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    案例頻道

    電阻式觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)原理
    • 企業(yè):控制網(wǎng)     領(lǐng)域:嵌入式系統(tǒng)     行業(yè):石油天然氣    
    • 點(diǎn)擊數(shù):1031     發(fā)布時(shí)間:2009-03-09 11:21:46
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        四線電阻式觸摸屏

        四線電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)如圖1,在玻璃或丙烯酸基板上覆蓋有兩層透平,均勻?qū)щ姷腎TO層,分別做為X電極和Y電極,它們之間由均勻排列的透明格點(diǎn)分開絕緣。其中下層的ITO與玻璃基板附著,上層的ITO附著在PET薄膜上。X電極和Y電極的正負(fù)端由“導(dǎo)電條”(圖中黑色條形部分)分別從兩端引出,且X電極和Y電極導(dǎo)電條的位置相互垂直。引出端X-,X+,Y-,Y+一共四條線,這就是四線電阻式觸摸屏名稱的由來。當(dāng)有物體接觸觸摸屏表面并施以一定的壓力時(shí),上層的ITO導(dǎo)電層發(fā)生形變與下層ITO發(fā)生接觸,該結(jié)構(gòu)可以等效為相應(yīng)的電路,如下圖2:
       



    圖1  


    圖2  


    圖3

        計(jì)算觸點(diǎn)的X,Y坐標(biāo)分為如下兩步:

      1. 計(jì)算Y坐標(biāo),在Y+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive, Y-電極接地,X+做為引出端測(cè)量得到接觸點(diǎn)的電壓,由于ITO層均勻?qū)щ姡|點(diǎn)電壓與Vdrive電壓之比等于觸點(diǎn)Y坐標(biāo)與屏高度之比。

      2. 計(jì)算X坐標(biāo),在X+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive, X-電極接地,Y+做為引出端測(cè)量得到接觸點(diǎn)的電壓,由于ITO層均 
    勻?qū)щ姡|點(diǎn)電壓與Vdrive電壓之比等于觸點(diǎn)X坐標(biāo)與屏寬度之比。

      測(cè)得的電壓通常由ADC轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),再進(jìn)行簡單處理就可以做為坐標(biāo)判斷觸點(diǎn)的實(shí)際位置。

      四線電阻式觸摸屏除了可以得到觸點(diǎn)的X/Y坐標(biāo),還可以測(cè)得觸點(diǎn)的壓力,這是因?yàn)閠op layer施壓后,上下層ITO發(fā)生接觸,在觸點(diǎn)上實(shí)際是有電阻存在的,如下圖的Rtouch。壓力越大,接觸越充分,電阻越小,通過測(cè)量這個(gè)電阻的大小可以量化壓力大小。
      

      怎么得到Rtouch的阻值?有兩種方法。

      第一種方法:要做如下準(zhǔn)備工作,如下圖:
      

      1. X- 接地,X+接電源,Y+接ADC得到觸點(diǎn)的X坐標(biāo)
      

      2. X- 接地,Y+接電源,X+接ADC得到Z1點(diǎn)的位置Z1
     

      3. X- 接地,Y+接電源,Y-接ADC得到Z2點(diǎn)的位置Z2

      現(xiàn)在知道了X坐標(biāo),即ADC的輸出數(shù)值, Z1, Z2,還要知道X-line Y-line的總電阻值就可以計(jì)算了
     

      第二種方法:要做如下準(zhǔn)備工作

      1. X- 接地,X+接電源,Y+接ADC得到觸點(diǎn)的X坐標(biāo) ADCx

      2. Y- 接地,Y+接電源,X+接ADC得到觸點(diǎn)的Y坐標(biāo) ADCy

      2. X- 接地,Y+接電源,X+接ADC得到Z1點(diǎn)的位置Z1

      還要已知X-plate Y-plate的總電阻值
      

      上面的計(jì)算有一個(gè)缺陷,就是沒有考慮電極抽頭引線和驅(qū)動(dòng)電極的電路的寄生電阻,這部分電阻并不包含在ITO電阻之內(nèi),而且受環(huán)境溫度影響阻值波動(dòng),很可能影響計(jì)算的正確性,因此產(chǎn)生了八線電阻觸摸屏的概念。

      八線電阻式觸摸屏
      

      八線電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)與四線類似,所區(qū)別的是除了引出X- drive,X+ drive,Y- drive,Y+ drive四個(gè)電極,還在每個(gè)導(dǎo)電條末端引出一條線:X- sense,X+ sense,Y- sense,Y+ sense,這樣一共八條線。八線電阻式觸摸屏工作時(shí),首先測(cè)量導(dǎo)電條電壓:

        在Y+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive, Y-電極接地,分別測(cè)出Y+ sense和Y- sense 的電壓,分別記為VYMAX和VYMIN

        在X+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive, X-電極接地,分別測(cè)出X+ sense和X- sense 的電壓,分別記為VXMAX和VXMIN

      然后計(jì)算觸點(diǎn)的X,Y坐標(biāo),分為如下兩步:

      1 計(jì)算Y坐標(biāo),在Y+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive, Y-電極接地, X+做為引出端測(cè)量得到接觸點(diǎn)的電壓。

      2 計(jì)算X坐標(biāo),在X+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive, X-電極接地, Y+做為引出端測(cè)量得到接觸點(diǎn)的電壓。

      四線/八線電阻式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)是不但可以計(jì)算橫向X,Y坐標(biāo),通過一系列方法還可以測(cè)得縱向Z坐標(biāo),即手指的壓力大小,這是通過測(cè)量縱向接觸電阻 Rtouch來得到的,因?yàn)榻佑|發(fā)生時(shí),接觸電阻與壓力大小成反比,壓力越大,接觸電阻越小,測(cè)得這個(gè)電阻的數(shù)值可以用來量化接觸壓力。

      四線/八線電阻式觸摸屏的缺點(diǎn)是耐用性不夠,長時(shí)間的觸按施壓會(huì)使器件損壞。因?yàn)槊看斡|按,上層的PET和ITO都會(huì)發(fā)生形變,而ITO材質(zhì)較脆,在形變經(jīng)常發(fā)生時(shí)容易損壞。一旦ITO層斷裂,導(dǎo)電的均勻性也就被破壞,上面推導(dǎo)坐標(biāo)時(shí)的比例等效性也就不再存在。這種斷裂的情況極易發(fā)生在經(jīng)常發(fā)生觸按的區(qū)域,比如“確認(rèn)”鍵的位置。另外一個(gè)缺點(diǎn)是附著在PET活動(dòng)基板上的ITO不會(huì)充分氧化,一旦暴露在潮濕或者受熱的環(huán)境下,氧化會(huì)導(dǎo)致電阻上升,同樣破壞導(dǎo)電均勻性,使坐標(biāo)計(jì)算出現(xiàn)誤差,即出現(xiàn)“漂移”現(xiàn)象。由此催生了五線電阻屏的概念。

      五線電阻式觸摸屏

      針對(duì)四線電阻式觸摸屏的缺點(diǎn),五線電阻式觸摸屏采用的結(jié)構(gòu)是,將X,Y電極都做在附著在玻璃基板上的ITO層,而上層的ITO只作為活動(dòng)電極。底層ITO的X,Y電極從四個(gè)角引出UL,UR,LL,LR,加上上層的活動(dòng)電極,這樣一共五條線。五線電阻式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)是玻璃基板比較牢固不易形變,而且可以使附著在上面的ITO充分氧化。玻璃材質(zhì)不會(huì)吸水,并且它與ITO的膨脹系數(shù)很接近,產(chǎn)生的形變不會(huì)導(dǎo)致ITO損壞。而上層的ITO只用來作為引出端電極,沒有電流流過,因此不必要求均勻?qū)щ娦裕词挂驗(yàn)樾巫儼l(fā)生破損,也不會(huì)使電阻屏產(chǎn)生“漂移”。

          五線電阻式觸摸屏的電極不能像四線電阻屏一樣,由導(dǎo)電條從四邊引出,那樣會(huì)造成短路。電極被分散為許多電阻圖案分布在觸摸屏四周,然后從四角引出,這些圖案的作用是使觸摸屏X,Y方向電壓梯度線性,便于坐標(biāo)的測(cè)量。
      

      五線電阻式觸摸屏工作時(shí),UL施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive,LR接地,測(cè)量觸點(diǎn)X,Y坐標(biāo)分為如下兩步:

      1 計(jì)算Y坐標(biāo),在UR電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive, LL電極接地, 活動(dòng)電極做為引出端測(cè)量得到接觸點(diǎn)的電壓。

      2 計(jì)算X坐標(biāo),在LL電極施加驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive, UR電極接地, 活動(dòng)電極做為引出端測(cè)量得到接觸點(diǎn)的電壓。
      

      六線電阻式觸摸屏

      在五線電阻式觸摸屏的基礎(chǔ)上,六線電阻式觸摸屏是在玻璃基板的背面增加了一個(gè)接地的導(dǎo)電層,用來隔絕來自玻璃基板背面的信號(hào)串?dāng)_。

      七線電阻式觸摸屏

      同四線電阻式觸摸屏一樣,五線電阻式觸摸屏也沒有考慮電極抽頭引線和驅(qū)動(dòng)電極的電路的寄生電阻,這部分電阻并不包含在ITO電阻之內(nèi),很可能影響計(jì)算的正確性,因此七線電阻式觸摸屏在五線電阻式觸摸屏的基礎(chǔ)上,從UL,LR兩端各引出一條線用來感應(yīng)實(shí)際觸摸屏末端電壓,分別記為Vmax, Vmin,工作原理與五線電阻式觸摸屏相同。

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