触摸屏的工作原理及典型应用 精品.doc

一、课题名称：触摸屏的工作原理及典型应用 二、主要技术指标：1表面声波触摸屏:面声波触摸屏特点清晰度较高，透光率好。 2.高度耐久，抗刮伤性良好(相对于电阻、电容等有表面度膜)。反应灵敏。不受温度、湿度等环境因素影响。 3.分辨率高，寿命长（维护良好情况下5000万次）。 4.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。 三、工作内容和要求： 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）。本文以BB(Burr-Brown)公司生产的芯片ADS7843为例，介绍触摸屏控制的实现。 四、主要参考文献：1. 彭启棕，李玉柏DSP技术成都：电子科技大学出版社， 1997 2. 张芳兰TMS320C2XX用户指南北京：电子工业出版社，1999 3.朱晓强，姚志石.8096/8098单片机原理及应用.上海：复旦大学出版社，1993 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日 设计（题目）触摸屏的工作原理及典型应用一、 选题的背景和意义： 随着使用电脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、 节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的确具有具有相当大的优越性。 触摸屏出现在中国市场上至今只有短短的几年时间，这个新的多媒体设备还没有为许多人接触和了解 ，包括一些正打算使用触摸屏的系统设计师， 还都把触摸屏当作可有可无的设备，从发达国家触摸屏的普及历程和我国多媒体信息业正处在的阶段来看，这种观念还具有一定的普遍性。二、 课题研究的主要内容：由于设计采用平板液晶显示器的触摸屏(LCD)不断增多，触摸屏应用已经发展成为显示器市场的一支生力军。触摸屏技术使界面能够访问计算机的数据库，而不依赖于传统的键盘-鼠标界面。三、 主要研究（设计）方法论述：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）。本文以BB(Burr-Brown)公司生产的芯片ADS7843为例，介绍触摸屏控制的实现。四、设计（）进度安排：时 间工 作 内 容20XX.7.120XX.7.22从相关书刊及网站查看有关信息，搜集资料20XX.7.220XX.7.29对资料进行筛选及修改20XX.7.2920XX.8.7 初步组成20XX.8.720XX.8.22多次经指导老师指点及修整,完成五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日 触摸屏的工作原理及典型应用0.引言随着使用电脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、 节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的确具有相当大的优越性。 触摸屏出现在中国市场上至今只有几年时间，这新的多媒体设备还没有为许多人接触 ，包括一些打算使用触摸屏，从发达国家触摸屏的普及历程和我国多媒体信息业正处在的阶段来看，这种观念还具有一定的普遍性。事实上，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。1.触摸屏的基本原理触摸屏(触摸屏的工作原理)作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。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(触摸屏原理)在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；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(触摸屏的工作原理)还要走入家庭。 随着使用电脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的确具有相当大的优越性。触摸屏(触摸屏原理)出现在中国市场上至今只有短短的几年时间，这个新的多媒体设备还没有为许多人接触和了解，包括一些正打算使用触摸屏的系统设计师，还都把触摸屏当作可有可无的设备，从发达国家触摸屏的普及历程和我国多媒体信息业正处在的阶段来看，这种观念还具有一定的普遍性。事实上，触摸屏(触摸屏的工作原理)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(触摸屏原理)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。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(触摸屏原理)的相关知识，希望这些内容能对大家有所用处。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(触摸屏的工作原理)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。按照触摸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、电容感应式、红外线式以及表面声波式。每一类触摸屏都有其各自的优缺点，要了解那种触摸屏适用于那种场合，关键就在于要懂得每一类触摸屏技术的工作原理和特点。下面对上述的各种类型的触摸屏进行简要介绍一下： 1.1.电容式触摸屏 、红外线式触摸屏1.2.表面声波触摸屏 （表面声波触摸屏工作原理）表面声波触摸屏特点清晰度较高，透光率好。高度耐久，抗刮伤性良好(相对于电阻、电容等有表面度膜)。反应灵敏。不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率高，寿命长（维护良好情况下5000万次）；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，目前在公共场所使用较多。 表面声波屏需要经常维护，因为灰尘，油污甚至饮料的液体沾污在屏的表面，都会阻塞触摸屏表面的导波槽，使波不能正常发射，或使波形改变而控制器无法正常识别，从而影响触摸屏的正常使用，用户需严格注意环境卫生。必须经常擦抹屏的表面以保持屏面的光洁，并定期作一次全面彻底擦除。典型触摸屏的工作部分一般由三部分组成，两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。阻性导体层选用阻性材料，如铟锡氧化物（ITO）涂在衬底上构成，上层衬底用塑料，下层衬底用玻璃。隔离层为粘性绝缘液体材料，如聚脂薄膜。电极选用导电性能极好的材料（如银粉墨）构成，其导电性能大约为ITO的1000倍。触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络，当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标。比如，在顶层的电极(X+,X)上加上电压，则在顶层导体层上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，在底层就可以测得接触点处的电压，再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系，知道该处的X坐标。然后，将电压切换到底层电极（Y+,Y）上，并在顶层测量接触点处的电压，从而知道Y坐标。2. 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）。本文以BB(Burr-Brown)公司生产的芯片ADS7843为例，介绍触摸屏控制的实现。2.1 .ADS7843的基本特性与典型应用ADS7843是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片。供电电压2.75 V，参考电压VREF为1 V+VCC，转换电压的输入范围为0 VREF，最高转换速率为125 kHz。ADS7843的引脚配置如所示。为引脚功能说明，为典型应用。2.2 ADS7843的内部结构及参考电压模式选择ADS7843之所以能实现对触摸屏的控制，是因为其内部结构很容易实现电极电压的切换，并能进行快速A/D转换。所示为其内部结构，A2A0和SER/为控制寄存器中的控制位，用来进行开关切换和参考电压的选择。ADS7843支持两种参考电压输入模式：一种是参考电压固定为VREF，另一种采取差动模式，参考电压来自驱动电极。这两种模式分别采用的差动模式可以消除开关导通压降带来的影响。 2.3 . ADS7843的控制字及数据传输格式ADS7843的控制字，其中S为数据传输起始标志位，该位必为1。A2A0进行通道选择。MODE用来选择A/D转换的精度，1选择8位，0选择12位。SER/选择参考电压的输入模式。PD1、PD0选择省电模式：00省电模式允许，在两次A/D转换之间掉电，且中断允许；01同00，只是不允许中断；10保留；11禁止省电模式。 为了完成一次电极电压切换和A/D转换，需要先通过串口往ADS7843发送控制字，转换完成后再通过串口读出电压转换值。标准的一次转换需要24个时钟周期，由于串口支持双向同时进行传送，并且在一次读数与下一次发控制字之间可以重叠，所以转换速率可以提高到每次16个时钟周期，如果条件允许，CPU可以产生15个CLK的话（比如FPGAs和ASICs）,转换速率还可以提高到每次15个时钟周期，。2.4 .A/D转换时序的程序设计ADS7843的典型应用,假设P接口与51单片机的P1.3P1.7相连，现以一次转换需24个时钟周期为例，介绍A/D转换时序的程序设计。; A/D 接口控制线DCLK BIT P1.3CS BIT P1.4DIN BIT P1.5BUSY BIT P1.6DOUT BIT P1.7; A/D 通道选择命令字和工作寄存器CHX EQU 094H ;通道X+的选择控制字CHY EQU 0D4H;通道Y+的选择控制字CH3 EQU 0A4H CH4 EQU 0E4HAD_CH EQU 35H ;通道选择寄存器AD_RESULTH EQU 36H ;存放12 bit A/D值AD_RESULTL EQU 37H; 存放通道CHX+的A/D值CHXAdResultH EQU 38HCHXAdResultL EQU 39H; 存放通道CHY+的A/D值CHYAdResultH EQU 3AHCHYAdResultL EQU 3BH; 采集通道CHX+的程序段(CHXAD) CHXAD: MOV AD_CH,#CHXLCALL AD_RUNMOV CHXAdResultH,AD_RESULTHMOV CHXAdResultL,AD_RESULTLRET; 采集通道CHY+的程序段(CHYAD) CHYAD: MOV AD_CH,#CHYLCALL AD_RUNMOV CHYAdResultH,AD_RESULTMOV CHYAdResultL,AD_RESULTLRET; A/D转换子程序(AD_RUN); 输入: AD_CH-模式和通道选择命令字; 输出: AD_RESULTH,L ;12 bit的A/D转换值; 使用: R2 ;辅助工作寄存器AD_RUN: CLR CS ; 芯片允许CLR DCLK MOV R2,#8 ;先写8 bit命令字MOV A,AD_CH AD_LOOP: MOV C, ACC.7 MOV DIN,C ;时钟上升沿锁存DINSETB DCLK ;开始发送命令字CLR DCLK ;时钟脉冲，一共24个RL ADJNZ R2,AD_LOOPNOPNOPNOPNOPADW0: JNB BUSY,AD_WAIT ;等待转换完成SJMP ADW1AD_WAIT: LCALL WATCHDOGNOPSJMP ADW0CLR DIN ADW1: MOV R2,#12 ;开始读取12bit结果SETB DCLKCLR DCLKAD_READ: SETB DCLKCLR DCLK ;用时钟的下降沿读取MOV A,AD_RESULTLMOV C,DOUTRLC AMOV AD_RESULTL,AMOV A,AD_RESULTHRLC AMOV AD_RESULTH,ADJNZ R2,AD_READMOV R2,#4 ;最后是没用的4个时钟IGNORE: SETB DCLKCLR DCLKDJNZ R2,IGNORE、SETB CS ;禁止芯片ANL AD_RESULTH,#0FH ;屏蔽高4 bitRETADS7843转换结果为二进制格式。需要说明的是，在进行公式计算时，参考电压在两种输入模式中是不一样的。而且，如果选取8位的转换精度，1LSB=VREF/256，一次转换完成时间可以提前4个时钟周期，此时串口时钟速率也可以提高一倍。3. 触摸屏的发展与应用由于触摸屏比传统的开关和输入设备更简便、美观，越来越多的电子设备开始采用触摸屏产品。目前应用最广泛的还是在消费类电子产品领域，如VCD、DVD操作面板，音响面板，遥控器，防盗门开关，灯具开关，复印机面板，抽油烟机面板等。其次，在工控、查询机领域，大尺寸触摸屏的应用也很普遍，但这部分产品以定制为主。另外在手机、PDA、智能电话等高端产品领域，触摸屏的应用也初露端倪，如Nokia的6600，Motorola的A768和A760等，产品颇受消费者的欢迎.中国大陆本地触摸屏制造业起步较晚，制造商的数量在十几家左右，主要分布在珠三角地区，规模相对不大，所供应的产品也主要集中在中低端领域，其中生产电阻式触摸屏的企业占绝大多数。因此本文将重点介绍本地电阻式触摸屏的供应状况。电阻式触摸屏又可分为数字式和模拟式两种，它们各自的工作原理和应用领域都不大相同。数字式触摸屏在功能上相当于传的按键开关，主要应用在电话机屏幕、VCD/DVD触控面板、空调、抽油烟机等家电产品领域；而模拟式触摸屏执行的主要是手写输入的功能，应用领域主要有手机、PDA、电子词典/书、GPS导航系统以及工控领域等。 广州恒利达电路有限公司专注于生产模拟式电阻触摸屏，产品以四线、五线为主，两种屏的月产量加起来达3万平方米。其中，四线屏主要用来生产8.4寸以下的小屏，月产量在10万片左右；五线屏用于生产8.4寸以上的大屏，月产量可达到2万片左右。另外，该公司还生产高端的六线和八线的触摸屏，但这部分产品目前主要是为台商代工。该公司中国区销售负责人洪湧涛说：目前在国内民营企业中只有我们一家公司能够生产四线、五线、六线、八线全系列电阻式触摸屏，如果将境内的台资厂商计算在内，恒利达的实力可排第四。同时提供数字式和模拟式两种屏的公司主要有、深圳凰泽光电技术有限公司以及深圳深越电子有限公司等。北泰进入触摸屏领域的时间较长，其数字屏的产量占该公司触摸屏总产量的70%，模拟屏占30%。该公司总经理孔雷表示：我们的数字式触摸屏尺寸最大可以做到21寸，模拟屏最大能做到10.4寸。凰泽光电在触控面板领域也有不错的表现，该公司总经理王宇明声称：我们的产品至少占到中国VCD/DVD用触控面板市场40%的份额，同时我们还在为松下公司的数字电视发射机的操作面板提供触摸屏产品。目前凰泽小尺寸的触摸屏产量大约为每天10,000片，大尺寸的产量约为每天5,0006,000片。与这两家公司不同的是，深越电子除了提供数字式、模拟式电阻屏之外，还提供部分声波屏，产品比例分别为80%、15%和5%。该公司总经理毛肖林声称：目前我们数字屏的月产量最大可达到60万片，模拟屏的月产量也在30万片左右，而应用在公众查询系统里的声波屏的月产量为1,0001,500片。从应用的情况来看，70%的触摸屏还是集中在消费电子领域，尤其以数字式触摸屏的应用最为广泛，因为目前VCD/DVD播放机、电话机等消费电子产品对触摸屏的需求最大。王宇明说：从去年开始，VCD和DVD面板市场就对触摸屏显示出强劲的需求。但目前生产的VCD/DVD播放机中，采用数字式触摸屏的还不到10%。估计未来35年内，该领域还将出现更大的需求。深越电子的毛肖林也认为目前需求量较大的还是集中在电话机、DVD播放机、礼品和玩具等消费类电子产品领域，他估计目前带触摸屏的DVD播放机的月出货量在2030万台左右。 除了电话机、VCD/DVD播放机产品外，其它应用领域对触摸屏的需求也开始起步未来的智能网络、信息家电领域将成为触摸屏快速发展的领域，韩国的LG和三星等公司已经推出了一些带触摸屏的冰箱，国内的一些企业也开始在可视电话、中央空调等产品上尝试使用触摸屏，这些领域将会为触摸屏提供非常广阔的发展空间。 整机OEM在产品研发、试销阶段需要触摸屏制造商提供大量的支持，而台资或日资、韩资的触摸屏制造商一般只愿意接大批量的订单，对不确定的需求不愿作太多投入。这就为我们带来了机会。凰泽光电的王宇明说。 但是现阶段数字触摸屏还存在着一些标准问题，无论是触摸屏本身的标准还是其同周边配套器件的接口标准都没有得到规范，这可能会制约其下一步的发展。针对于此今年将重点解决数字屏的标准规范化问题，目前数字屏一般都是按照客户要求定制的，我们希望能够将规格、接口等标准化，降低客户使用的难度，使他们更方便地将触摸屏应用到自己的产品中去.4.高端模拟屏市场进入门槛高 模拟电阻屏主要用在手机、PDA等便携式产品领域，需求潜力可谓巨大。但是这一市场的触摸屏供应几乎被国外厂商所垄断，本地厂商想要进入还存在一定的难度不过，本地触摸屏制造商已经有所行动，并逐渐取得了一些进步。北泰计划针对便携式产品领域推出五线和八线的电阻式触摸屏，计划在今年底开始量产。深越电子的毛肖林也表示：在模拟屏方面，我们已经推出了针对汽车影像系统的触摸屏，同时还正在研发智能手机用的手写板。 触摸屏制造商们还意识到，仅仅向客户提供触摸屏是不够的，还要同其它产品配套，为客户提供整体的解决方案。恒利达的洪湧涛对此深有体会，他表示之前该公司只提供触摸屏产品，客户购买了触摸屏之后还要去市场上找控制器，而现在恒利达将触摸屏和控制器相配套，为客户提供整体的解决方案，从而节省了客户的时间，迎合了一些手机厂商的需求.四线电阻屏最大的弱点就是怕刮花，产品一旦刮花就会作废，基于这方面的考量，恒利达与一家日本厂商合作，共同推出了一种应用在手机和PDA等领域的触摸屏保护膜。该保护膜可直接贴在触摸屏的表面，具有防刮、防辐射的功能，还可使手写输入变得更顺畅。目前这种产品已经开始供给中国本地的手机OEM。 尽管技术进步促使本地产触摸屏的品质不断提高，但认知度低阻碍了本地供应商的产品推广。很多整机厂商对触摸屏不了解，不知道怎么将触摸屏应用到自己的产品中去，这为我们在培育市场和推广方面带来一些困难。因此，我们今年不仅要向客户提供触摸屏产品，还要提供相应的接口、软件以及培训。 对于未来的技术发展趋势时.目前本地厂商在四线、五线电阻屏方面投入的开发将会越来越少，技术上的创新也主要体现在软件上的创新、以及软件如何与硬件、操作系统相结合等方面上。并且，电磁感应技术也将会应用在触摸屏产品中，来增强平板电脑对手写输入的识别。 今后五线屏将会逐渐替代四线屏，同时屏幕的种类也将由电阻屏的主导地位向多种类触摸屏方向发展。而王宇明认为模拟屏将向全塑料方向发展，这方面国外厂商已经开始有所行动。比如，日本富士公司前不久针对移动电话、PDA等移动设备领域推出了一种超级轻薄且具有柔韧性和坚韧性的触摸屏，其底层采用了橡胶材料，取代了传统的玻璃材料，可以使触感板更经久耐用，并且扩展了触摸屏的工作温度范围。在本次调查中，我们看到了本地触摸屏厂商的成长与发展，同时我们也深切体会到他们所面临的困难：市场竞争激烈，行业不规范，产品缺乏标准，客户对本地供应商以及其产品的误解与不信任，似乎他们承受的已经太多。 由于触摸屏行业较小，供应商的数量有限，行业内缺乏具体的规范和标准。因此，中国本地的供应商多以国际领先厂商的产品指标作为参考，来比较自身产品的水平。北泰科技的总经理孔雷说：中国目前缺乏触摸屏的行业标准，技术指标、规格、接口等都没有实现标准化，客户没有评判产品优劣的标准，尺寸规格上也没有标准。除了标准之外，行业内不规范的竞争也令众厂商感到头痛，恒利达中国区销售负责人洪湧涛指出一些LCD制造商用剩下来的边角料制作小尺寸数字式触摸屏，这样很难保证产品的质量，同时价格又做的很低，扰乱了整个供应市场。客户们会因此经常质疑正规厂商的产品价格。 不规范竞争势必会导致在供应商在原材料方面的牺牲，进而会影响产品的质量，对整个市场的发展非常不利，甚至会影响客户对触摸屏产品以及国内供应商的不信任。以电话机产品为例，因为一些低劣产品使电话机生产厂家对触摸屏这个产品大失所望，认为触摸屏可用性差，价格高，其实是他们没有用到好的产品。而并不是