触摸屏技术原理及分类

触摸技术已经广泛应用于智能手机、平板等消费电子产品。本文通过对触摸屏技术的原理及分类进行讲解，希望能对读者有所帮助。

触摸屏技术是一种新型的人机交互输入方式，与传统的键盘和鼠标输入方式相比，触摸屏输入更直观。配合识别软件，触摸屏还可以实现手写输入。

根据屏幕表面定位原理不同，可以把触摸屏技术分声学脉冲识别（APR）技术，表面声波（SAW）技术电容式触摸屏技术和电阻式触摸屏技术红外/光学式技术两类。

声学脉冲识别（APR）技术APR由一个玻璃显示器涂层或其他坚硬的基板组成，背面安装了4个压电传感器。该传感器安装在可见区域的两个对角上，通过一根弯曲的电缆连接到控制卡。用户触摸屏幕时，手指或者触笔和玻璃之间的拖动发生了碰撞或摩擦，于是就产生了声波。波辐射离开接触点传向传感器，按声波的比例产生电信号。在控制卡中放大这些信号，然后转换为数字数据流。比较数据与事先存储的声音列表来确定触摸的位置。APR设计成能够消除环境的影响和外部的声音，因为这些因素与存储的声音列表不匹配。

表面声波（SAW）技术SAW触摸屏是由一个针对X和Y轴的有发送和接收的压电传感器的玻璃涂层。该控制器发送电信号至发射传感器，并在玻璃的表面内将信号转换成超声波。通过反射器阵列，这些波覆盖整个触摸屏。对面的反射器收集和控制这些波至接收传感器，将他们转换成电信号。对每个轴重复这个过程。用户触摸时吸收了传播的波的一部分。 接收到的对应X和Y坐标的信号与存储的数字分布图相比较，从而识别变化并计算出坐标。

电阻式触摸屏技术电阻屏是利用触摸屏表面随着所受压力的变化，产生屏幕凹凸变形而引起的电阻变化实现精确定位的触摸屏技术。电阻屏性能具备以下特点：① 它们都是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘、水汽和油污②可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，这是它们比较大的优势③电阻触摸屏的精度只取决于A/D转换的精度，因此都能轻松达到4096*4096·按照实现原理不同，电阻式触摸屏分为四线和五线两类。表面声波（SAW）式SAW触摸屏是由一个针对X和Y轴的有发送和接收的压电传感器的玻璃涂层。该控制器发送电信号至发射传感器，并在玻璃的表面内将信号转换成超声波。通过反射器阵列，这些波覆盖整个触摸屏。对面的反射器收集和控制这些波至接收传感器，将他们转换成电信号。对每个轴重复这个过程。用户触摸时吸收了传播的波的一部分。 接收到的对应X和Y坐标的信号与存储的数字分布图相比较，从而识别变化并计算出坐标。触摸屏原理

触摸屏附着在显示器的表面，与显示器配合使用。通过触摸产生模拟电信号，经过转换为数字信号由微处理器计算得出触摸点的坐标，从而得到操作者的意图并执行。触摸屏按其技术原理可分为五类：矢量压力传感式、电阻式、电容式、红外线式和表面声波式，其中电阻式触摸屏在实际应用中用的较多。电阻式触摸屏由4层的透明薄构成，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层，最上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层，附着在上下两层内表面的两层为金属导电层（OTI，氧化铟），这两层由细小的透明隔离点进行绝缘。当手指触摸屏幕时，两导电层在触摸点处接触。

触摸屏的两个金属导电层分别用来测量X轴和Y轴方向的坐标。用于X坐标测量的导电层从左右两端引出两个电极，记为X+和X-。用于Y坐标测量的导电层从上下两端引出两个电极，记为Y+和Y-。这就是四线电阻触摸屏的引线构成。当在一对电极上施加电压时，在该导电层上就会形成均匀连续的电压分布。若在X方向的电极对上施加一确定的电压，而Y方向电极对上不加电压时，在X平行电压场中，触点处的电压值可以在Y+（或Y-）电极上反映出来，通过测量Y+电极对地的电压大小，便可得知触点的X坐标值。同理，当在Y电极对上加电压，而X电极对上不加电压时，通过测量X+电极的电压，便可得知触点的Y坐标。测量原理如图1所示。

图1 四线式触摸屏测量原理

五线式触摸屏与四线式不同。主要区别在于五线触摸屏将其中一导电层的四端均引出来作为四个电极，另一导电层仅仅作为测量的导体输出X向和Y向的电压，测量时要交替在X向和Y向上施加电压。

触摸屏控制器有多种，主要的功能均是在微处理器的控制下向触摸屏的两个方向分时施加电压，并将相应的电压信号传送给自身A/D转换器，在微处理器SPI口提供的同步时钟作用下将数字信号读入微处理器。控制器ADS7846基本结构如图2所示。

图2 ADS7846基本结构

图1触摸点P处测量结果计算如下：

ADS7846内部可以通过寄存器的设置将A/D转换器的分辨率设为8位或12位，在本系统中A/D转换器的分辨率取12位。则P点的二进制输出代码为：

其中： 为加在ADS7846内部A/D转换器上的参考电压。

触摸屏控制器的运行是通过串行数据输入口DIN输入控制命令进行控制的。控制命令的基本格式如下：

bit7指明发送命令开始，高电平有效。A2:A0用于选择数据输入通道，101选择X坐标测量，001选择Y坐标测量。MODE将内部模数转换器的分辨率定义为8位（MODE=1）或12位（MODE=0）。SER/DFR为单端/双端参考电压选择位。PD1:PD0根据省电模式的需要进行选择设置。这些命令控制位的设置将在程序代码部分得以应用。