电阻式触控 电阻式触摸屏结构和实现原理

很多LCD模块都采用了电阻式触摸屏，这些触摸屏等效于将物理位置转换为代表X、Y 坐标 的电压值的传感器。通常有4 线触摸屏来实现，本文详细介绍了SAR 结构、四种触摸屏的组 成结构和实现原理，以及检测触摸的方法。 电阻式触摸屏是一种传感器，它将矩形区域中触摸点 (X,Y)的物理位置转换为代表X 坐标和Y 坐标的电压。很 多LCD 模块都采用了电阻式触摸屏，这种屏幕可以用四 线、五线、七线或八线来产生屏幕偏置电压，同时读回 触摸点的电压。 过去，为了将电阻式触摸屏上的触摸点坐标读入微控制器电阻式触控，需要使用一个专用的触摸屏控制 器芯片，或者利用一个复杂的外部开关网络来连接微控制器的片上模数转换器(ADC)。夏普 公司的LH75400/01/10/11 系列和LH7A404 等微控制器都带有一个内含触摸屏偏置电路的片 上ADC，该ADC 采用了一种逐次逼近寄存器(SAR)类型的转换器。采用这些控制器可以实现 在触摸屏传感器和微控制器之间进行直接接口，无需CPU 介入的情况下控制所有的触摸屏偏 置电压，并记录全部测量结果。本文将详细介绍四线、五线、七线和八线触摸屏的结构和实 现原理，在下期的文章中将介绍触摸屏与ADC 的接口与编程。

SAR 的实现方法很多，但它的基本结构很简单，参见图1。该结构将模拟输入电压(VIN)保存 在一个跟踪/保持器中，N 位寄存器被设置为中间值(即100...0，其中最高位被设置为1)， 以执行二进制查找算法。因此，数模转换器(DAC)的输出(VDAC)为VREF 的二分之一，这里VREF 为ADC 的参考电压。之后，再执行一个比较操作，以决定VIN 小于还是大于VDAC： 如果VIN小于VDAC，比较器输出逻辑低，N 位寄存器的最高位清0。 如果VIN大于VDAC，比较器输出逻辑高(或1)，N 位寄存器的最高位保持为1。 其后，SAR 的控制逻辑移动到下一位，将该位强制置为高，再执行下一次比较。SAR 控制逻 辑将重复上述顺序操作，直到最后一位。当转换完成时，寄存器中就得到了一个N 位数据字。 显示了一个4位转换过程的例子，图中Y 轴和粗线表示DAC 的输出电压。在本例中： 第一次比较显示VIN小于VDAC，因此位[3]被置0。随后DAC 被设置为0b0100 并执行第二 次比较。 在第二次比较中，VIN大于VDAC，因此 位[2]保持为1。随后，DAC 被设置为 0b0110 并执行第三次比较。

在第三次比较中，位[1]被置0。DAC随后被设置为0b0101，并执行最后一次 比较。 在最后一次比较中，由于VIN大于VDAC，位[0] 保持为1。 触摸屏包含上下叠合的两个透明层，四线和八 线触摸屏由两层具有相同表面电阻的透明阻 性材料组成，五线和七线触摸屏由一个阻性层 和一个导电层组成，通常还要用一种弹性材料来将两层隔开。当触摸屏表面受到的压力(如 通过笔尖或手指进行按压)足够大时，顶层与底层之间会产生接触。所有的电阻式触摸屏都 采用分压器原理来产生代表X 坐标和Y 坐标的电压。如图3 所示，分压器是通过将两个电阻 进行串联来实现的。上面的电阻(R1)连接正参考电压(VREF)，下面的电阻(R2)接地。两个电阻 连接点处的电压测量值与下面那个电阻的阻值成正比。 为了在电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标，需要对一个阻性层进行偏置：将它的一边 接VREF，另一边接地。同时，将未偏置的那一层连接到一个ADC 的高阻抗输入端。当触摸屏 上的压力足够大，使两层之间发生接触时，电阻性表面被分隔为两个电阻。它们的阻值与触 摸点到偏置边缘的距离成正比。触摸点与接地边之间的电阻相当于分压器中下面的那个电 阻。