按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質，我們把觸摸屏分為四種，它們分別為電阻式、電容感應式、紅外線式以及表面聲波式。每一類觸摸屏都有其各自的優缺點，要了解那種觸摸屏適用于那種場合，關鍵就在于要懂得每一類觸摸屏技術的工作原理和特點。下面對上述的各種類型的觸摸屏進行簡要介紹一下：

　　1、 電阻式觸摸屏

　　這種觸摸屏利用壓力感應進行控制。電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬（透明的導電電阻）導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層、它的內表面也涂有一層涂層、在他們之間有許多細小的（小于1/1000英寸）的透明隔離點把兩層導電層隔開絕緣。 當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，電阻發生變化，在X和Y兩個方向上產生信號，然后送觸摸屏控制器。控制器偵測到這一接觸并計算出 （X，Y）的位置，再根據模擬鼠標的方式運作。這就是電阻技術觸摸屏的最基本的原理。 電阻類觸摸屏的關鍵在于材料科技，常用的透明導電涂層材料有：

　　A、ITO，氧化銦，弱導電體，特性是當厚度降到1800個埃（埃=10-10米）以下時會突然變得透明，透光率為80%，再薄下去透光率反而下降，到 300埃厚度時又上升到80%。ITO是所有電阻技術觸摸屏及電容技術觸摸屏都用到的主要材料，實際上電阻和電容技術觸摸屏的工作面就是ITO涂層。

　　B、鎳金涂層，五線電阻觸摸屏的外層導電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是工藝成本較為高昂。鎳金導電層雖然延展性好，但是只能作透明導體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因為它導電率高，而且金屬不易做到厚度非常均勻，不宜作電壓分布層，只能作為探層。

　　1.1四線電阻屏

　　四線電阻模擬量技術的兩層透明金屬層工作時每層均增加5V恒定電壓：一個豎直方向，一個水平方向。總共需四根電纜。 特點：高解析度，高速傳輸反應。 表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學處理。 具有光面及霧面處理。 一次校正，穩定性高，永不漂移。

　　1.2五線電阻屏

　　五線電阻技術觸摸屏的基層把兩個方向的電壓場通過精密電阻網絡都加在玻璃的導電工作面上，我們可以簡單的理解為兩個方向的電壓場分時工作加在同一工作面上，而外層鎳金導電層只僅僅用來當作純導體，有觸摸后分時檢測內層ITO接觸點X軸和Y軸電壓值的方法測得觸摸點的位置。五線電阻觸摸屏內層ITO需四條引線，外層只作導體僅僅一條，觸摸屏得引出線共有5條。 特點：解析度高，高速傳輸反應。 表面硬度高，減少擦傷、刮傷及防化學處理。 同點接觸3000萬次尚可使用。 導電玻璃為基材的介質。 一次校正，穩定性高，永不漂移。 五線電阻觸摸屏有高價位和對環境要求高的缺點

　　1. 3電阻屏的局限

　　不管是四線電阻觸摸屏還是五線電阻觸摸屏，它們都是一種對外界完全隔離的工作環境，不怕灰塵和水汽，它可以用任何物體來觸摸，可以用來寫字畫畫，比較適合工業控制領域及辦公室內有限人的使用。電阻觸摸屏共同的缺點是因為復合薄膜的外層采用塑膠材料，不知道的人太用力或使用銳器觸摸可能劃傷整個觸摸屏而導致報廢。不過，在限度之內，劃傷只會傷及外導電層，外導電層的劃傷對于五線電阻觸摸屏來說沒有關系，而對四線電阻觸摸屏來說是致命的。
ADS7846電阻式觸摸屏電路設計#e#

　　采用ADS7846控制器的電阻式觸摸屏接口電路設計

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　　1 ADS7846的特性

　　1.1 基本特性

　　ADS7846是美國BB公司推出的新一代4線制觸摸屏控制器，他由低導通電阻模擬開關，具有采樣/保持功能的逐次逼近型ADC、異步串行數據接口、溫度傳感器等組成。ADC是ADS7846的核心，其轉換速率可達125 kHz，分辨率可編程為8位或12位。該器件不僅具有X，Y坐標測量功能，還具有電池電壓、芯片溫度、觸摸壓力和外模擬量4種測量功能，其工作方式可由控制字決定，片內的6選1模擬多路開關可根據微控制器送來的命令字選擇6個電壓量之一（X+，Y+，Y-，VBAT，TEMP，AUX-IN），并將其送入 A/D轉換器轉換，然后再通過SPI接口將轉換值送入微控制器。ADS7846還集成有觸摸識別電路，當檢測到有觸摸時，該電路會在引腳輸出一個低電平信號，向微控制器提出測量觸點坐標的中斷請求。該芯片采用單電源供電，工作電壓為2.2～5.25 V，且內部自帶+2.5 V的參考電壓。

　　1.2 引腳功能

　　ADS7846的引腳排列如圖3所示，引腳功能見表1。

　　1.3 控制字

　　ADS7846的控制功能主要是實現觸摸屏電極電壓的切換及觸摸點位置信號的A/D轉換。ADS7846的控制字如下：

　　S：數據傳輸起始標志位。為1表示一個新的控制字節到來;為0則忽略DIN引腳上數據。

　　A2A1A0：通道選擇位。用于控制通道選擇器的輸入，觸摸信號驅動開關及ADC的參考輸入電壓。當A2A1A0=001時，采集Y坐標信號;當A2A1A0=101時，采集X坐標信號。

　　MODE：用來選擇A/D轉換的精度。為1選擇8位精度;為0選擇12位精度。

　　用來選擇參考電壓的輸入模式。1為參考電壓非差動輸入模式;O為參考電壓差動輸入模式。

　　PDl，PD0：低功率模式選擇位。若為11，器件總處于供電狀態;若為OO，器件在兩次變換之間處于低功率模式。

　　1.4 轉換時序

　　ADS7846的轉換時序如圖4所示。一次完整的電極電壓切換和A/D轉換，需要ADS7846和微處理器進行3次串行數據傳送，每次傳送需要8個時鐘周期。

　　第一次傳送由微處理器向ADS7846發送控制字，接下來的兩次傳送是微處理器從ADS7846讀取轉換結果（最后4位自動補O）。由于串口支持雙向同時進行傳送，并且在一次讀數與下一次發控制字之間可以重疊，所以轉換速率可以提高到每次16個時鐘周期。

　　1.5 觸摸坐標計算

　　由于四線電阻觸摸屏中，Y方向位置電壓從下向上逐漸增加，X方向位置電壓從右向左逐漸增加，因此Y，X位置電壓對應的坐標原點在觸摸屏的右下角。為了獲得工程上使用的X，Y坐標值（即將坐標原點移為左下角），應將X位置電壓轉換值求補。另外，X，Y位置電壓轉換值還必須與顯示屏幕的點陣（采用的液晶為 240×160點陣）相對應。因此校正后的X，Y坐標計算公式為：

　　式中：Xmax，Xmin為X位置電壓轉換結果的最大、最小值;Ymax，Ymin為Y位置電壓轉換結果的最大、最小值;Y，X為觸摸點位置電壓的轉換值;x，y為校正后的觸摸點坐標。

　　2 觸摸屏與微機的接口

　　2.1接口電路

　　應用ADS7846實現觸摸屏與單片機80C55的接口電路如圖5所示，觸摸屏的X+，X-，Y+，Y-分別與ADS7846的相應端連接，當控制字中 A2A1-A0=001時，通過片內模擬開關的切換，將X+接電源VCC，X-接地，將Y+與Y-端以差動形式接到A/D轉換器的輸入端，A/D轉換器的結果就是Y位置電壓。類似當控制字中A2A1A0=101時，A/D轉換器的結果就是X位置電壓。單片機與ADS7846間的數據傳送采用串行通信方式時，由于單片機串口方式1～3為異部通信方式，與ADS7846的時序不相配;串口方式0為移存器方式，雖然與ADS7846時序可以配合，但串口數據輸入/輸出使用同一端子RXD（TXD）為同步脈沖輸出端），ADS7846數據輸入/輸出采用不同端子DIN，DOUT。為了實現正確的數據雙向傳送，設計了雙向數據芯片GAL，該芯片的功能是當E=O時，數據傳送方向為Y到A;當E=1時，傳送方向為B到Y。ADS7846的筆中斷信號接P2.4，當信號有效時，單片機發送控制字。ADS7846的忙信號BUSY接P2.6，在BUSY信號的下降沿，單片機接收A/D轉換結果。

　　2.2 接口程序

　　當觸摸觸摸屏時，ADS7846中斷信號有效，單片機檢測到這一有效信號后，先送測量X坐標控制字，并檢測BUSY信號是否有下降沿到來，下降沿到來后，讀X位置電壓;再送測量Y坐標控制字，獲取Y位置電壓。將得到的X，Y位置電壓用式（1）、式（2）進行計算便得到觸摸點的X，Y坐標。軟件流程如圖6所示。

　　2、 電容式觸摸屏

　　2.1電容技術觸摸屏

　　是利用人體的電流感應進行工作的。電容式觸摸屏是是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各涂有一層ITO，最外層是一薄層矽土玻璃保護層，夾層 ITO涂層作為工作面，四個角上引出四個電極，內層ITO為屏蔽層以保證良好的工作環境。 當手指觸摸在金屬層上時，由于人體電場，用戶和觸摸屏表面形成以一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置。

　　2.2電容觸摸屏的缺陷

　　電容觸摸屏的透光率和清晰度優于四線電阻屏，當然還不能和表面聲波屏和五線電阻屏相比。電容屏反光嚴重，而且，電容技術的四層復合觸摸屏對各波長光的透光率不均勻，存在色彩失真的問題，由于光線在各層間的反射，還造成圖像字符的模糊。 電容屏在原理上把人體當作一個電容器元件的一個電極使用，當有導體靠近與夾層ITO工作面之間耦合出足夠量容值的電容時，流走的電流就足夠引起電容屏的誤動作。我們知道，電容值雖然與極間距離成反比，卻與相對面積成正比，并且還與介質的的絕緣系數有關。因此，當較大面積的手掌或手持的導體物靠近電容屏而不是觸摸時就能引起電容屏的誤動作，在潮濕的天氣，這種情況尤為嚴重，手扶住顯示器、手掌靠近顯示器7厘米以內或身體靠近顯示器15厘米以內就能引起電容屏的誤動作。 電容屏的另一個缺點用戴手套的手或手持不導電的物體觸摸時沒有反應，這是因為增加了更為絕緣的介質。 電容屏更主要的缺點是漂移：當環境溫度、濕度改變時，環境電場發生改變時，都會引起電容屏的漂移，造成不準確。例如：開機后顯示器溫度上升會造成漂移：用戶觸摸屏幕的同時另一只手或身體一側靠近顯示器會漂移；電容觸摸屏附近較大的物體搬移后回漂移，你觸摸時如果有人圍過來觀看也會引起漂移；電容屏的漂移原因屬于技術上的先天不足，環境電勢面（包括用戶的身體）雖然與電容觸摸屏離得較遠，卻比手指頭面積大的多，他們直接影響了觸摸位置的測定。此外，理論上許多應該線性的關系實際上卻是非線性，如：體重不同或者手指濕潤程度不同的人吸走的總電流量是不同的，而總電流量的變化和四個分電流量的變化是非線性的關系，電容觸摸屏采用的這種四個角的自定義極坐標系還沒有坐標上的原點，漂移后控制器不能察覺和恢復，而且，4個A/D完成后，由四個分流量的值到觸摸點在直角坐標系上的X、Y坐標值的計算過程復雜。由于沒有原點，電容屏的漂移是累積的，在工作現場也經常需要校準。 電容觸摸屏最外面的矽土保護玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲擊，敲出一個小洞就會傷及夾層ITO，不管是傷及夾層ITO還是安裝運輸過程中傷及內表面ITO層，電容屏就不能正常工作了。

　　基于MeeGo的電容式觸摸屏驅動設計

　　1 Linux輸入子系統

　　Linux輸入子系統（以下簡稱輸入子系統）是基于內核對象kobject實現的，應用于Linux 2.6.35內核中。憑借該機制內核通過輸入子系統向用戶空間輸出設備的各類消息，方便了對設備的管理。輸入子系統由系統核心層、驅動層和事件處理層三部分組成。一個輸入事件如鼠標移動、鍵盤按鍵按下等操作通過驅動層、系統核心層、事件處理層到達用戶空間，傳給應用程序。

　　這樣在設計驅動程序時只需要考慮驅動層的實現就可以了，減少了工作量，降低了設計難度。另外基于子系統的設計提高了驅動程序的可移植性和可適應性，因為基于子系統的驅動程序設計不用考慮向上層報告輸入設備的接口沒計，此工作由輸入子系統來完成，而輸入子系統對上層的接口具有通用性，可以使驅動程序的使用范圍得到擴展。圖2是Linux輸入子系統的框架圖。

　　2 觸摸屏驅動程序設計

　　2.1 觸摸屏驅動工作原理

　　本設計重在提出觸摸屏驅動的整體設計方案，該設計流程也適用于其他觸摸屏驅動設計開發。此設計可以采用SPI總線作為觸摸屏和處理器的接口，硬件連接示意圖如圖3所示。TOUCH SCREEN是電容式觸摸屏，可采用FT5201電容式全屏觸摸芯片，INT是中斷引腳，當觸摸屏被觸摸時，通過INT引腳觸發中斷處理程序，CPU可采用Intel公司的Atom D510處理器。

　　SPI總線是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，以主從方式工作，有4根線分別是SDI（數據輸入）、SDO（數據輸出）、CLK（時鐘）、 CS（片選）。SPI總線為了與外設進行數據交換，其輸出串行同步時鐘相位和極性可以根據外設工作要求進行配置。時鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協議之一進行數據傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）數據被采樣;如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）數據被采樣。時鐘極性（CPOL）對傳輸協議沒有重大的影響，如果CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態為低電平;如果 CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態為高電平。

　　2.2 驅動程序軟件設計

　　依托Linux輸入子系統架構，驅動程序的設計需要完成以下工作。

　　（1）分配、注冊、注銷input設備

　　各個接口函數如下：

　　◆分配函數為struct input_dev*input_allocate_device（void）;

　　◆注冊函數為int input_register_device（struct input_dev*devr）;

　　◆注銷函數為void input_unregister_device（struct input_dev*dev）。

　　（2）設置input設備支持的事件類型

　　通過set_bit（）告訴所支持的事件類型，觸摸屏的事件類型代碼為EV_ABS（0x03）。

　　（3）電容觸摸屏參數設置

　　由input_set_abs_params（）函數完成，代碼如下：

　　input_set_abs_params（input，ABS_X，0，960，0，0）;

　　//屏幕分辨率為960×640

　　Input_set_abs_params（input，ABS_Y，0.640，0，0）;

　　//X坐標范圍0～960

　　Input_set_abs_params（input，ABS_MAJOR，0，255，0，0）;

　　//Y坐標范圍0～640

　　（4）上報輸入事件

　　觸摸屏被觸摸感應時，通過input_report_abs（）函數上報發生的事件及坐標值。

　　2.3 驅動設計的主要函數

　　（1）void spi_init（）函數

　　在該函數中通過spi_register_driver（strcut spi_driver*drv）來注冊觸摸屏SPI接口。

　　（2）Touch_probe（）函數

　　在這個函數中，會對SPI總線的相關參數進行配置，并注冊open（）和close（）函數。調用 input_dev*input_allocate_device（void）進行輸入設備分配;調用 set_bit（EV_ABS，input_evbit）來設置觸摸屏事件;調用input_set_params（）設置坐標范圍及接觸點主軸長度范圍;最后調用input_register_device（struct input_dev*dev）把觸摸屏注冊為輸入子系統設備。

　　（3）觸摸屏中斷注冊及中斷處理函數

　　request_irq（TOUCH IRQ，Touch interrupt，0，“touch”，NULL）為中斷函數注冊，其中Touch_interrupt是中斷處理函數。當觸摸屏有感應時將拉低INT 引腳，此時便觸發中斷處理函數Touch_interrupt。該中斷函數調用intput_report_abs（）將采集到的坐標數據上報給輸入子系統，當為單點觸摸時，上報該觸點;當為多點觸摸時，依次將每個點的坐標上報。這里為了消除抖動帶來的誤操作，在中斷處理程序中啟用了一個定時器 init_timer（），進入中斷后將延時5 ms，然后才對數據讀取。

　　2.4 數據的處理

　　電容式觸摸屏支持多點識別，所以必須要處理好多點數據的采集，為此將采集到的數據放到事先分配好的緩存read_data［］中。該緩存存有觸點的個數以及各個觸點的坐標值，為了保證每一點的準確性和完整性，需要用內核函數input_mt_sync（）進行同步。具體的讀取代碼如下：

　　結語

　　多點觸控技術的使用將成為這個時代的標志。本文基于MecGo平臺，對電容屏的原理及驅動開發進行了詳細的分析討論，并基于Linux輸入子系統的框架開發驅動，減少了驅動開發的工作量，提高了程序的可移植性。在此驅動基礎上，并結合MeeGo提供的多點觸摸界面框架（MeeGo Touch UI Framework，MTF），就可以實現多點觸控的功能。

　3、紅外線式觸摸屏

　　紅外觸摸屏是利用 X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測并定位用戶的觸摸。

??????? 紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發射管和紅外接收管，一一 對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時，手指就會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點在屏幕的位置。任何觸摸物體都可改變觸 點上的紅外線而實現觸摸屏操作。 早期觀念上，紅外觸摸屏存在分辨率低、觸摸方式受限制和易受環境干擾而誤動作等技術上的局限，因而一度淡出過市場。此后第二代紅外屏部分解決了抗光干擾的 問題，第三代和第四代在提升分辨率和穩定性能上亦有所改進，但都沒有在關鍵指標或綜合性能上有質的飛躍。但是，了解觸摸屏技術的人都知道，紅外觸摸屏不受 電流、電壓和靜電干擾，適宜惡劣的環境條件，紅外線技術是觸摸屏產品最終的發展趨勢。采用聲學和其它材料學技術的觸屏都有其難以逾越的屏障，如單一傳感器 的受損、老化，觸摸界面怕受污染、破壞性使用，維護繁雜等等問題。紅外線觸摸屏只要真正實現了高穩定性能和高分辨率，必將替代其它技術產品而成為觸摸屏市 場主流。 過去的紅外觸摸屏的分辨率由框架中的紅外對管數目決定，因此分辨率較低，市場上主要國內產品為32x32、40X32，另外還有說紅外屏對光照環境因素比 較敏感，在光照變化較大時會誤判甚至死機。這些正是國外非紅外觸摸屏的國內代理商銷售宣傳的紅外屏的弱點。而最新的技術第五代紅外屏的分辨率取決于紅外對 管數目、掃描頻率以及差值算法，分辨率已經達到了1000X720，至于說紅外屏在光照條件下不穩定，從第二代紅外觸摸屏開始，就已經較好的克服了抗光干 擾這個弱點。 第五代紅外線觸摸屏是全新一代的智能技術產品，它實現了1000720高分辨率、多層次自調節和自恢復的硬件適應能力和高度智能化的判別識別，可長時間在 各種惡劣環境下任意使用。并且可針對用戶定制擴充功能，如網絡控制、聲感應、人體接近感應、用戶軟件加密保護、紅外數據傳輸等。 原來媒體宣傳的紅外觸摸屏另外一個主要缺點是抗暴性差，其實紅外屏完全可以選用任何客戶認為滿意的防暴玻璃而不會增加太多的成本和影響使用性能，這是其他 的觸摸屏所無法效仿的。

　　基于I2C總線的高分辨率紅外式觸摸屏設計

　　系統工作原理

　 　紅外觸摸屏基本原理是光束阻斷技術，它不需要在原來的顯示器表面覆蓋任何材料，只需在顯示屏幕的四周安放一個框架。框架兩個對邊上，一邊安裝紅外發光二 極管（LED），另一邊安裝紅外線探測器，在顯示屏幕的表面形成一個由紅外線組成的柵格。當有任何物體進入這個柵格的時候，就會阻擋一些光線，光電轉換電 路就會收到變化的信號，由ADC轉換后，MCU將計算的觸摸位置坐標傳遞給操作系統。

　　早期紅外觸摸屏分辨率直接由紅外管對數決定，觸摸 分辨率就等于屏的物理分辨率。如果采用模擬信號處理方式對接收的信號強度進行分級，對于接收的信號，不僅要判斷其是否被阻擋，還要判斷出被阻擋的程度。如 圖1所示，觸摸物的不同位置將導致接收信號的強度差異，因此，觸摸物的位置與接收的紅外信號強度有直接的對應關系，即使觸摸物移動非常小的距離，也會導致 信號強度發生改變，即利用模擬信號的處理方式可以得到極高的分辨率。

　　采用模擬信號處理方式的觸摸屏分辨率主要由紅外管對數和模數轉換精度決定，即觸摸屏分辨率=紅外管對數×單對紅外管能實現的分辨率。觸摸屏坐標由紅外管的物理坐標和觸摸點在相應管中的坐標共同決定。

　　系統結構

　　該系統主要紅外光信號發射電路、光電轉換電路和信號處理電路組成。結構組成框圖如圖2所示。

　　硬件設計

　　紅外發射信號電路設計

　　紅外信號發射電路主要由MAX6966構成，MAX6966是10端口、恒流LED驅動器，能驅動多支紅外發光管，且管子發光強度一致性很好。MAX6966串口外設可為微處理器提供10個額定電壓為7V的I/O端口。

　 　如圖3所示，MAX6966/MAX6967為通用輸入/輸出（GPIO）外設，可提供P0～P9共10個I/O端口，通過高速SPI兼容串口控制。這 10個I/O端口可配置為邏輯輸入、開漏邏輯輸出和恒流吸人的任意組合，無論作為邏輯輸入、開漏邏輯輸出，還是恒流吸入，端口都可承受獨立于 MAX6966或MAX6967電源的7V電壓。配置為恒流吸入的輸出端口，可設為吸入10mA或20mA的恒流。靜態端口電流可為靜態，也可以是占空比 為3/256～254/256的PWM波形，以減小平均電流。

　　端口配置為開漏邏輯輸出時，其吸入電流能力相對較弱，但仍能滿足正常邏輯電平輸出的要求。開漏邏輯輸出通常需要上拉電阻連接到適當的正電源，以提供邏輯高電平參考。弱驅動能力意味著短路電流較低，即使不慎由配置為邏輯輸出的端口驅動LED，也不會對LED造成損壞。

　 　MAX6966應用于紅外發射管驅動電路的另一個極大優勢是它可以采用兩種方式進行多片級聯。一種是多CS連接，并聯DIN、SCLK，并對每個 MAX6966器件提供單獨的CS。另一種是將一個器件的DOUT連到下一個器件的DIN，并聯SCI。K和CS，實現多個MAX6966的菊花鏈連接。

　　紅外接收處理信號電路

　 　考慮到紅外觸摸屏的使用環境和紅外接收管的數量，紅外信號接收電路須滿足體積小、接線簡單、探測靈敏度高、信號穩定易于處理等要求。據此，本文光電轉換 電路設計如圖4所示。這里，場效應管與偏置電阻組成的恒流源為光電三極管提供幾微安至上百微安的電流，調節偏置電阻的阻值可改變。Q點表明了電流源兩端的 等效直流電阻和等效交流電阻是兩條不同斜率的直線。可以看出，交流電阻遠大于直流電阻。利用電流源的直流電阻小、交流電阻大的特點，可將BJT放大管的集 電極負載改為電流源電路。為保證靜態電流方向一致，采用N溝道JFET構成電流源。將NJFET電流源的伏安特性與BJT輸出特性繪在一起，可得圖5。

　 　由圖5可見，過BJT工作點Q的直流負載線斜率由NJFET電流源的等效直流電阻決定，交流負載線的斜率由NJFET電流源的等效交流電阻決定。由于電 流源的交流電阻遠大于直流電阻，所以電壓增益大大提高。這種放大電路稱為有源負載放大器。輸出脈沖電壓信號經過隔直電容后，濾除外界紅外光帶來的直流分 量，經ADS7830轉換后送入MCU處理。

　　ADS7830是采用I2C接口的8位、8通道采樣ADC，支持三種I2C數據傳輸模式。該芯片I2C總線占用的空間非常小，需要的MCU接口少，易于設計。ADS7830接口及外圍連接電路如圖6所示。

　　軟件設計

　　軟件設計主要實現MCU的I2C總線模擬，以及MCU與ADS7830間I2C總線數據的傳送。

　　CPU發出的控制信號分為地址碼和控制量兩部分。地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類。控制量決定該調整的類別，如對比度、亮度，以及需要調整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨立，互不相關。

　 　系統統主程序流程圖如圖7所示。當MCU要讀取ADS7830數據時，先發送讀地址字節，若ADS7830發出應答信號，則應答信號之后為MCU接收的 8位數據為D7～D0。接收結束后，MCU向被控器ADS7830發送一位非應答信號N（保持SDA位為高電平），然后MCU發送結束信號P。

　　結語

　 　本文介紹了基于I2C總線的高分辨率紅外觸摸屏的軟硬件設計及實現方法，整個系統結構簡單，性能穩定。試驗測試中有微小誤差和遮擋距離L只測到 4.5mm，其主要原因是輸出電壓下降到100mV以下時，受外界光干擾及儀器精度的影響，示波器輸出圖像不穩定。采用ADS7830后其轉換數據精度可 大大提高，同時可以考慮對多次轉換值計算平均值，以減小坐標的不穩定。

　　4、表面聲波觸摸屏

　　4.1 表面聲波

　　表面聲波，超聲波的一種，在介質（例如玻璃或金屬等剛性材料）表面淺層傳播的機械能量波。通過楔形三角基座（根據表面波的波長嚴格設計），可以做到定向、小角度的表面聲波能量發射。表面聲波性能穩定、易于分析，并且在橫波傳遞過程中具有非常尖銳的頻率特性，近年來在無損探傷、造影和退波器方向上應用發展很快，表面聲波相關的理論研究、半導體材料、聲導材料、檢測技術等技術都已經相當成熟。 表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發射換能器，右上角則固定了兩個相應的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個周邊則刻有45°角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。

　　4.2 表面聲波觸摸屏工作原理

　　以右下角的X-軸發射換能器為例： 發射換能器把控制器通過觸摸屏電纜送來的電信號轉化為聲波能量向左方表面傳遞，然后由玻璃板下邊的一組精密反射條紋把聲波能量反射成向上的均勻面傳遞，聲波能量經過屏體表面，再由上邊的反射條紋聚成向右的線傳播給X-軸的接收換能器，接收換能器將返回的表面聲波能量變為電信號。 當發射換能器發射一個窄脈沖后，聲波能量歷經不同途徑到達接收換能器，走最右邊的最早到達，走最左邊的最晚到達，早到達的和晚到達的這些聲波能量疊加成一個較寬的波形信號，不難看出，接收信號集合了所有在X軸方向歷經長短不同路徑回歸的聲波能量，它們在Y軸走過的路程是相同的，但在X軸上，最遠的比最近的多走了兩倍X軸最大距離。因此這個波形信號的時間軸反映各原始波形疊加前的位置，也就是X軸坐標。 發射信號與接收信號波形 在沒有觸摸的時候，接收信號的波形與參照波形完全一樣。當手指或其它能夠吸收或阻擋聲波能量的物體觸摸屏幕時，X軸途經手指部位向上走的聲波能量被部分吸收，反應在接收波形上即某一時刻位置上波形有一個衰減缺口。 接收波形對應手指擋住部位信號衰減了一個缺口，計算缺口位置即得觸摸坐標 控制器分析到接收信號的衰減并由缺口的位置判定X坐標。之后Y軸同樣的過程判定出觸摸點的Y坐標。除了一般觸摸屏都能響應的X、Y坐標外，表面聲波觸摸屏還響應第三軸Z軸坐標，也就是能感知用戶觸摸壓力大小值。其原理是由接收信號衰減處的衰減量計算得到。三軸一旦確定，控制器就把它們傳給主機。

　　4.3表面聲波觸摸屏特點

　　清晰度較高，透光率好。高度耐久，抗刮傷性良好（相對于電阻、電容等有表面度膜）。反應靈敏。不受溫度、濕度等環境因素影響，分辨率高，壽命長（維護良好情況下5000萬次）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的圖像質量；沒有漂移，只需安裝時一次校正；有第三軸（即壓力軸）響應，目前在公共場所使用較多。 表面聲波屏需要經常維護，因為灰塵，油污甚至飲料的液體沾污在屏的表面，都會阻塞觸摸屏表面的導波槽，使波不能正常發射，或使波形改變而控制器無法正常識別，從而影響觸摸屏的正常使用，用戶需嚴格注意環境衛生。必須經常擦抹屏的表面以保持屏面的光潔，并定期作一次全面徹底擦除。

　　表面聲波屏

　　聲波屏的三個角分別粘貼著X，Y方向的發射和接收聲波的換能器（換能器：由特殊陶瓷材料制成的，分為發射換能器和接收換能器。是把控制器通過觸摸屏電纜送來的電信號轉化為聲波能和由反射條紋匯聚成的表面聲波能變為電信號。），四個邊刻著反射表面超聲波的反射條紋。當手指或軟性物體觸摸屏幕，部分聲波能量被吸收，于是改變了接收信號，經過控制器的處理得到觸摸的X，Y坐標。

　　四線電阻屏

　　四線電阻屏在表面保護涂層和基層之間覆著兩層透明電導層ITO（ITO：氧化銦，弱導電體，特性是當厚度降到1800個埃（埃=10-10米）以下時會突然變得透明，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時透光率又上升。是所有電阻屏及電容屏的主要材料。），兩層分別對應X，Y軸，它門之間用細微透明絕緣顆粒絕緣，當觸摸時產生的壓力使兩導電層接通，由于電阻值的變化而得到觸摸的X，Y坐標。

　　五線電阻屏

　　五線電阻屏的基層之上覆有把X，Y兩方向的電壓場加在同一層的透明電導層ITO，最外層鎳金導電層（鎳金導電層：五線電阻觸摸屏的外層導電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命。）只用來作純導體，當觸摸時，用分時檢測接觸點X軸和Y軸電壓值的方法測得觸摸點的位置。內層ITO需四條引線，外層一條，共5根引線。

　　電容屏

　　電容屏表面涂有透明電導層ITO，電壓連接到四角，微小直流電散部在屏表面，形成均勻之電場，用手觸屏時，人體作為耦合電容一極，電流從屏四角匯集形成耦合電容另一極，通過控制器計算電流傳到碰觸位置的相對距離得到觸摸的坐標 。

　　紅外屏

　　紅外觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測并定位用戶的觸摸。紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發射管和紅外接收管，一一對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時，手指就會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點在屏幕的位置。任何觸摸物體都可改變觸點上的紅外線而實現觸摸屏操作。

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