触摸屏与触控设计全面解读

作者: 51Touch     时间:2012-03-19     源于:21ic    总点击:
【导读】:通常,触控控制器是一个小型的微控制器芯片,它位于触控传感器和PC/或嵌入式系统控制器之间。该芯片可以装配到系统内部的控制器板上,也可以放到粘贴到玻璃触控传感器上的柔性印刷电路(FPC)上。触控控制器将提取来自触控传感器的信息,并将其转换成PC或嵌入式系统控制器能

  触摸屏是一个使多媒体信息或控制改头换面的设备,它赋予多媒体系统以崭新的面貌,是极富吸引力的全新多媒体交互设备。发达国家的系统设计师们和我国率先使用触摸屏的系统设计师们已经清楚的知道,触摸屏对于各种应用领域的电脑已经不再是可有可无的东西,而是必不可少的设备。它极大的简化了计算机的使用,即使是对计算机一无所知的人,也照样能够信手拈来,使计算机展现出更大的魅力。解决了公共信息市场上计算机所无法解决的问题。随着城市向信息化方向发展和电脑网络在国民生活中的渗透,信息查询都已用触摸屏实现--显示内容可触摸的形式出现。为了帮助大家对触摸屏有一个大概的了解,笔者就在这里提供一些有关触摸屏的相关知识,希望这些内容能对大家有所用处。

  触控技术的深入剖析

  搞清设计所需是触控产品设计最重要的第一步。触控屏供应链上的许多提供商通常提供许多令人迷惑的不同组件,而更多的时候是一些提供商联合起来为终端客户提供一个价值链。图1中给出了触控屏生态系统的构成图。有趣的是,无论是在最新的笔记本电脑,还是最新的触控屏手机中,该生态系统都是一样的。

图1:触控屏控制器解析

  1、前面板或外框

  前面板或外框是终端产品的最表层。在某些产品中,该外框将透明的盖板围起来,以免受到外部的恶劣气候或潮湿的影响,也防止下面的传感产品受到刻划以及破坏。也有些时候,最外面的框只是简单地覆盖在触控传感器的上边,这种情况下仅仅是一个装饰。

  2、触控控制器

  通常,触控控制器是一个小型的微控制器芯片,它位于触控传感器和PC/或嵌入式系统控制器之间。该芯片可以装配到系统内部的控制器板上,也可以放到粘贴到玻璃触控传感器上的柔性印刷电路(FPC)上。触控控制器将提取来自触控传感器的信息,并将其转换成PC或嵌入式系统控制器能够理解的信息。

  3、触控传感

  触控屏"传感器"是一个带有触控响应表面的透明玻璃板。该传感器被安放到LCD上面,使得面板的触控区域能覆盖显示屏的可视区域。如今市场上有许多种不同的触控传感技术,各自都采用彼此不同的方法来检测触控输入。基本上,这些技术都是在触控时,使电流流过面板,从而产生一个电压或信号的变化。这个电压变化将被触控控制器传感,从而确定屏幕上的触控位置。

  4、液晶显示器(LCD)

  绝大多数的触控屏系统用于传统的LCD上。用于触控产品的LCD选择方法与传统系统中基本相同,包括分辨率,清晰度,刷新速度,成本等。但在触控屏中的另一个主要的考虑是辐射电平。由于触控传感器中的技术基于面板被触控所产生的微小的电变化,能够辐射许多电气噪声的LCD是设计中的难点。在选择用于触控系统中的LCD之前,应该与触控传感器提供商进行协商。

  5、系统软件

  触控屏驱动器软件可以来自原厂商(如手机中的嵌入式OS),也可以是后来加装的软件(像在传统PC上加一个触控屏)。该软件应能使触控屏和系统控制器一道工作。它将告诉产品的操作系统如何解析来自触控控制器的触控事件信息。在PC型应用中,绝大多数触控屏驱动器的工作像一个鼠标。这就使得触控屏幕与在屏幕上的同一位置上连续的按鼠标非常相似。在嵌入式系统中,嵌入式控制驱动器必须将出现在屏幕上的信息与接收到触控的位置进行比对。

  三大触控技术

  电阻式触控技术:电阻式触控技术是最常用的触控屏技术。用于高业务流应用,并对屏幕上的水珠和其他残留物具有免疫能力。电阻式触控屏通常是成本最低的解决方案。由于是对压力起反应,可以用手指,带手套的手,触控笔,或者像信用卡这类的其它的物体进行触控。

  表面电容式触控技术:表面电容式触控技术提供的显示清晰度比电阻式触控中通常所用的塑料膜要清晰得多。在表面电容式显示中,位于显示器四个角落的传感器检测由于触控引起的电容变化。这类触控屏可以用手指或其他电容式物体实现触控激励。

  保护性电容式触控:保护性电容式触控是最近才进入市场的一种技术。该技术也能提供优异的透光性,但它还具有一些比表面电容式触控好得多的优点。投影型电容式触控不需要位置校准,并能提供高得多的位置精度。投影型电容式触控还有另外令人激动的地方,那就是它同时能够支持多点触控。

  触控屏工作原理

  为了操作上的方便,人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时,我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏,然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成;触摸检测部件安装在显示器屏幕前面,用于检测用户触摸位置,接受后送触摸屏控制器;而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息,并将它转换成触点坐标,再送给CPU,它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

  电阻式触控屏包括有一个柔性顶层,然后是一层ITO,一个空气隙,然后是另一层ITO.面板有4根线附到ITO层上:"X"层的左右侧各一根,"Y"层的顶端和底端各一根。

  当柔性顶层受压接触到下面一层时检测到触控。触控的位置按如下两步来测量:首先,"X右"被驱动到一个已知电压上,而把"X左"驱动到地,读取来自Y传感器的电压。这样就提供了X坐标。对于另一个坐标轴重复这一过程,即可确定精确的手指位置。

  电阻式触控屏还有5线和8线型。5线型用更耐用的低阻"导体层"来代替最上面的ITO层。而8线面板则通过对面板特性的更好校准来实现更高的分辨率。

  对于电阻式技术来说有几个缺点。柔性顶层只有75%-80%的透光度,而且电阻式触控屏测量过程中也有较多的误差源。如果ITO层不一致,电阻在传感范围将不会线性变化。需要10-12位的测量电压精度,这在很多环境中都是困难的。为了将触控点与下层的LCD图像对准,许多现有的电阻式触控屏都需要周期性的校准。

  反之,投影型电容式触控屏没有活动部件。在LCD和用户之间只有ITO和透光度几乎为100%的玻璃板。投影型电容式传感硬件包括一个玻璃顶层(见图2),下面是一个X传感器阵,一层绝缘玻璃,再下面是位于玻璃基片上的Y传感器阵。面板连接到每一个X和Y传感器,故5 x 6的面板共有11根连线(如下面的图3所示),而10 x 14面板则有24条传感器连线。


 图2:用于“电阻式屏”(左)和“电容式屏”(右)的堆叠层

  当手指或其他传到物体接近屏幕时,在传感器和手指之间产生一个电容。虽然该电容相对于系统中的其他电容比较小(大约是20pF中的0.5pF),但还是可以利用集中技术测量出来的。其中一种技术就是利用赛普拉斯半导体公司被称作为CSD的PSoC器件。它包括快速对电容器充电,然后测量对一个放电电阻的放电时间。

  设计一个投影电容传感器阵列的目的是在同一时间使手指能够与多于一个的X传感器和一个以上的Y传感器发生作用。这是的软件能够通过内插来非常精确地确定手指的具体位置。例如,如果传感器1,2,3感应出的信号强度分别为3,10和7,则手指的中心位置应该位于(1*3+2*10+7*3) / (3+10+7) = 2.2处。
  因为投影型电容面板具有许多个传感器,因此结合其他技术,可以同时检测多个手指。实际上,投影型电容可以同时检测高达10个手指。故可以实现激动人心的一些基于多个手指按压的新应用。试想,你能够在手机上弹钢琴吗?在PDA上用多个手指同时玩游戏又如何?


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