǎn)換為顯示坐標(biāo)，直接在LCD屏上顯示出來，然后經(jīng)過輸入識別軟件的處理（例如漢王的識別軟件），識別出輸入的字符，漢字等。 當(dāng)觸摸屏按下時(shí)，會產(chǎn)生一個(gè)中斷，應(yīng)當(dāng)為ADS7846配置一個(gè)中斷。在Nucleus下，中斷分兩種，Low level 中斷（Lisr）和High level 中斷（Hisr），一般的中斷服務(wù)程序在Hisr當(dāng)中處理。一個(gè)較為復(fù)

36、雜的，多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中，中斷服務(wù)程序（優(yōu)先級比普通任務(wù)的優(yōu)先級高）不能占用太多的時(shí)間，否則可能會導(dǎo)致其他任務(wù)不能及時(shí)得到響應(yīng)。例如在觸摸屏中斷服務(wù)程序的處理，在較壞的情況下，觸摸屏可能一直被按下去，其Hisr就會占用很多的資源，導(dǎo)致別的任務(wù)（例如一個(gè)手機(jī)應(yīng)用當(dāng)中，可能導(dǎo)致接受電話的任務(wù)不能處理，而這是不能讓人接受的，不能想象當(dāng)你寫短信時(shí)不能接受電話的情況，）所以當(dāng)中斷服務(wù)程序需要占用CPU較多的處理時(shí)間時(shí)，一般要在另外激活一個(gè)任務(wù)，由任務(wù)調(diào)度機(jī)制來處理和系統(tǒng)中其他任務(wù)的關(guān)系，實(shí)踐證明，這種處理方法是較好的處理方法。這里不打算對怎么創(chuàng)建一個(gè)Lisr,Hisr和激活一個(gè)任務(wù)做太多的介紹，詳細(xì)可

37、以看Nucleus的文檔。重點(diǎn)介紹ADS7846的驅(qū)動程序的處理和如何將所得數(shù)據(jù)在LCD上正確顯示出來。 ADS7846在計(jì)算觸摸坐標(biāo)時(shí)有兩種方式，single ended模式和difference 模式。Single ended模式利用ADS7846內(nèi)部參考電壓或者外部參考電壓，得出的結(jié)果是一個(gè)電壓的AD結(jié)果。 Difference 不需要內(nèi)部或者外部的參考電壓，這種模式得出的結(jié)果是觸摸點(diǎn)在觸摸屏位置上的百分比。這種模式可以消除參考電壓波動對換算結(jié)果的影響。第六章 觸摸產(chǎn)品技術(shù)展望無論你是在商場購物，還是在銀行存取款，觸摸式的自動服務(wù)器為你提供了方便快捷的服務(wù)，這就是我們所說的觸摸屏。可在幾

38、年前，這一新東西還非常少見，在業(yè)內(nèi)也沒有觸摸行業(yè)的說法。經(jīng)過多年來的發(fā)展，觸摸屏的功能已從原先簡單的查詢導(dǎo)覽發(fā)展成為集團(tuán)業(yè)務(wù)查詢上網(wǎng)于為一體的觸摸查詢一體機(jī)，應(yīng)用領(lǐng)域也從最初的郵電、商場到遍布各個(gè)行業(yè)眾多領(lǐng)域。猶如PC從286、386發(fā)展到奔騰機(jī)一樣，觸摸屏經(jīng)歷了從低檔向高檔發(fā)展的歷程。從紅外屏、四線電阻屏到電容屏，現(xiàn)在又發(fā)展到表面聲波觸摸屏、五線電阻觸摸屏，性能越來越可靠，技術(shù)越來越先進(jìn)。而且隨著各行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)的不同，以前被忽視了的紅外線電容屏，經(jīng)過工藝改造，重新又獲得了新生。LCD平板顯示技術(shù)的發(fā)展使得紅外屏的優(yōu)勢凸顯出來，金融、證券等行業(yè)用戶對此青睞有嘉。由于各種技術(shù)的觸摸屏各具優(yōu)缺點(diǎn)，

39、而且設(shè)計(jì)的難度不同，各種屏的使用有了一定的時(shí)間先后。以國內(nèi)應(yīng)用來說，最先投入使用的是日本公司紅外屏，其后是電阻屏、電容屏和聲波屏。日本的MINATO公司改進(jìn)紅外屏的光干擾問題，將分辨率提高到977*737，國內(nèi)生產(chǎn)的紅外屏存在的問題是分辨率低，只有64*48。另外前面也提到了，LCD應(yīng)用的擴(kuò)大，LCD技術(shù)和紅外屏技術(shù)結(jié)合，完全滿足了紅外屏對平面的要求，使得紅外屏重獲生機(jī)。電阻屏的缺點(diǎn)是透光率差，表面易損。早期臺灣PONICS公司等的四線電阻屏易損問題經(jīng)改進(jìn)用鍍膜來解決，但分辨率低，只有1024*768，使用范圍受一定影響。美國ELO公司推出的五線電阻屏在材質(zhì)上有了大改進(jìn)，完全采用鋼化玻璃為基體

40、，擯棄了四線電阻屏的多層結(jié)構(gòu)，使透光率大大提高，表層防暴性能也有所增強(qiáng)，分辨率達(dá)4096*4096，完全適合作IE瀏覽器等高清晰度的要求。電容屏考慮失真的問題，也采用鍍膜技術(shù)，一定程度上克服了怕刮易損的缺點(diǎn)。聲波屏的優(yōu)點(diǎn)是明顯的，但水滴灰塵的影響問題不解決，使用大受影響，改進(jìn)的方法是加防塵條，或者在軟件方面增加對污物的監(jiān)控，準(zhǔn)確識別出有效的操作和污物之間的區(qū)別。目前國內(nèi)在觸摸技術(shù)發(fā)展方面主要是應(yīng)用在整機(jī)技術(shù)上。1996年，太古公司推出了擁有自主產(chǎn)權(quán)的觸摸查詢一體機(jī)KIOSK，成為國內(nèi)第一家、全球第13家KIOSK制造商。隨后觸摸產(chǎn)品廠商也紛紛推出了各自的觸摸查詢一體機(jī)，各自擁有造型工藝。技術(shù)的

41、發(fā)展也包括應(yīng)用軟件技術(shù)的成熟。觸摸查詢離不開觸摸查詢軟件，太古公司開發(fā)出國內(nèi)第一個(gè)觸摸瀏覽軟件TouchWeb，這使得國內(nèi)的觸摸行業(yè)不再僅僅停留在搬箱子的角色上。而且隨著應(yīng)用軟件方面的進(jìn)步，相繼推出了公共信息查詢系統(tǒng)和金融、郵政、城市信息港摸信息終端KIOSK應(yīng)用系統(tǒng)等，也使得觸摸產(chǎn)品的應(yīng)用范圍從簡單的查詢擴(kuò)大到集查詢業(yè)務(wù)上網(wǎng)于一體，行業(yè)范圍從公共事業(yè)、政府到事業(yè)單位、一般企業(yè)，甚至個(gè)人的掌上電腦，都是觸摸產(chǎn)品的天地。綜觀IT信息產(chǎn)品的發(fā)展，離不開兩個(gè)基本要素：市場容量和價(jià)格。價(jià)格降低會產(chǎn)生一定的量的提升，但如果沒有實(shí)實(shí)在在的市場基礎(chǔ)，產(chǎn)品的普及、技術(shù)和行業(yè)的發(fā)展都無從談起。觸摸產(chǎn)品由于早期給

42、人的印象僅是信息的查詢，對行業(yè)用戶來說只是可有可無的形象工程，必然影響市場容量。目前各觸摸廠商們都在改進(jìn)其產(chǎn)品的功能，加大了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的份量。譬如，銀行的KIOSK一體機(jī)已經(jīng)加入了微型打印機(jī)、讀卡器等設(shè)備，功能上吸收了銀行的補(bǔ)登存折、轉(zhuǎn)賬等業(yè)務(wù)，使得系統(tǒng)不在僅僅停留于業(yè)務(wù)介紹和形象宣傳。這一改動顯然是有效的，銀行系統(tǒng)對這類一體機(jī)需求旺盛，連專注于銀行業(yè)務(wù)設(shè)備的南天公司都開發(fā)出了類似的一體機(jī)產(chǎn)品。目前一體機(jī)已出現(xiàn)自助售票系統(tǒng)，應(yīng)用到鐵路公路的售票業(yè)務(wù)，這一進(jìn)展是否預(yù)示著一體機(jī)會走上ATM機(jī)或者自動售賣機(jī)的路子還不明確。由于觸摸產(chǎn)品對開放式環(huán)境的適應(yīng)性，商業(yè)系統(tǒng)對銷售網(wǎng)絡(luò)及形象宣傳的考慮，ATM和自

43、動售賣機(jī)暫時(shí)無法替代KIOSK一體機(jī)，不過業(yè)務(wù)型的一體機(jī)確定無疑是一種方向。在價(jià)格方面的進(jìn)步主要來自于觸摸屏技術(shù)和觸摸軟件的發(fā)展。由于目前各類屏各具優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍、應(yīng)用規(guī)模俱受制約，用戶可能只考慮使用的方便及壽命，生產(chǎn)商們卻必須不斷推陳出新，將更高性能更低價(jià)格的產(chǎn)品供應(yīng)給用戶。新的技術(shù)產(chǎn)生需要大量的積累，改造原有技術(shù)是目前的主流。就象紅外屏的新生一樣，聲波屏的改進(jìn)已經(jīng)有了一個(gè)可喜景象，由于聲波屏能產(chǎn)生對壓力的感受，無形中增加了控制手段，對屏功能的擴(kuò)展十分有利，應(yīng)用范圍因此大大拓展。成熟的軟件會使用戶享受到兩種優(yōu)點(diǎn)：功能完善和低廉價(jià)格。隨著產(chǎn)品在各行業(yè)應(yīng)用市場的推進(jìn)，對行業(yè)應(yīng)用的理解不斷強(qiáng)化，系統(tǒng)將越來越合體，而價(jià)格由于投入的遞減將下降。觸摸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂不容忽視，這將有利于規(guī)模發(fā)