触摸屏工作原理

TP触摸屏由lens（面板）、TP Sensor（接触性传感器）、FPC（柔性线路板）、IC（触控芯片）和其他辅料组成。触摸屏的本质是传感器，它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；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置接收触摸信息，并将它转换成触点坐标送给CPU，同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

触摸屏又分为电阻式和电容式触摸，手机、平板上应用较多的是电容式触摸屏。电容式触摸屏可实现多点触控，操作灵敏，具有不易误触、耐用度高的特点。电容式触摸屏的工作原理是感应到人体的电流即可进行操作，避免了其他物品触碰，在防尘、防水、耐磨等方面表现较好，电容式触摸屏的寿命较长且不需要压力产生信号，直接触摸就可实现。

电阻式触摸屏主要是利用压力感应进行控制。它的构成是显示屏及一块与显示屏紧密贴合的电阻薄膜屏。电阻式触控屏幕在工作时每次只能判断一个触控点，如果触控点在两个以上，就不能做出正确的判断了，所以电阻式触摸屏仅适用于点击、拖拽等一些简单动作的判断。

要分辨触摸屏的性能、质量好坏，则需要对其进行测试，用大电流弹片微针模组进行电流导通和连接，可达到的电流最高有50A，电流传导于同一材料体内，基本不会出现电流衰减的情况，过流和连接都十分稳定。在小pitch领域的测试，大电流弹片微针模组也有着可靠的解决方案，应对的pitch值最小能达到0.15mm，性能稳定，它的平均使用寿命可以达到20w次以上，在好的操作、环境、保养下可以达到50w次，且母座测试良率高达99.8%。

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、 电阻式触摸屏 （电阻式触摸屏工作原理）1．1四线电阻屏 1．2五线电阻屏 2、 电容式触摸屏 、红外线式触摸屏 （红外线式触摸屏工作原理）4、表面声波触摸屏 （表面声波触摸屏工作原理）.3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。
下面是电阻式触摸屏详细介绍，现在所有改装导航所采用的都是四线电阻式触摸屏 )
电阻式触摸屏是一种传感器，它将矩形区域中触摸点(X,Y)的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压。很多LCD模块都采用了电阻式触摸屏，这种屏幕可以用四线、五线、七线或八线来产生屏幕偏置电压，同时读回

　　电阻式触摸屏基本上是薄膜加上玻璃的结构，薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO(Indium Tin Oxides，纳米铟锡金属氧化物)涂层，ITO具有很好的导电性和透明性。当触摸操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO，经由感应器传出相应的电信号，经过转换电路送到处理器，通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现在屏幕上。
　　 触摸屏原理
　　触摸屏包含上下叠合的两个透明层，四线和八线触摸屏由两层具有相同表面电阻的透明阻性材料组成，五线和七线触摸屏由一个阻性层和一个导电层组成，通常还要用一种弹性材料来将两层隔开。当触摸屏表面受到的压力(如通过笔尖或手指进行按压)足够大时，顶层与底层之间会产生接触。所有的电阻式触摸屏都采用分压器原理来产生代表X坐标和Y坐标的电压。如图1，分压器是通过将两个电阻进行串联来实现的。上面的电阻(R1)连接正参考电压(VREF)，下面的电阻(R2)接地。两个电阻连接点处的电压测量值与下面那个电阻的阻值成正比。

　　为了在电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标，需要对一个阻性层进行偏置：将它的一边接VREF，另一边接地。同时，将未偏置的那一层连接到一个ADC的高阻抗输入端。当触摸屏上的压力足够大，使两层之间发生接触时，电阻性表面被分隔为两个电阻。它们的阻值与触摸点到偏置边缘的距离成正比。触摸点与接地边之间的电阻相当于分压器中下面的那个电阻。因此，在未偏置层上测得的电压与触摸点到接地边之间的距离成正比

　　四线触摸屏
　　四线触摸屏包含两个阻性层。其中一层在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线，另一层在屏幕的底部和顶部各有一条水平总线，
。为了在X轴方向进行测量，将左侧总线偏置为0V，右侧总线偏置为VREF。将顶部或底部总线连接到ADC，当顶层和底层相接触时即可作一次测量。 /I="+
　　图1为了在Y轴方向进行测量，将顶部总线偏置为VREF，底部总线偏置为0V。将ADC输入端接左侧总线或右侧总线，当顶层与底层相接触时即可对电压进行测量。图2显示了四线触摸屏在两层相接触时的简化模型。对于四线触摸屏，最理想的连接方法是将偏置为VREF的总线接ADC的正参考输入端，并将设置为0V的总线接ADC的负参考输入端。 sY=$\hj

　　 五线触摸屏
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　　五线触摸屏使用了一个阻性层和一个导电层。导电层有一个触点，通常在其一侧的边缘。阻性层的四个角上各有一个触点。为了在X轴方向进行测量，将左上角和左下角偏置到VREF，右上角和右下角接地。由于左、右角为同一电压，其效果与连接左右侧的总线差不多，类似于四线触摸屏中采用的方法。
　　为了沿Y轴方向进行测量，将左上角和右上角偏置为VREF，左下角和右下角偏置为0V。由于上、下角分别为同一电压，其效果与连接顶部和底部边缘的总线大致相同，类似于在四线触摸屏中采用的方法。这种测量算法的优点在于它使左上角和右下角的电压保持不变；但如果采用栅格坐标，X轴和Y轴需要反向。对于五线触摸屏，最佳的连接方法是将左上角(偏置为VREF)接ADC的正参考输入端，将左下角(偏置为0V)接ADC的负参考输入端。

　　七线触摸屏
　　 七线触摸屏的实现方法除了在左上角和右下角各增加一根线之外，与五线触摸屏相同。执行屏幕测量时，将左上角的一根线连到VREF，另一根线接SAR ADC的正参考端。同时，右下角的一根线接0V，另一根线连接SAR ADC的负参考端。导电层仍用来测量分压器的电压。 :
　　 八线触摸屏
　　除了在每条总线上各增加一根线之外，八线触摸屏的实现方法与四线触摸屏相同。对于VREF总线，将一根线用来连接VREF，另一根线作为SAR ADC的数模转换器的正参考输入。对于0V总线，将一根线用来连接0V，另一根线作为SAR ADC的数模转换器的负参考输入。未偏置层上的四根线中，任何一根都可用来测量分压器的电压。
　　 检测有无接触
　　所有的触摸屏都能检测到是否有触摸发生，其方法是用一个弱上拉电阻将其中一层上拉，而用一个强下拉电阻来将另一层下拉。如果上拉层的测量电压大于某个逻辑阈值，就表明没有触摸，反之则有触摸。这种方法存在的问题在于触摸屏是一个巨大的电容器，此外还可能需要增加触摸屏引线的电容，以便滤除LCD引入的噪声。弱上拉电阻与大电容器相连会使上升时间变长，可能导致检测到虚假的触摸。

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

1、电阻式触摸屏：这种触摸屏利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层涂层、在他们之间有许多细小的（小于1/1000英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，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。控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再根据模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。

电阻式触摸屏是目前技术最成熟的触摸屏技术，价格也最便宜。他能作成小尺寸的，如我们手机、PDA、NDS游戏机上用的触摸屏就是这种触摸屏。

2、电容技术触摸屏：电容技术触摸屏的四边均镀上了狭长的电极，其内部形成一个低电压交流电场。触摸屏上贴有一层透明的薄膜层，它是一种特殊的金属导电物质。当用户触摸电容屏时，用户手指和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指会吸走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出；且理论上流经四个电极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，即可得出接触点位置。

电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更能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。但由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，其稳定性较差，往往会产生漂移现象。

尽管不像电阻式应用那么广, 电容式触摸屏也是受欢迎的供选类型。这类设备精确、反应快，尺寸稍大时也有较高分辨率, 更耐用(抗刮擦), 因而适合用作游戏机的触摸屏。而且，新出现的近场成像技术改良了电容式触摸屏的性能, 减弱了在它和电阻式触摸屏中可能出现的漂移现象。

3、红外线式触摸屏：红外触摸屏的四边排布了红外发射管和红外接收管，它们一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指会挡住经过该位置的横竖两条红外线，控制器通过计算即可判断出触摸点的位置。

红外触摸屏也同样不受电流、电压和静电干扰，适宜于某些恶劣的环境。其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。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。

4、表面声波式触摸屏：表面声波是超声波的一种，它是在介质(例如玻璃或金属等刚性材料)表面浅层传播的机械能量波。通过楔形三角基座（根据表面波的波长严格设计），可以做到定向、小角度的表面声波能量发射。表面声波性能稳定、易于分析，并且在横波传递过程中具有非常尖锐的频率特性，近年来在无损探伤、造影和退波器等应用中发展很快。

这种触摸屏的显示屏四角分别设有超声波发射换能器及接收换能器，能发出一种超声波并覆盖屏幕表面。当手指碰触显示屏时，由于吸收了部分声波能量，使接收波形发生变化，即某一时刻波形有一个衰减缺口，控制器依据衰减的信号即可计算出触摸点位置。

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；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。

表面声波触摸屏易受水滴、灰尘的影响，改进的方法是加防尘条，或者增加对污物的监控，准确识别出有效的操作和污物之间的区别。另外，由于声波屏能感受压力，无形中增加了控制手段，对屏功能的扩展十分有利，其应用范围因此而大大拓展。

电阻式触摸屏利用压力感应进行控制。其主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明的金属氧化物(ITO) 导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防划伤的塑料层(其内表面也涂有一层ITO涂层),在他们之间有许多细小的（大约1/1000英寸）透明间隔点把两层ITO导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，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，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。
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：
① 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。
② 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。
1、五线电阻触摸屏：
五线电阻技术触摸屏的基层把两个方向的电压场通过精密电阻网络都加在玻璃的导电工作面上，我们可以简单的理解为两个方向的电压场分时工作加在同一工作面上、而外层镍金导电层只仅仅用来当作纯导体，有触摸后分时检测内层ITO接触点X和Y轴电压值的方法测得触摸点的位置。五线电阻触摸屏内层ITO需四条引线，外层只作导体仅仅一条，触摸屏的引出线共有5条。
五线电阻触摸屏的另一个专有技术是通过精密的电阻网络来校正内层ITO的线性问题：由于导电镀膜有可能厚薄不均匀而造成电压不均匀分布。
电阻屏性能特点：
① 它们都是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘、水汽和油污
②可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，这是它们比较大的优势
③电阻触摸屏的精度只取决于A/D转换的精度，因此都能轻松达到4096*4096• 比较而言，五线电阻比四线电阻在保证分辨率精度上还要优越，但是成本代价大，因此售价非常高。
五线电阻触摸屏的改进：
首先五线电阻触摸屏的A面是导电玻璃而不是导电涂覆层，导电玻璃的工艺使得A面的寿命得到极大的提高，并且可以提高透光率。
其次五线电阻触摸屏把工作面的任务都交给寿命长的A面，而B面只用来作为导体，并且采用了延展性好、电阻率低的镍金透明导电层，因此，B面的寿命也极大的提高。
五线电阻触摸屏的另一个专有技术是通过精密的电阻网络来校正A面的线性问题：由于工艺工程不可避免的有可能厚薄不均而造成电压场不均匀分布，精密电阻网络在工作时流过绝大部分电流，因此可以补偿工作面有可能的线性失真。
五线电阻触摸屏是目前最好的电阻技术触摸屏，最适合于军事、医疗、工业控制领域使用。
2、四线电阻触摸屏
触摸屏附着在显示器的表面，与显示器相配合使用，如果能测量出触摸点在屏幕上的坐标位置，则可根据显示屏上对应坐标点的显示内容或图符获知触摸者的意图。其中电阻式触摸屏在嵌入式系统中用的较多。电阻触摸屏是一块4层的透明的复合薄膜屏，如图2所示，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层，最上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层，中间是两层金属导电层，分别在基层之上和塑料层内表面，在两导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开。当手指触摸屏幕时，两导电层在触摸点处接触。 触摸屏的两个金属导电层是触摸屏的两个工作面，在每个工作面的两端各涂有一条银胶，称为该工作面的一对电极，若在一个工作面的电极对上施加电压，则在该工作面上就会形成均匀连续的平行电压分布。如图1所示，当在X方向的电极对上施加一确定的电压，而Y方向电极对上不加电压时，在X平行电压场中，触点处的电压值可以在Y+(或Y-)电极上反映出来，通过测量Y+电极对地的电压大小，便可得知触点的X坐标值。同理，当在Y电极对上加电压，而X电极对上不加电压时，通过测量X+电极的电压，便可得知触点的Y坐标。
四线电阻触摸屏的缺陷：
电阻触摸屏的B面要经常被触动，四线电阻触摸屏的B面采用ITO，我们知道，ITO是极薄的氧化金属，在使用过程中，很快就会产生细小的裂纹，而裂纹一旦产生，原流经该处的电流被迫绕裂纹而行，本该均匀分布的电压随之遭到破坏，触摸屏就有了损伤，表现为裂纹处点不准。随着裂纹的加剧和增多，触摸屏慢慢就会失效，因此使用寿命不长是四线电阻触摸屏的主要问题。

触摸屏面板一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制器。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，把接收到信息传送到触摸屏控制器；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。