鹽城工控機維修之－電阻式觸摸屏原理

有ITO（納米銦錫金屬氧化物）涂層，ITO具有很好的導(dǎo)電性和透明性。當觸摸操作時，薄膜下層的ITO會接觸到玻璃上層的ITO，經(jīng)由感應(yīng)器傳出相應(yīng)的電信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路送到處理器，通過運算轉(zhuǎn)化為屏幕上的X、Y值，而完成點選的動作，并呈現(xiàn)在屏幕上。

電阻觸摸屏的工作原理主要是通過壓力感應(yīng)原理來實現(xiàn)對屏幕內(nèi)容的操作和控制的，這種觸摸 屏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，其中第一層為玻璃或有機玻璃底層，第二層為隔層，第三層為多元樹脂表層，表面還涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面經(jīng)硬化處理、光滑防刮的塑料層。在多元脂表層表面的傳導(dǎo)層及玻璃層感應(yīng)器是被許多微小的隔層所分隔電流通過表層，輕觸表層壓下時，接觸到底層，控制器同時從四個角讀出相稱的電流及計算手指位置的距離。這種觸摸屏利用兩層高透明的導(dǎo)電層組成觸摸屏，兩層之間距離僅為2.5微米。當手指觸摸屏幕時，平常相互絕緣的兩層導(dǎo)電層就在觸摸點位置有了一個接觸，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?，控制器偵測到這個接通后，進行A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點的Y軸坐標，同理得出X軸的坐標，這就是所有電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。

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。當觸摸屏表面受到的壓力（如通過筆尖或手指進行按壓）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坐標和Y坐標的電壓。如圖3，分壓器是通過將兩個電阻進行串聯(lián)來實現(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，需要對一個阻性層進行偏置：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。當觸摸屏上的壓力足夠大，使兩層之間發(fā)生接觸時，電阻性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1。為了在X軸方向進行測量，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，當頂層和底層相接觸時即可作一次測量。

為了在Y軸方向進行測量，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，當頂層與底層相接觸時即可對電壓進行測量。圖2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的負參考輸入端。

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，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的負參考輸入端。

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的負參考端。導(dǎo)電層仍用來測量分壓器的電壓。

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，另一根線作為SAR ADC的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的負參考輸入。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。

SAR的實現(xiàn)方法很多，但它的基本結(jié)構(gòu)很簡單，參見圖3。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)置為中間值（即100...0，其中最高位被設(shè)置為1），以執(zhí)行二進 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小于還是大于VDAC：

⒈ 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。

⒉ 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。當轉(zhuǎn)換完成時，寄存器中就得到了一個N位數(shù)據(jù)字。

圖4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。在該例中：

⒈ 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0b0100并執(zhí)行第二次比較。

⒉ 在第二次比較中，ⅥN大于VDAC，因此位[2]保持為1。隨后，DAC被設(shè)置為0b0110并執(zhí)行第三次比較。

⒊ 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。

⒋ 在最后一次比較中，由于ⅥN大于VDAC，位[0]保持為1。

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RTOUCH。RTOUCH與觸摸壓力近似成正比。要測量觸摸壓力，需要知道觸摸屏中一層或兩層的電阻。圖6中的公式給出了計算方法。需要注意的是，如果Z1的測量值接近或等于0（在測量過程中當觸摸點靠近接地的X總線時），計算將出現(xiàn)一些問題，通

電阻式觸摸屏的優(yōu)點是它的屏和控制系統(tǒng)都比較便宜，反應(yīng)靈敏度很好，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)會導(dǎo)致很大的光損失，對于手持設(shè)備通常需要加大背光源來彌補透光性不好的問題，但這樣也會增加電池的消耗。

電阻式觸摸屏的優(yōu)缺點可以歸類為：

1.電阻式觸控屏的精確度高，可到像素點的級別，適用的最大分辨率可達4096x4096。

2. 屏幕不受灰塵、水汽和油污的影響，可以在較低或較高溫度的環(huán)境下使用。

3. 電阻式觸控屏使用的是壓力感應(yīng)，可以用任何物體來觸摸，即便是帶著手套也可以操作，并可以用來進行手寫識別。

4. 電阻式觸控屏由于成熟的技術(shù)和較低的門檻，成本較為廉價。

5. 電阻式觸控屏能夠設(shè)計成多點觸控，但當兩點同時受壓時，屏幕的壓力變得不平衡，導(dǎo)致觸控出現(xiàn)誤差，因而多點觸控的實現(xiàn)程度較難。

6. 電阻式觸控屏較易因為劃傷等導(dǎo)致屏幕觸控部分受損。