電阻式觸摸屏技術案例探討

　　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軸坐標時，電壓梯度施加在Y+軸和X-軸上。

　　圖 2：電阻式觸摸屏：X 坐標測量：

　　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，微控制器須擔負所有的觸控檢測和坐標計算任務。基于微控制器的軟件算法采用內部的微控制器進行觸摸位置電壓測量，執行觸摸檢測功能和坐標處理功能。

　　在專用觸摸屏控制器內，控制器向系統主機（微控制器）發起一個檢測觸摸事件的中斷請求，并輸出代表觸摸坐標的數字數據。然后主處理器（MCU）讀取數字數據，執行客戶期待的操作命令。

　　基于MCU計算參數的設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用，這不是一個非常可靠的設計。因為沒有數據平均和觸摸檢測延時功能，這類設計的檢測精度比較低。具有數據采樣、測量值平均、觸摸檢測延時配置和數字觸摸坐標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品設計中，具有更高的性能。

　　電阻觸摸屏分類

　　按照觸摸屏上的感應線數量，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，所以最后的總線數達到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轉換器的測量原理。

　　因為成本低廉，觸摸感應算法簡單，4線觸摸屏被廣泛用于低端消費電子產品。5線和8線觸摸屏主要用于昂貴的高端醫療設備和重要的工業控制器。

　　系統架構和設計

　　觸摸屏解決方案的主要組件包括觸摸屏面板、觸摸屏控制器（TSC）、顯示面板和主處理器，如圖3所示，主處理器可以是一個低端的微控制器。主處理器利用一線或兩線接口協議（I2C/SPI）管理觸摸屏控制器的初始化，以及讀取數字坐標數據。主處理器還負責把用戶觸摸轉換成所需的操作，如音量調節、圖片更換或書寫顯示。大多數消費電子產品都有顯示面板，同一顯示面板上可顯示人機互動圖標。

　　圖 3：電阻式觸感解決方案結構圖

設計一個帶觸感用戶界面的應用系統，設計復雜性取決于觸摸屏分辨率的要求。觸摸屏分辨率還取決于觸摸屏控器的模數轉換器分辨率。另一個重要因素是觸摸屏控制器的功耗，建議選用一個具有中斷功能和低功耗待機模式的控制器。當沒有觸摸操作時，控制器進入低功耗的待機狀態，以節省電能；當檢測到觸摸事件時，控制器將會喚醒，執行觸摸電壓解碼功能。這個功能成為便攜設備的一個基本要求，因為便攜設備電池中的每庫侖電量都非常寶貴。

　　選用一個內置緩存的觸摸屏控制器對于頻繁的觸摸檢測應用十分有益。例如，書寫是連續的觸摸操作，如果觸摸屏控制器包括一個FIFO緩存，那么可以在FIFO緩存裝滿后再進行數據處理，這可降低主處理器的處理開銷。當屏幕較大（》6英寸）時，觸摸屏導電板拾起的噪聲會影響觸摸屏的精度，在觸摸屏上（在X+/X-、Y+/Y-軸）增加電容器，可降低高頻噪聲。