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電阻式觸控式螢幕技術探討

上網時間: 2010年04月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:觸控式螢幕  電阻式  系統架構 

電阻觸控式螢幕分類

按照觸控式螢幕上的感測線數量,電阻式觸控式螢幕可再分為三大類:4線、5線和8線。4線觸控式螢幕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線觸控式螢幕只在底層上有圓形電極(X+、X-、Y+和Y-)。頂層用於在觸控過程中測量電壓,電壓梯度只施加在底層上。

8線觸控式螢幕的工作原理與4線觸控式螢幕相似。只是給每一條線增加一個參考電壓線,所以最後的匯流排數達到8條。新增的4條線分別用於給原來的4條線提供參考電壓。8線觸控式螢幕採用比例測量類比數位轉換器的測量原理。

因為成本低廉,觸控感測演算法簡單,4線觸控式螢幕被廣泛用於低階消費電子產品。5線和8線觸控式螢幕主要用於昂貴的高階醫療設備和重要的工業控制。

系統架構和設計

觸控式螢幕解決方案的主要組件包括觸控式螢幕面板、觸控式螢幕控制器(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階的微控制器。主處理器利用一線或兩線介面協議(I2C/SPI)管理觸控式螢幕控制器的初始化,以及讀取數位座標數據。主處理器還負責把用戶觸控轉換成所需的作業,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示。

圖3:電阻式觸感解決方案結構圖。
圖3:電阻式觸感解決方案結構圖。

設計一個帶觸感用戶介面的應用系統,設計複雜性取決於觸控式螢幕解析度的要求。觸控式螢幕解析度還取決於觸控式螢幕控器的類比數位轉換器解析度。另一個重要因素是觸控式螢幕控制器的功耗,建議選用一個具有中斷功能和低功耗待機模式的控制器。當沒有觸控作業時,控制器進入低功耗的待機狀態,以節省電能;當檢測到觸控事件時,控制器將會喚醒,執行觸控電壓解碼功能。這個功能成為可攜設備的一個基本要求,因為可攜設備電池中的每庫侖電量都非常寶貴。

選用一個內建緩衝記憶體的觸控式螢幕控制器對於頻繁的觸控檢測應用十分有益。例如,書寫是連續的觸控作業,如果觸控式螢幕控制器包括一個FIFO緩衝記憶體,那麼可以在FIFO緩衝記憶體裝滿後再進行數據處理,這可降低主處理器的處理開銷。當螢幕較大(>6英吋)時,觸控式螢幕導電板拾起的雜訊會影響觸控式螢幕的精密度,在觸控式螢幕上(在X+/X-、Y+/Y-軸)增加電容,可降低高頻雜訊。

一個電阻觸控式螢幕實例

為了釐清電阻式觸感解決方案的原理,我們分析一個現成的低成本手寫板解決方案(圖 4)。在這個實例中,電阻觸控式螢幕控制器採用ST的STMPE811控制器,主處理器採用ST的STM32高密度32位元微控制器。

圖4:手寫板解決方案。
圖4:手寫板解決方案。

該解決方案讓用戶在TFT-LCD面板上感受即時手寫的妙處。在一個4線電阻式觸控式螢幕上,手寫筆的X和Y座標被映射到TFT-LCD面板內的一個線繪上。在現有的手寫板設計中,2.4英吋觸控式螢幕安裝到2.4英吋(QVGA解析度)TFT-LCD面板上。大多數手機和PDA都採用低解析度的顯示螢幕。為確保觸控檢測座標精確映射到顯示螢幕上,應特別注意觸控式螢幕和顯示面板的解析度。沿觸控式螢幕電阻軸(X/Y)的觸控座標變化是另一個重要考慮因素,這個問題與觸控式螢幕的品牌有關。在某些觸控式螢幕上,從觸控式螢幕控制器取得的座標值沿觸控式螢幕的軸從上向下逐漸變小,反之亦然。

在本例中,觸控式螢幕控制器透過I2C協議介面連接32位元微控制器。TFT-LCD面板透過微控制器的靈活介面(FSMC)與微控制器相連,透過微控制器配置觸控式螢幕控制器的各種參數,如類比數位轉換器採樣速度和平均值。除I2C協議介面外,觸控式螢幕控制器提供一個輸出中斷接腳,用於向主處理器發起觸感檢測中斷請求。該中斷接腳與微控制器的外部中斷埠接腳相連。本解決方案採用的觸控式螢幕控制器包括一個12位元類比數位轉換器和一個可暫存128個觸控數據集的FIFO緩衝記憶體。當觸控式螢幕控制器檢測到觸控事件時,微控制器就會從外部中斷埠接腳收到一個中斷請求,然後透過I2C協議讀取觸控式螢幕控制器FIFO緩衝記憶體內的數據。每個X軸和Y軸座標數據都使用一個12位元數值。從觸控式螢幕座標到畫素顯示螢幕座標的軟體映射,運算基數是顯示器面板的解析度和觸控式螢幕的解析度。微控制器處理TFT-LCD畫素顯示器的座標,然後顯示相應的TFT-LCD畫素。12位元類比數位轉換器的解析度完全夠用。因此,可以獲得非常精確的觸點,這可以讓連續的畫素發光,為用戶提供即時的線繪感覺(圖5)。

圖5:手寫板實現流程。
圖5:手寫板實現流程。

因為觸控式螢幕控制器內建FIFO緩衝記憶體,管理微控制器處理開銷變得很容易。此外,還可在顯示面板的一側顯示彩色表格。文本的顏色可以選擇,只要點選表格中的一種顏色,下一個線繪就會變成所選顏色。該方案還提供一個清除按鈕的圖示,當螢幕充滿內容時,觸控這個按鈕可清理螢幕。利用這種方式,設計人員可輕鬆實現一個畫筆功能。這個應用可能是孩子畫畫工具箱的基礎。

作者:Menka Tangri

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