1、浅谈触摸屏的工作原理及典型应用电 子 科 技 大 学毕 业 设 计（论 文）论文题目：浅谈触摸屏的工作原理及典型应用教学中心： 电子科技大学网络教育XX学习中心 指导老师：田丰职 称：讲 师学生XX：李鹏学 号: V专 业：机械电子工程 电子科技大学继续教育学院制网络教育学院2011年05月15日电 子 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书题目：浅谈触摸屏的工作原理及典型应用任务与要求：了解触摸屏的基本结构及工作原理。要求写作内容鲜明，严格围绕题目述写，逻辑性思维要强，内容理论联系实际，涉及他人观点，对本设计有全面的论证。设计原理、计算、电路和本产品设计独特的优势，要有个全面阐述清楚。格式要严
2、格按照学校规定排序。如有不熟悉的知识点，向指导老师请教。时间： 2011年2月25 日 至 2011年 5月 15日 共10周 办学单位：电子科技大学网络教育XX学习中心学生XX： 李鹏 学 号： V专业： 机械电子工程 指导单位或教研室： XX科创职业学院指导教师： 田丰职 称： 讲师电子科技大学继续教育学院制网络教育学院2011年2月25日毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字2月25日至2月28日选题3月1日至3月15日论文提纲写作3月16日至3月31日初稿写作4月1日至 4月20日二稿写作4月21日至5月15日定稿并上交论文的电子文档5月16日至5月
3、25日做好论文答辩准备教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。电子科技大学毕业设计(论文)中期检查记录表学生填写毕业设计(论文)题目:浅谈触摸屏的工作原理及典型应用学生XX:李鹏学号：V专业：机械电子工程层次: 专升本教学中心名称: 电子科技大学网络教育XX学习中心指导教师XX及职称: 田丰 讲师教师指导毕业设计(论文)时间及地点:电子科技大学网络教育XX学习中心检查教师填写毕业设计(论文)题目工作量饱满一般不够毕业设计(论文)题目难度大适中不够毕业设计(论文)题目涉及知识点丰富比较丰富较少毕业设计(论文)题目价值很有价值一般价值不大学生是否按计划进度独
4、立完成工作任务学生毕业设计(论文)工作进度填写情况学生出勤情况及出勤的考核办法学生与指导教师见面接受指导次数5次学生工作态度认真一般较差教师毕业设计(论文)指导日志是否齐全其他检查内容：存在问题及采取措施:检查教师签字: 年 月 日教学中心意见:学院审核意见(加盖公章):年 月 日 年 月 日摘 要随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的而且又适用于中国多媒体信息查询国情的输入设备，触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地指碰计算机显示屏上的图符或文字就
5、能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术极大方便了那些不懂电脑操作的用户。这种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用X围非常广阔，主要有公共信息的查询，如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外还可广泛应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等，将来，触摸屏还要走入家庭。随着城市向信息化方向发展和电脑网络在日常生活中的渗透，信息查询都会以触摸屏显示内容可触摸的形式出现。本文提供一些有关触摸屏的相关基础技术知识，希望这些内容能对广大用户有所用处。 关键词：触摸屏
6、嵌入式系统 ADS7843AbstractWith the growing of multimedia information query, more and more people talked about touch screen, because touch screen as a kind of the latest puter input device, it is currently the most simple, convenient and natural and are applicable to the situation of multimedia informatio
7、n input device, touch screen with durable and reaction speed, save a space, easy munication and many other advantages. Using this technique, our users as long as fingers lightly refers to touch on the puter screen operators or text can figure realize to host operation so that the human-puter interac
8、tion more straightforward, and the technology greatly convenient that dont understand puter users. This kind of man-machine interactive way. It gives the multimedia with a brand new look, is intriguing new multimedia interactive devices. Touch screen application in our country range is very wide, ba
9、sically have public information query, such as telemunication bureau, tax bureau, bank, electric power industries business query; The city streets and information query; Also can be widely applied in leadership office, industrial control, military mand, electronic games, the song order, the multimed
10、ia teaching, real estate etc, in the future, touch screen booking will walk into family. With city towards informational development and puter network in daily life, information query will penetrate with touch screen - showed the form of content may touch. This article provides some based on the rel
11、ated technical knowledge touch screen and I hope the content of the masses of users can have use. KEYWORDSTouch ScreenEmbedded Systems ADS7843第一章 绪言随着多媒体信息查询的与日俱增,人们越来越多地谈到触摸屏,因为触摸屏作为一种最新的电脑输入设备,它是目前最简单、方便、自然的而且又适用于中国多媒体信息查询国情的输入设备，触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注。它的简单易用，强大的功能
12、及优异的稳定性使它非常适合于工业环境，甚至可以用于日常生活之中，应用非常广泛，比如：自动化停车设备、自动洗衣机、天车升降控制、生产线监控等，甚至可以用于智能大厦管理、会议室声光控制、温度调整利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地指碰计算机显示器上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术极大方便了那些不懂电脑操作的用户。这种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用X围非常广阔，主要有公共信息的查询，如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外，还可以广泛应用于领导办公、工业控制、军事指挥、
13、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等，将来，触摸屏还要走入家庭。随着城市向信息化方向发展和电脑网络在日常生活中的渗透，信息查询都会以触摸屏屏-显示内容可触摸的形式出现。本文提供一些有关触摸屏的相关基础技术知识，希望这些内容能对广大用户有所用处。触控技术可以将这些应用改进为采用几项现有触控技术之一的计算机。触摸屏是用户和计算机之间实现互动的最简单、最直接的方式。尽管触摸屏技术相对较新（有两家大型触摸屏制造商声称在 70 年代开始运营），但是用户和触摸屏交互的基本方式已非常久远：你的手会伸向你想要的东西。这几乎是所有儿童和成人的本能。各行各业的公司都已成功地将触摸屏的效用发挥到各自的应用中
14、。航空公司使用它来模拟机舱、训练飞行员驾驶飞机；房地产公司通过它使购房者能够在弹指之间观看商品房的全彩图像；贺卡公司使用它来让客户创建自己的个性化卡片；餐馆饭店使用它来简化店内的 POS 终端；医科学校使用它来教导护士学员如何应对危机状况。触摸屏的这5个基本种类是：电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏,表面声波技术触摸屏、红外线扫描技术触摸屏、矢量压力传感技术触摸屏。这是从技术原理上对触摸屏的分类，矢量压力传感技术触摸屏己退出历史舞台；电容触摸屏曾在国内风行过一段时间，但由于技术原理上难以解决漂移的问题，在国内也曾遇到了销售困难。每一类触摸屏都有其各自的优缺点，而用户也知道不可能所有的应用场合都是某
15、一类触摸屏最适合。要想挑选最适合的，关键就要了解每一类触摸屏技术的工作原理和特点。第二章触摸屏的主要类型及其基本原理从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台。触摸屏红外线价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容触摸屏设计理论好，但其图象失真问题很难得到根本解决；电阻屏的定位准确，但其价格颇高，且怕刮易损。表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰抗暴，适于各种场合，缺憾的是触摸屏表面的水滴、尘土会使触摸屏变的迟钝，甚至不工作。按照触摸
16、屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、红外线式、电容感应式以及表面声波式，下面就对上述的各种类型的触摸屏进行简要介绍 。第一节 电阻式触摸屏电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层（OTI，氧化铟），上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层OTI，在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。当手指接触屏幕，两层OTI导电层出现一个接触点，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接
17、通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比，即可得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是电阻技术触摸屏共同的最基本原理。电阻屏根据引出线数多少，分为四线、五线等多线电阻触摸屏。五线电阻触摸屏的A面是导电玻璃而不是导电涂覆层，导电玻璃的工艺使其的寿命得到极大的提高，并且可以提高透光率。 电阻式触摸屏的OTI涂层比较薄且容易脆断，涂得太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度，OTI外虽多加了一层薄塑料保护层，但依然容易被锐利物件所破坏；且由于经常被触动，表层OTI使用一定时间后会出现细小裂纹，甚至变型，如其中一点的外层OTI受破坏而断裂，便失去作为导电体的作用，触摸屏的寿命并不长久。但电
18、阻式触摸屏不受尘埃、水、污物影响。 图2-1 电阻式触摸屏这种触摸屏利用压力感应进行控制。它用两层高透明的导电层组成触摸屏，两层之间距离仅为2.5微米。当手指按在触摸屏上时，该处两层导电层接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。这种触摸屏能在恶劣环境下工作，但手感和透光性较差，适合配带手套和不能用手直接触控的场合。电阻类触摸屏的关键在于材料科技，常用的透明导电涂层材料有： A、ITO，氧化铟，弱导电体，特性是当厚度降到1800个埃（埃10-10米）以下时会突然变得透明，透光率为80，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度时又上升到80。ITO是所有电阻技术触摸屏及电
19、容技术触摸屏都用到的主要材料，实际上电阻和电容技术触摸屏的工作面就是ITO涂层。 B、镍金涂层，五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料，外导电层由于频繁触摸，使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命，但是工艺成本较为高昂。镍金导电层虽然延展性好，但是只能作透明导体，不适合作为电阻触摸屏的工作面，因为它导电率高，而且金属不易做到厚度非常均匀，不宜作电压分布层，只能作为探层。 第二节 电容式触摸屏 电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。 电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形
20、成一个低电压交流电场。用户触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。 图2-2 电容式触摸屏电容式触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，触点的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。由于电容随温度、湿度或接
21、地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。该种触摸屏适用于系统开发的调试阶段。 第三节 红外线式触摸屏该触摸屏由装在触摸屏外框上的红外线发射与接收感测元件构成，在屏摸屏表面上，形成红外线探测网，任何触摸物体可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，适宜某些恶劣的环境条件。其主要优点是价格低廉、安装方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各档次的计算机上。此外，由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。图2-3 红外线式触摸屏红外线触摸屏原理很简单，只是在显示器上加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点距架框的四边排列
22、了红外线发射管及接收管，在屏幕表面形成一个红外线网。用户以手指触摸屏幕某一点，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，计算机便可即时算出触摸点位置。因为红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，所以适宜某些恶劣的环境条件。其主要优点是价格低廉、安装方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各档次的计算机上。不过，由于只是在普通屏幕增加了框架，在使用过程中架框四周的红外线发射管及接收管很容易损坏。第四节 表面声波触摸屏表面声波是一种沿介质表面传播的机械波。该种触摸屏由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接受器组成，其中声波发生器能发送一种高频声波跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标
23、位置。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率极高，有极好的防刮性，寿命长（5000万次无故障）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的图像质量；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴（即压力轴）响应，最适合公共场所使用。表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板，安装在CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，区别于其它触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。
24、图2-4 表面声波触摸屏第三章触摸屏三个基本技术特性透明性能触摸屏是由多层的复合薄膜构成，透明性能的好坏直接影响到触摸屏的视觉效果。衡量触摸屏透明性能不仅要从它的视觉效果来衡量，还应该包括透明度、色彩失真度、反光性和清晰度这四个特性。绝对坐标系统我们传统的鼠标是一种相对定位系统，只和前一次鼠标的位置坐标有关。而触摸屏则是一种绝对坐标系统，要选哪就直接点哪，与相对定位系统有着本质的区别。绝对坐标系统的特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系，每次触摸的数据通过校准转为屏幕上的坐标，不管在什么情况下，触摸屏这套坐标在同一点的输出数据是稳定的。不过由于技术原理的原因，并不能保证同一点触摸每一次采
25、样数据相同的，不能保证绝对坐标定位，点不准，这就是触摸屏最怕的问题：漂移。对于性能质量好的触摸屏来说，漂移的情况出现的并不是很严重。检测与定位各种触摸屏技术都是依靠传感器来工作的，甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。几种常用触摸屏的特性比较表见下列汇总表3-1表3-1 触摸屏特性比较表类别特性红外线式触摸屏电阻式触摸 屏表面声波触摸屏电容式触摸屏清晰度一般较好很好较差透光率100%75%92%85%分辨率40*324096*40964096*40961024*1024响应速度50300ms10ms10ms1524ms防
26、刮擦好一般非常好一般漂移无无无有防尘不能挡住透光部不怕不怕不怕寿命红外管寿命大于3500万次大于5000万次大于2000万次价格低中高中第四章触摸屏的控制实现现在很多PDA应用中，将触摸屏作为一个输入设备，对触摸屏的控制也有专门的芯片。很显然，触摸屏的控制芯片要完成两件事情：其一，是完成电极电压的切换；其二，是采集接触点处的电压值（即A/D）。第一节 触摸屏控制电路的硬件结构触摸屏控制电路的硬件结构 触摸屏控制电路主要有一下四部分组成：进行数据处理、控制功能的MCU，一个四线电阻式触摸屏和控制芯片ADS7846, 以及显示触摸点坐标的显示部分。ADS7846是美国TI公司推出的一款四线制电阻式
27、触摸屏控制器，通过机械式触摸，可以迅速得到触摸点位置信号。它是一种典型的带有连续逼近型寄存器的A/D转换器，内部自带2.5V参考电压，一个和微处理器相连的SPI接口，同时具有测量温度、触摸压力和电池电压的功能，有可编程 的8位或12位的分辨率。在2.7V电压和125kHz的转换速率下， 功耗仅为750uW，在 power down 模式下仅为0.5uW。由于这些优良的性能，在移动设备中有大量的应用。工作原理：当ADS7846检测到触摸屏被按下时，它就会产生一个中断信号（PENIRQ为低电平）给MCU，MCU选中ADS7846控制器（CS为低），然后通过串行口DIN向ADS7846发送8位控制字
28、，此后DOUT在DCLK的下降沿得到12位的输出。图4-1为ADS7846的典型连接。图4-1 ADS7846的典型连接第二节 Nucleus下ADS7846的驱动设计Nucleus 是一款优秀的嵌入式实时操作系统（RTOS），具有抢占式和时间片轮转任务调度方式，主要用在时间苛刻的嵌入式应用当中。大约95的Nucleus用ANSI C 写成，作为一个库加载到应用代码当中。目前手机行业有很多使用Nucleus。 驱动设计的目的是将触摸坐标即时的转换为显示坐标，直接在LCD屏上显示出来，然后经过输入识别软件的处理（例如汉王的识别软件），识别出输入的字符，汉字等。 当触摸屏按下时，会产生一个中断，应
29、当为ADS7846配置一个中断。在Nucleus下，中断分两种，Low level 中断（Lisr）和High level 中断（Hisr），一般的中断服务程序在Hisr当中处理。一个较为复杂的，多任务嵌入式系统当中，中断服务程序（优先级比普通任务的优先级高）不能占用太多的时间，否则可能会导致其他任务不能及时得到响应。例如在触摸屏中断服务程序的处理，在较坏的情况下，触摸屏可能一直被按下去，其Hisr就会占用很多的资源，导致别的任务（例如一个手机应用当中，可能导致接受的任务不能处理，而这是不能让人接受的，不能想象当你写短信时不能接受的情况，）所以当中断服务程序需要占用CPU较多的处理时间时，一般
30、要在另外激活一个任务，由任务调度机制来处理和系统中其他任务的关系，实践证明，这种处理方法是较好的处理方法。这里不打算对怎么创建一个Lisr,Hisr和激活一个任务做太多的介绍，详细可以看Nucleus的文档。重点介绍ADS7846的驱动程序的处理和如何将所得数据在LCD上正确显示出来。 ADS7846在计算触摸坐标时有两种方式，single ended模式和difference 模式。Single ended模式利用ADS7846内部参考电压或者外部参考电压，得出的结果是一个电压的AD结果。 Difference 不需要内部或者外部的参考电压，这种模式得出的结果是触摸点在触摸屏位置上的百分比。
31、这种模式可以消除参考电压波动对换算结果的影响。第五章触摸产品技术展望无论你是在商场购物，还是在银行存取款，触摸式的自动服务器为你提供了方便快捷的服务，这就是我们所说的触摸屏。可在几年前，这一新东西还非常少见，在业内也没有触摸行业的说法。经过多年来的发展，触摸屏的功能已从原先简单的查询导览发展成为集团业务查询上网于为一体的触摸查询一体机，应用领域也从最初的邮电、商场到遍布各个行业众多领域。犹如PC从286、386发展到奔腾机一样，触摸屏经历了从低档向高档发展的历程。从红外屏、四线电阻屏到电容屏，现在又发展到表面声波触摸屏、五线电阻触摸屏，性能越来越可靠，技术越来越先进。而且随着各行业应用特点的不同，以前被忽视了的
