《智能仪器设计基础》课件 第7章 人机交互接口电路设计2

智能仪器设计基础1第7章人机交互接口电路设计键盘输入·LED/LCD显示·触摸屏输出目录第7章人机交互接口电路设计

7.1键盘与接口 7.1.1按键及接口 7.1.2键盘 7.2LED显示器 7.2.1段码式LED显示器及接口7.2.2点阵式LED及接口

7.3LCD显示器 7.3.1LCD显示器工作原理 7.3.2笔段式LCD显示器接口 7.3.3点阵式LCD显示器接口 7.4触摸屏技术 7.5触摸屏控制器 7.5.1电阻触摸屏控制器 7.5.2电容触摸屏控制器 习题727.3LCD显示器3

液晶显示器（LiquidCrystalDisplay,LCD)是一种用液晶材料制成的显示器。液晶是一类介于固态和液态间的有机化合物，在电场作用下，液晶分子会发生排列上的变化，从而影响入射光束透过液晶产生强度上的变化，所以可以通过电场控制透光强度的明暗改变，达到信息显示的目的。

液晶显示器是电压控制型显示器，具有体积小、重量轻、功耗低的特点。

从原理上分类，液晶显示器分为TN（向列型液晶：TwistNematic）STN（SuperTwistedNematic）TFT（ThinFilmTransistor）三种。7.3LCD显示器4

TN型LCD的液晶分子将入射光旋转90度，STN型超扭转式向列液晶可以将入射光旋转180~270度。它们在可视角、彩色、对比度及动画显示品质上有较大区别。TN型是最基本的一种类型，可视角较小。常见的段码型、字符点阵型是TN型，颜色一般为黑白型。

TFT型是通过TFT控制液晶的电场，从而控制光的透过与关闭，每个像素可以比较小，分辨率可以比较高，可以显示复杂的图形，颜色也比较鲜艳，广泛地应用于手机、电视、电脑等，也越来越多地应用于智能仪器与控制器的显示与控制终端。7.3LCD显示器5

还有一种OLED屏，OLED为OrganicLightEmittingDiode的简写，即有机发光二极管显示屏，具有轻薄，厚度小、响应快的特点，工艺简单，成本低，不足在于寿命比LCD短，不易实现大尺寸量产等，在一些小型的显示面板上有应用。

从显示方式上分类，液晶显示器主要有笔段式、字符点阵式和图形点阵式3种形式。笔段式主要用来显示数字、英文字母或某些字符，字符点阵式主要用来显示字符、数字和符号等，图形点阵式可以显示图形和汉字等复杂信息。

无论哪种显示器，都会通过芯片进行显示控制，从外部看，与微控制器的接口基本类似，包括一些数据端口、控制端口等。7.3.1

LCD显示器工作原理6

LCD利用液晶分子的旋光性和可极化性原理工作，结构上一般包括相互垂直的两个透明偏振板、液晶层、上下电极（透明）等多层结构，电极形状为透明的ITO（氧化铟锡）导电涂层构成的显示图形。透明液晶层位于上下二块偏振板之间。未加电压时，液晶材料存在一种从下到上的旋转排列（这种旋转是由上下二层定向膜固定形成的，TN型旋转90度，STN型旋转超过180度），光线透过下偏转板时变为偏振光，穿过液晶材料后，偏振方向旋转90度，能够从上偏振板穿过，因此整个多层结构是透明的。在液晶层的上下电极施加电压后，在电场作用下，液晶材料因极化而使排列方向发生了变化，无法再使偏振光旋转90度，光线无法通过上偏振板，于是加电场的区域，就不再透明，显示出暗色字符或图案，如图7-18所示。7.3.1

LCD显示器工作原理7

TN-LCD的下偏振板的底面有一个反射层，反射从上面照射下来的散射光，在晚上或没有照明的条件下，无法显示字符，一般会在侧面加背光，可以在照明不足时显示出字符或图案。TN-LCD可以通过电场大小控制液晶的旋转角度，从而使字符有一定灰度，但一般字符型显示，只显示字符，并不需要显示灰度，因此只有显示与不显示二种状态。STN-LCD的液晶材料旋转角度较大，有一些不同的特点，如有较大的视角等。7.3.1

LCD显示器工作原理8

TFT-LCD是点阵式显示器，利用面积极小的薄膜晶体管（TFT）作为电极开关，控制各个像素点电极电压，从而控制液晶材料的偏转，使透过光的强度发生变化，显示具有一定的灰度。对彩色显示器，每个像素点有靠得非常近的三个电极和TFT，在下偏振板的下面不是反射层，而是一个白色面光源。在每个上电极的外面是一个滤色膜，对一个像素点的三个电极透过的光分别进行过滤，显示出三基色红、绿、蓝，从而可以显示彩色图像，TFT-LCD的像素可以做得很小，分辨率可以做得比较高。由于底部面光源的存在，因此没有照明条件下，也可以显示图像。

LCD是电压驱动，电极之间没有电流通过，功耗很低；但液晶本身不发光，往往需要提供背光光源。LCD显示器主要有笔段式、字符点阵式和图形点阵式三种类型。7.3.1

LCD显示器工作原理9

（2）TN-LCD的显示驱动原理

LCD不能通过直流驱动显示，必须是交流驱动。LCD液晶屏的公共端和驱动端都需要加方波信号，利用改变两者的相位来控制对应的像素是否显示，这与LED数码管存在本质区别。没有共阴或者共阳的说法。不能把公共端COM直接接地而通过控制驱动端接高电平来显示。长时间直流驱动会造成液晶屏的永久损坏。

图7-19为液晶驱动电路原理图和控制信号波形图，B为固定频率的方波，A为显示控制信号。LCD的公共电极COM接B，另一个控制电极接AB的异或信号。通过波形时序可以发现，A低电平时，LCD两个电极电压为0，不显示；A高电平时，对B来说异或门作为反相器，LCD两个电极形成交流电，为显示状态。10特点:功耗低，分类：笔段式和点阵式。点阵式分为字符式和图形式。1、笔段式：可以显示数字、部分英文字母

LCD显示器类型7.3.2

笔段式LCD显示器接口11

笔段式LCD的显示可以是动态显示，也可以是静态显示，静态显示需要对每个笔段都能够进行控制，与LED数码管不同，很少有单个字符的LCD或者每个笔段电极都引出的器件，因此几乎没有静态控制，主要是动态控制。

笔段式LCD显示器将若干段液晶显示单元形成要显示的图案，常见是“8”字型状的数码管。在一些仪器仪表面板上会有特定形状的显示图案，如电池电量、音量条等一些固定图案。7.3.2

笔段式LCD显示器接口12

由于需要交流驱动和动态显示，直接用单片机控制，软件比较复杂，因此常用一些集成的LCD驱动芯片实现显示控制。接口比较方便的LCD驱动芯片有HT1623等，可驱动8×48段LCD，有8个位选择引脚和48个段引脚，HT1623是一个内存映射式LCD控制器。内部静态RAM用于存储显示数据，其内容直接映射到LCD上，共有96个4位数据（96×4），由7位地址可以访问每一个4位RAM。2个相邻地址的RAM中的2×4位数据对应COM0-7。该控制芯片为串行接口，只需要4个引脚与微控制器相连，电路设计比较方便。支持蜂鸣器发声、看门狗定时器等。类似芯片还有HT1621（32×4，已停产），HT1625（64×8）等。

7.3.2

笔段式LCD显示器接口13

图7-20为HT1623与微控制器的接口电路，控制器通过串行接口，对内部RAM进行读写从而控制显示内部。CS为片选信号，低电平有效；RD为读信号，WR为写信号。DATA为数据线。RD下降沿时数据锁存到DATA引脚上，可在紧接着下一个上升沿读取到单片机中；WR上升沿DATA引脚的数据锁存到HT1623内。COM0~7为LCD公共端，可以认为是位线；SEG0~47为段线，R1用于调整显示电压。另外的时钟电路及蜂鸣器电路等均未画出。每个芯片可以控制8个、最多48个笔段构成的字符或图形。7.3.2

笔段式LCD显示器接口14

显示内存RAM的结构如图7-21所示。每个显示内存有一个6位地址，主机通过该地址，对内存进行读写。7.3.2

笔段式LCD显示器接口15

对HT1621的控制是通过其内部寄存器的读或写实现的，读、写操作是在CS有效时，由WR和RD上的时钟控制。任何操作都是首先由DATA引脚上给出类型码，然后给出寄存器地址和读写的数据。读模式是读出内部寄存器中的数据，写模式是将数据写入到内部寄存器，读-修改-写模式是将寄存器中的数据读出，然后写另一个数据到同一个寄存器。HT1621有27种命令用于控制显示器的开、关，看门狗的设置、声音的开关、内部时钟的开关等，每个命令为1个字节，命令是DATA上以100开始后的一个字节数据为命令。7.3.2

笔段式LCD显示器接口16HT1621操作时序7.3.3

点阵式LCD显示器接口171.点阵式LCD的特点与分类

点阵式LCD是目前应用最为广泛的LCD显示器，不仅可以显示字符、数字，还可以显示图形、曲线、汉字和图像等。TFT-LCD可以显示彩色图像或视频。

点阵式LCD需要进行行、列控制，需要动态显示。点阵式LCD由于点数比较多，控制比较复杂，因此很少由单片机直接进行点阵的显示控制，都是通过专用的控制芯片进行控制

将控制芯片、辅助电路及液晶屏等，制做成电路模块进行使用，称为液晶显示模块或LCM（LiquidCrystalModule）。LCM就是一种将液晶显示器、集成电路、连接件、背光源，结构件、PCB板等装配在一起构成的组件。

近年来由于手持设备的需求，LCD出现了一种COG液晶屏，特点是轻薄，美观，方便应用。7.3.3

点阵式LCD显示器接口18

点阵式LCD分字符式和图形式，字符式只能显示字符，如数字、英文字符、ASIC码等，字符式典型的代表是LCD1602，能够显示二行5×8的点阵字符。

图形式LCD一般按照列、行点的数量（或称为分辨率）来分类，如128×64点阵称为LCD12864，其分辨率为128×64，还有LCD19264等。对TFT型液晶屏一般按照屏的大小分类如2.2、2.4、3.2、5寸等。图形式LCD的原理也是行列扫描的方式，但由于点数比较多，因此控制比较复杂，通常都由专用的芯片控制。

虽然不同类型的点阵式LCD差别较大，但与微控制器的接口是类似的。点阵式LCD与微控制器的接口有并行接口和串行接口。字符式可以显示：数字、英文字母、简单汉字19点阵字符型

点阵字符式

：LCD1602

2021点阵图形式

，如LCD12864等7.3.3

字符点阵式LCD显示器接口222.点阵式LCD的并行接口以下以常用的LCD1602和LCD12864为例，说明点阵式LCD的并行接口电路。（1）LCD1602的并行接口LCD1602为字符式点阵LCD，虽然是点阵式，但其点阵是以5×8的小块分布的，共有二行，每行有16个小块，每一块可以显示一个字符。如图7-25为LCD1602模块的内部结构及引脚。7.3.3

点阵式LCD显示器接口23LCD1602引脚配置7.3.3

点阵式LCD显示器接口24LCD1602内部集成有字符发生存储器（CGROM）（字库），存储约160个不同的点阵字符图形，包括伯数字、大小写英文字母、常用符号等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把代码41H中的点阵字符图形显示出来，显示出字母“A”。LCD1602的每一个字符位置都有一个编号，第一行为0-0F,第2行为40-4F。在某一位置显示一个字符时，需要在指令中给出显示的位置和字符编码。LCD1602有11条指（表7-4）令，完成对指定位置字符的显示等功能。

7.3.3

点阵式LCD显示器接口25指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H；指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效；指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁；指令5：光标或显示移位S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标；指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示，F:低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符；指令7：字符发生器RAM地址设置；指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据；指令11：读数据

7.3.3

点阵式LCD显示器接口26LCD1602与89C52微控制器的接口电路，这里采用模拟总线的方式连接。总线的方式连接需要外加芯片进行信号转换。7.3.3

点阵式LCD显示器接口27（2）LCD12864的并行接口LCD12864液晶显示模块能显示中文汉字、数字、字符等，能显示16×16点阵的汉字数量为32个（4×8），即4行，每行8个汉字，能显字符个数为64个（4×16）。目前不少LCD12864采用COG封装，其驱动芯片被封装在了玻璃表面的胶粘层中。这里介绍一种利用ST7920作为控制器的LCD2864，这是一种非COG封装的液晶屏。该芯片带有字库，内置8192个中文汉字（16×16的点阵）、128个字符（8×16点阵）、以及64×256图形点阵的显示RAM（GDRAM）。可以串行和并行两种数据通信方式，由PSB引脚选择，如下表7-5所示。

7.3.3

点阵式LCD显示器接口28LCD12864提供了8位、4位并行接口及串行接口可选。图7-27为LCD12864的8位并行接口电路，PSB接高电平，VL通过一个电位器调节LCD对比度。51单片机的P0口连接并行数据引脚DB；P1.0连接RS，控制指令和数据；P1.1连接R/W，控制读写；P1.2链接EN，使能芯片。8位并行接口占用的单片机IO引脚较多，可以选用串行方式通信节约IO引脚，具体方法请读者查阅数据手册等相关资料。图7-20给出了LCD12864与微控制器的并行接口参考电路。

7.3.3

点阵式LCD显示器接口29（3）存储器空间LCD12864的工作原理先要分析存储器空间。LCD12864内常用ST7920作为控制驱动器，其存储器包括DDRAM、HCGROM、CGROM、CGRAM、GDRAM等。DDRAM是LCD的显示存储器，向该存储器中写入字模地址，就会在LCD屏幕上显示出来。DDRAM的地址空间和4行LCD显示屏对应关系如表7-6所示。每个地址两个字节，对应表中H和L，分别对应地址的高字节和低字节，需要分二次写入。其中储存的不是字模，而是字模的地址。汉字的字模储存在CGROM中，每个汉字字模都是16×16的点阵。这样80H~97H地址映射到LCD屏幕上，LCD128×64的点阵就可显示32个汉字（4×8）。GDRAM为图形显示存储器，用于绘图显示。与DDRAM不同，GDRAM写入的数据是字模本身，而非字模的地址。

7.3.3

点阵式LCD显示器接口30对字符显示，DDRAM显示的字符有三种选择，其字模地址分别来自下面三个存储器：（a）HCGROM的半宽字型：半宽字型的字模是16×8的点阵，在HCGROM中的地址是一个字节，范围02H~7FH，对应字型可查芯片手册，一般可显示的字符和ASCII一致。比如要显示“A”，则HCGROM的地址0041H（扩展2字节）写入DDRAM。(b)CGROM中文字型：存储了双字节的汉族字模地址，范围为A1A0H~F7FFH（GB2312码，简体字）或A140H~D75FH（BIG5码，繁体字）。比如要显示“气”字，查找其GB2312码为C6F8H，则表示CGROM的C6F8H的地址存储了“气”的字模，将C6F8H写入DDRAM即可显示。（c）CGRAM自定义字型：RAM的数据掉电不可保持，因此该存储器中不能永久保存字模地址。用户可以将自己需要的字型或图案存储在这个存储器中，但该存储器只有0000H、0002H、0004H、0006H四个字型存储空间，可存储四个16×16的点阵。

7.3.3

点阵式LCD显示器接口31（4）访问时序图7-28和图7-29分别为LCD12864的写、读时序。在写入的时序中，首先确定写入的是数据还是指令，RS拉低为指令，拉高为数据。然后R/W拉低，表示写入。接着能EN拉高，使能芯片，至少保持140ns。然后DB数据线上写入数据，等待一段稳定时间，确保数据有效写入。最后依次撤销EN、DB、R/W、RS等信号，完成写入过程。两次相邻的EN使能需要间隔1200ns以上。读的过程类似，不一样的地方是R/W保持高电平。

7.3.3

点阵式LCD显示器接口32（5）指令LCD12864有基本指令（RE=0）和扩展指令（RE=1）两个指令集。这里只给出基本指令如表7-7所示。

7.3.3

点阵式LCD显示器接口333.点阵式LCD的串行接口多数情况下，LCD显示的速度并不高，不少点阵式LCD具有串行接口。串行接口的点阵式LCD引脚少，可以方便与微控制器连接。串行接口LCD一般为SPI接口，也有I2C接口。SPI有4根线，加上复位信号只需要5个IO口即可。串行接口的LCD类型也较多，尺寸有1.4、2.2、2.4、4.0寸等，分辨率有128×64、320×240、480×320等。有些还带有字库、触摸屏等。以下以ILI9341为驱动器的TFT串行LCD为例说明接口方法，分辨率为320×240，大小有。2.2、2.4、3.2寸等，均为彩色TFT-LCD，不带触摸屏。图7-30给出了一种串行LCD的引脚与功能表。

7.3.3

点阵式LCD显示器接口34如图7-31和图7-32分别给出了串行LCD与89C52和STM32F103的接口。STM32F103具有SPI接口，PB15为SPI2-MOSI，PB13为SPI2-SCK，因此不必占用CPU的时间进行显示。如果没有SPI接口，可以用软件模拟SPI时序，但需要额外占用CPU时间。在设计时尽量使用SPI接口连接。

7.4触摸屏技术35触摸屏(TouchScreen)又称为“触控屏”、“触控面板（TouchPanel）”，是一种可接收手指、触笔等操作而感应信号的输入与显示一体式装置。当触摸屏幕上的图形按钮时，根据预先编写的程序，接收相应的输入信号或指令，完成输入或控制操作等。目前越来越多地应用于各种终端作为输入与显示设备，不少场合可以取代传统的机械式按键、按钮面板等。触摸屏具有界面直观、自然、美观、灵活、不占空间、轻便的特点，还可以手写文字输入等，是目前应用最为广泛的一种人机交互方式。触摸屏广泛应用于手机、平板电脑、服务终端、工业控制终端、医疗设备、仪器仪表等众多领域。触摸屏最早由美国的山姆·赫斯特（SamuelHurst）于1971年发明，是一种简单的电阻式触摸屏。早期主要用于军事设备以及工控计算机、POS机终端等。20世纪90年代末被用于早期的掌上电脑和手机，需要触摸笔，不够灵敏。2000年后，一些手机采用电阻触摸屏代替部分机械式按键，2007年前后出现了电容触摸屏，由于电容触摸屏的优点，应用越来越广泛，但在不少场合，电阻触摸屏也有很多应用。

7.4触摸屏技术36触摸屏由触摸传感器与控制器构成。触摸屏是附加在显示器上的一个感应与处理装置，接受触摸的前面板上有传感器，能够感应触摸点的触摸操作，将触摸点的位置信息转换为电阻、电容或电压的变化。触摸屏控制器将电阻、电容等变化信号，转换为电压信号，进一步转换为数字信号，通过计算得到触摸点的坐标值，并传送给主机，同时接收主机发来的命令，进行相应的处理。实质上触摸屏是一个带有位置检测传感器和微控制器的检测系统，微控制器是集成传感器检测、信号转换和CPU的专用芯片。根据触摸屏的传感器感应原理，可以分为4种类型，分别是电阻式、电容式、红外线式和表面声波式触摸屏，下面介绍它们的工作原理。

7.4触摸屏技术371.电阻式触摸屏电阻式触摸屏的触摸面板实质上是一个传感器，触摸不同位置引起电阻变化，再转化为电压信号，在X、Y二个方向分别进行测量，得到二个电压数值，通过计算转换为触摸位置的坐标值。在物理结构上，电阻式触摸屏是一块与显示器表面紧密配合的多层复合薄膜，它由聚乙烯(PET)制成的柔性顶层和玻璃制成的刚性底层组成。这两层相对面都涂有一种称为氧化铟锡(IndiumTinOxide：ITO，成份为In2O3

•SnO2)的透明的电阻性导电化合物，中间有一层具有很多细小绝缘隔点的隔离层，使两个导电层处于绝缘状态。如图7-33所示，当手指触摸屏幕时，两导电层在触点位置接触，通过检测接触点的阻性导电层的分压，可以计算出X、Y坐标。7.4触摸屏技术38图7-34为四线电阻屏工作原理。触摸在P点，使得上下电极接触导通。首先在顶层水平方向施加电压VIN。一般X+为5V，X-接地。P点与下电极短接，在竖直方向上Y+通过ADC测量电压VOUT，即为水平方向P点的分压。VOUT大小与X坐标成正比，可以得到X的坐标。同样在竖直方向施加电压，水平方向检测，如图7-24（b）所示，可以得到Y的坐标。这就是电阻屏的触摸坐标测量的基本工作原理。上述电阻式触摸屏共有4根引线，因此称为4线电阻触摸屏。4线电阻式触摸屏的缺点是耐用性欠佳，多次的触摸与按压，PET和ITO层会发生变形，导电的均匀性受到影响，造成坐标计算出现偏差，后来出现了一种改进的5线电阻触摸屏。5线电阻触摸屏的导电层也是二层ITO层，但上层（触摸层）ITO附着在透明基板下面，下层ITO层的4个角引出4个电极，连接测量的引出线，上层ITO层只作为导电层接电源电压，这样共有5根导线引出，1根接电源电压，另外4根，分别测量对角的2根线之间的电压，可以计算出触摸位置坐标。上层基板耐用性较强，并且只起导电作用，增加了触摸屏的使用寿命。

7.4触摸屏技术39早期得到应用的主要是电阻式触摸屏，灵敏度高，成本较低，应用广泛。但电阻触摸屏不支持多点触控和滑动操作，触摸时需要一定的压力，使用时间长后，表面磨损，或者上下两层失去弹性而造成接触不良，影响检测精度和使用寿命，电阻触摸屏使用时还经常需要校准操作。随着可多点触控的电容触摸屏的出现，电阻触摸屏的应用有被电容触摸屏取代的趋势，但还有不少场合应用电阻式触摸屏。电阻式触摸屏需要专用的控制器进行检测，主要有4线控制器：ADS7843、ADS7846、TSC2046、XPT2046、AK4182等，它们使用相互兼容，5线控制器：ADS7845等，其使用方法在下节课介绍。

7.4触摸屏技术402.电容式触摸屏电容触摸屏最早于2007年在手机上使用，相比于电阻触摸屏，电容触摸屏可以多点触控，更加方便与高效，因此应用越来越广泛。电容屏利用人体感应进行触点检测，分为表面电容式和投射电容式两种。（1）表面电容式触摸屏（SurfaceCapacitiveTouch）表面电容式触摸屏是一个多层复合结构，最上部为保护层，下面是透明的ITO导电层，第三层为玻璃基板，最内的第四层也是ITO导电层。最内导电层是屏蔽层，起到屏蔽内部电气信号的作用，外层的导电层为工作层，是整个触控屏的关键部分，四个角或四条边上有直接的引线，负责触控点位置的检测。当手指触摸在屏幕上时，由于人体的导电作用，手指和触摸屏表面形成一个耦合电容，由于采用的是高频电流，电容的阻抗较小，于是手指从接触点分流一部分电流。电流流过触摸屏四角上的电极，通过四个电极的电流，与手指到四角的距离成一定的比例关系，控制器将四个电极电流转化为电压，再通过控制器中的ADC转换为数字量，计算得到触摸点的位置坐标。表面电容式触摸屏相当于ITO层为一个极板，手指为另一个极板，构成电容器，结构简单，检测精度高，响应速度快，但无法实现多点触控。

7.4触摸屏技术41（2）投射式电容触摸屏（ProjectedCapacitiveTouch）投射电容式触摸屏是在两层绝缘的ITO导电玻璃涂层上蚀刻垂直交叉的阵列电极图案，如图7-35所示。在一个方向施加高频信号，另一个方向检测。手指没有触摸时，各交叉点检测的信号基本一致。当手指触摸时，就会引起交叉点电容的变化，经由A/D控制器转为数字信号，通过控制器计算处理取得（X，Y）坐标位置，进而达到定位的目地。

7.4触摸屏技术42根据扫描方式不同，可以分为自电容和互电容两种类型。（1）自电容触摸屏分别对X和Y方向扫描，每个电极本身与地之间构成了一个电容，通过检测每个电极自身电容的变化，确定触摸位置坐标。自电容触摸屏在多点触摸时，容易出现虚假的触摸点。（2）互电容触摸屏测量的是行列之间的互电容变化，确定触摸坐标，一个行线发送高频信号，在另一个方向测量。互电容触摸屏能够实现真实的多点检测，速度快，但功耗大，成本高。目前智能手机/平板电脑等触摸屏，都采用互电容测量。电容触摸屏的优点是手感好、无需校准、支持多点触摸、透光性好。缺点是成本较高、精度不很高、抗干扰能力差。另外电容触摸屏对工作环境要求较高，在潮湿、多尘、高低温环境条件下，更容易受到影响。电容触摸屏需要控制器进行驱动和控制，常见的控制器有GT811、FT5206、OTT2001A等。

7.4触摸屏技术433.红外线式触摸屏红外触摸屏是在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边安装红外发射管和红外接收管。图7-36为红外线式触摸屏的工作原理。左侧和底边为红外线发射管，右侧和顶边为红外线接收管。X和Y方向发射管和接收管一一对应。当按住触摸屏时，手指会挡住红外线，后面接收管的无法接收端光信号。根据右侧和顶边没有接收到信号的接收管传感器的位置，可以确定触摸点的坐标。7.4触摸屏技术44红外线式触摸屏的主要优点是价格低廉、安装方便，可以用在各档次的计算机上。它完全透光，不影响显示器的清晰度。而且由于没有电容的充放电过程，响应速度比电容式快。红外触摸屏可用手指、笔或任何可阻挡光线的物体来触摸。红外线触摸屏技术成熟，尤其是对于大尺寸触控一体机，都是选用的红外屏。红外线触摸屏由于发射、接收管排列有限，因此分辨率不高。由于依靠感应红外线工作，当外界光线发生变化，如阳光强弱或室内射灯的开、关均会影响其准确度。由于红外光直线传播，不适于非平面屏应用。7.4触摸屏技术454.表面声波式触摸屏表面声波是一种沿固体表面传播的声波，当物体受到冲击时，产生的声波一部分向物体的纵深方向传播，一部分沿物体表面传播，沿表面传播的声波称为表面声波或声表面波。表面声波容易受到物体表面状态的影响，表面声波触摸屏就是利用这种原理制成的。表面声波触摸屏安装在显示器屏幕的前玻璃屏上，玻璃屏的左上角和右下角各安装一个超声波发射器，右上角则安装两个超声波接收换能器，分别接受X方向和Y方向超声波。玻璃屏的四个周边则刻有呈45°角的反射条纹，如图7-37所示。7.4触摸屏技术46没有触摸时，发射的脉冲信号经过不同的条纹反射后，在接收换能器端接收到的连续的脉冲信号，单个脉冲信号得到达接收器的时间，就代表了X坐标信息。这些连续的脉冲信号叠加在一起，形成一个类似矩形的方波。手指触摸时，玻璃板上竖直向上的超声波脉冲会被吸收掉一部分，反应在接收波形上即某一时刻位置上会有一个衰减缺口。这个衰减缺口的到达时间，就代表了X坐标信息，通过控制器计算处理得到X的坐标。同样的方法，左上角Y轴的超声波发生器工作时，就可得到Y的坐标。表面声波触摸屏对原显示器的清晰度影响很小，对触摸的感知分辨率很高，而且经久耐用。声表面波触摸屏在面积较大时成本较低。超声波的传播对平面的平整度要求不高，可以应用于曲面屏。不足之处是手指和接触笔必须能够吸收声波，容易受到噪声干扰，要求屏幕表面洁净度较好，水渍、污渍都会影响使用效果。7.5触摸屏控制器47触摸屏由触摸传感器与控制器构成，本节介绍触摸屏控制器，主要是应用较为广泛的电阻触摸屏控制器和电容触摸屏控制器。早期的触摸屏以电阻触摸屏为主，其控制器是焊接在PCB板上，然后与触摸屏的导线相连，由于电容触摸屏的检测导线较多，为了轻便，多采用将芯片焊接在柔性电路板上，分辨率较高的电容触摸屏则采用COG封装，与显示器的玻璃粘合在一起，触摸屏控制器一般以串行接口方式与微控制器连接。7.5.1

电阻触摸屏控制器48触摸屏控制器有三个方面作用，一是给触摸传感器提供电压并进行切换，二是对采集到电压进行放大并进行模数转换，三是将转换的数字量传输给主控制器（MCU）。ADS7843是比较典型的一种触摸屏控制器，另外还有类似的ADS7846、TSC2046、XPT2046、AK4182等，以及5线电阻触摸屏控制器ADS7845等。7.5.1

电阻触摸屏控制器49引脚功能如下:1、10：+VCC，电源正极输入。AD7843的+VCC范围从2.2V到5.25V，这两个+VCC引脚应直接连接在一起。2：X+，X+位置输入，ADC输入通道1。3：Y+，Y+位置输入，ADC输入通道2。4：X−，X−位置输入，与X+配对应用。5：Y−，Y−位置输入，与Y+配对应用。6：GND，电源地。7：IN3，辅助输入1，ADC输入通道3。8：IN4，辅助输入2，ADC输入通道4。9：VREF，参考电压输入端，其范围是1.0V至+VCC。11：PENIRQ，触摸中断信号，当有触摸信号时产生低电平，用于主机产生中断处理触摸信号，CMOS逻辑开漏输出，需要10kΩ至100kΩ的外部上拉电阻。（1）ADS7843引脚与基本连接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，具有SPI接口。供电电压2.7～5V，参考电压VREF为1V～+VCC，转换电压的输入范围为0～VREF，最高转换速率为125kHz。7.5.1

电阻触摸屏控制器5012：数据输出端，AD7843的转换结果，以串行数据流的形式通过该端口输出。输出数据在DCLK的下降沿输出，当CS为高电平时，该端为高阻抗状态。13：忙信号输出端，当芯片进行数据转换时为忙（高平），转换结束时输出低电平。当CS为高时，该输出为高阻抗状态。14：DIN，数据输入端，需要写入AD7843控制寄存器的数据通过该端输入，在DCLK的上升沿写入寄存器（参见控制寄存器部分）。15：CS，芯片的片选信号输入端，低电平有效，该输入具有双重功能，既能启动AD7843的转换过程，又能使能串行输入/输出寄存器。16：DCLK，外部时钟输入，DCLK提供串行时钟，用于从该芯片读取数据，该时钟还被用作AD7843转换过程的时钟源。7.5.1

电阻触摸屏控制器51引脚功能如下:1and10:+VCC,PowerSupplyInput.The+VCCrangefortheAD7843isfrom2.2Vto5.25V.Both+VCCpinsshouldbeconnecteddirectlytogether.2:X+,X+PositionInput.ADCInputChannel1.3:Y+,Y+PositionInput.ADCInputChannel2.4:X−,X−PositionInput.5:Y−,Y−PositionInput.6:GND,AnalogGround.GroundreferencepointforallcircuitryontheAD7843.AllanaloginputsignalsandanyexternalreferencesignalshouldbereferredtothisGNDvoltage.7:IN3,AuxiliaryInput1.ADCInputChannel3.8:IN4,AuxiliaryInput2.ADCInputChannel4.（1）ADS7843引脚与基本连接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，具有SPI接口。供电电压2.7～5V，参考电压VREF为1V～+VCC，转换电压的输入范围为0～VREF，最高转换速率为125kHz。7.5.1

电阻触摸屏控制器529:VREF,ReferenceInputfortheAD7843.Anexternalreferencemustbeappliedtothisinput.Thevoltagerangefortheexternalreferenceis1.0Vto+VCC.Forspecifiedperformance,itis2.5V.11:PENIRQ,PenInterrupt.CMOSlogicopen-drainoutput(requires10kΩto100kΩpull-upregisterexternally).12:DOUT,DataOut.LogicOutput.TheconversionresultfromtheAD7843isprovidedonthisoutputasaserialdatastream.ThebitsareclockedoutonthefallingedgeoftheDCLKinput.ThisoutputishighimpedancewhenCSishigh.13:BUSY,BUSYOutput.LogicOutput.ThisoutputishighimpedancewhenCSishigh.14:DIN,DataIn.Logicinput.DatatobewrittentotheAD7843controlregisterisprovidedonthisinputandisclockedintotheregisterontherisingedgeofDCLK(seetheControlRegistersection).15:CS,ChipSelectInput.ActiveLowLogicInput.Thisinputprovidesthedualfunctionofinitiatingc