嵌入式觸摸屏種類及基本原理

為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。如圖1所示，觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成;觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器;而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。

圖1觸摸屏系統(tǒng)框圖

按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息介質(zhì)的不同，我們把觸摸屏分為四種，分別為電阻式、電容感應(yīng)式、紅外線式以及表面聲波式。每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場合。下面對上述的各種類型的觸摸屏進(jìn)行簡要介紹一下：

1、電阻式觸摸屏

這種觸摸屏利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。如圖2所示，電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復(fù)合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬(透明的導(dǎo)電電阻)導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層、它的內(nèi)表面也涂有一層涂層、在他們之間有許多細(xì)小的(小于1/1000英寸)的透明隔離點(diǎn)把兩層導(dǎo)電層隔開絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y坐標(biāo)兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器。控制器偵測到這一接觸并計(jì)算出(X,Y)的位置。這就是電阻技術(shù)觸摸屏的最基本的原理。

電阻類觸摸屏的關(guān)鍵在于材料科技，常用的透明導(dǎo)電涂層材料有：氧化銦(ITO)、鎳金涂層等。

圖2四線電阻觸摸屏結(jié)構(gòu)圖

2、電容式觸摸屏

電容式觸摸屏是利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作的。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，由于人體電場，用戶和觸摸屏表面形成一個(gè)耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流分別從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置。

圖3電容式觸摸屏工作原理

3、紅外線式觸摸屏

紅外觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測并定位用戶的觸摸。如圖4所示，紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個(gè)電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時(shí)，手指就會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置。任何觸摸物體都可改變觸點(diǎn)上的紅外線而實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作。

圖4紅外線觸摸屏原理

4、表面聲波觸摸屏

表面聲波是超聲波的一種，在介質(zhì)(例如玻璃或金屬等剛性材料)表面淺層傳播的機(jī)械能量波。如圖5所示，觸摸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。以右下角的X-軸發(fā)射換能器為例：控制器控制發(fā)射換能器發(fā)出聲波能量向左方表面?zhèn)鬟f，然后屏下邊的反射條紋把聲波能量反射成向上的均勻面?zhèn)鬟f;聲波能量經(jīng)過屏體表面，再由屏上邊的反射條紋聚成向右的線傳播給X-軸的接收換能器，接收換能器將返回的表面聲波能量變?yōu)殡娦盘?。在沒有觸摸的時(shí)候，接收換能器接收信號的波形與參照波形完全一樣。當(dāng)手指或其它能夠吸收或阻擋聲波能量的物體觸摸屏幕時(shí)，X軸途經(jīng)手指部位向上走的聲波能量被部分吸收，反應(yīng)在接收波形上即某一時(shí)刻位置上波形有一個(gè)衰減缺口。根據(jù)衰減缺口在波形中的位置，可以計(jì)算得到觸摸X軸坐標(biāo)，同理可以得到Y(jié)軸坐標(biāo)。

圖5表面聲波觸摸屏

觸摸屏有哪些具體應(yīng)用?設(shè)計(jì)時(shí)XY坐標(biāo)又該如何計(jì)算?常用的電阻屏驅(qū)動(dòng)芯片有哪些?且看下篇解析。

本文僅是簡單的介紹了嵌入式硬件設(shè)計(jì)中現(xiàn)今主流顯示屏種類，嵌入式設(shè)備隨著工業(yè)4.0的發(fā)展已經(jīng)遍布各個(gè)行業(yè)。ZLG致遠(yuǎn)電子嵌入式產(chǎn)品經(jīng)過近二十年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累，從產(chǎn)品的RTC時(shí)鐘，電源管理，ESD防護(hù)電路，各類通訊接口等方面全面保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。致遠(yuǎn)電子從2001年從8位單片機(jī)方案設(shè)計(jì)開始，逐步掌握ARM7、ARM9、Cortex-A7、A8、A9、M7以及最前沿的A53等ARM體系的處理器應(yīng)用技術(shù)，擁有全系列的工業(yè)級ARM核心板與工控機(jī)。同時(shí)，基于對嵌入式技術(shù)的理解與積累，我們自主研發(fā)下一代軟件開發(fā)平臺-Aworks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，幫助用戶基于穩(wěn)定的軟硬件平臺快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)，基于ZLG工業(yè)級核心板/工控板開發(fā)的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電力、軌道交通、工業(yè)現(xiàn)場、醫(yī)療等對產(chǎn)品可靠性要求較為苛刻的場合，并不斷深入為各行業(yè)提供整套行業(yè)應(yīng)用解決方案。