技术干货 | 触摸屏技术的实现原理

技术干货 | 触摸屏技术的实现原理千家智客 2020-07-02 16:20:07

在过去的20年中，触摸屏技术(无论电阻式或电容式)一直占据着界面市场的主导地位。是什么让它们发挥作用呢？一个主要因素是触摸屏控制器。

尽管触摸屏才问世近二十年，但它已经改变了用户与硬件交互的方式。它的主要优点之一是允许设计人员创建完全自定义的GUI，否则将花费大量的自定义硬件。但是，触摸屏只需要更新固件即可显示新的图像选项。

尽管触摸屏本身可能很昂贵，但它是一项理想的技术，因为它可以集成到几乎所有项目中，并且一旦安装，它就可以接受对其操作的更改。因此，触摸屏已成为主要的交互界面介质，已在智能手机、平板电脑、汽车甚至销售系统中实现广泛应用。

我们可以用来了解触摸屏技术的一个示例是Microchip最新发布的触摸屏控制器maXTouch产品组合。

MXT288UD触摸控制器系列 Image (modified) used courtesy of Microchip

据说，该产品组合将带给工程师业界最小的汽车级触摸屏控制器。触摸屏技术到底如何工作?以及来自Microchip的触摸屏控制器如何发挥作用?

触摸屏技术

Cypress Perform称，触摸屏技术的类型多种多样，但最常见的两种，即电阻或电容触摸屏。

电阻式触摸屏

电阻式触摸屏使用由气隙分隔的两层，每层都有成排的电极。

电阻式触摸屏结构的外观 Image used courtesy of Texas Instruments

将这两行设置为彼此垂直，并且当将屏幕推到特定位置时，顶层的电极将被推动并与第二层上的电极接触。从那里，简单的解码器可以确定推送的位置。

电容式触摸屏

第二种技术类型是电容式触摸屏，它本身分为两种主要类型：表面式和投射式。

表面电容式触摸屏使用单个绝缘层，其背面涂有导电材料。屏幕的每个角都连接到传感器，并且当手指接触绝缘层的顶侧时，它会触发屏幕上的电容变化。四个侧面均进行电容测量，这四个传感器的组合提供位置读数。

电阻屏(左)和电容屏(右)堆叠层 Image used courtesy of Cypress Perform

在投射电容式触摸屏中，绝缘层或者具有蚀刻到背面的导电网格图案，或者具有两个单独的层，每个层具有彼此叠置的电极行。当导电物体(例如手指)与顶部绝缘层接触时，两个导电层之间的电容会发生变化，这可以用来确定触摸的位置。

但是，投射电容比表面电容触摸屏具有优势，因为它能够同时记录多个触摸。这允许进行复杂的手势，例如缩放、平移和滑动。有关电容式触摸屏技术的更多信息，请查看Robert Keim关于实现电容式触摸感应的电路和技术的技术文章 ： circuits and techniques for implementing capacitive touch sensing 。

电阻技术比电容系统便宜，但是由于其分辨率低和对硬屏幕压力的要求，电容系统现在是主要技术。

触摸屏控制器

触摸屏本身只是解决方案的一半。触摸屏控制器的重要性也不可低估。

尽管用户可以使用简单的数字输出更轻松地与电阻式屏幕进行交互，但电容式屏幕需要特殊的充电/放电周期才能确定屏幕上每个位置的电容。当触摸屏具有多点触摸功能时，这就变得更加复杂，并且控制器需要能够识别这些不同的触摸。

对于处理器来说，处理触摸事件可能是一项复杂的任务，这就是为什么许多触摸屏控制器还实现按键的原因。按键是屏幕上的特定区域，按下该按钮后，控制器将向主机系统发送一条消息，指示已按下“虚拟按钮”。

从那里开始，控制器不需要仅通过按钮位置来映射当前触摸位置，而只需要询问是否按下了特定区域(即按钮)即可。

最新案例：“行业最小”的汽车触摸屏控制器

为了继续开发触摸屏系统，Microchip宣布了其最新的触摸屏控制器系列maXTouch系列，旨在为设计人员提供“业界最小的汽车应用触摸屏控制器”。

这两款设备MXT288UD-AM和MXT144UD-AM即使在戴手套的情况下也能提供低功率模式、防风雨操作和多点触摸检测。这使得在诸如汽车、摩托车和电动自行车等应用中使用触摸屏更加实用，因为这些应用中的大多数通常都需要戴手套的用户使用。

该系列的小封装尺寸为7 mm x 7 mm，这意味着需要更少的PCB空间(最多减少75%)，这可以通过减小PCB尺寸来降低整体成本，或者增加具有将更多组件集成到相同尺寸板上的能力。

mXT144UD-AMT/mXT144UD-AMB尺寸为7mm x 7mm Image used courtesy of Texas Instruments

maXTouch的低功耗功能可提供小于50uA的电流消耗，同时仍对用户输入保持响应。maXTouch还提供了通过多种材料(包括皮革、木材、凹凸不平的表面以及存在水分的表面)检测和跟踪多指交互的能力。

Microchip人机界面和触摸功能小组副总裁Fanie Duvenhage解释说：“汽车OEM商希望通过智能表面和多功能显示器来改善用户体验，同时仍提供方便且不受干扰的环境。”

“为满足市场中的这些需求，Microchip借助新的MXT288UD触摸控制器系列，在其业已领先的汽车触摸屏解决方案组合的基础上，为业界最小的汽车级触摸控制器封装带来了更高的性能和成本节省。”

maXTouch系列具有硬件和软件支持，可帮助开发基于maXTouch的产品。 maXTouch Studio和maXTouch分析仪套件使设计人员可以使用maXTouch软件，而评估板则提供5英寸触摸屏或2.9英寸屏幕。

触摸屏技术的未来

能够实现触摸屏界面的不仅为设计人员提供了丰富的设计机会，而且它也使与系统的接口更简单。

触摸屏为用户提供了与菜单进行交互的功能，否则菜单将变得过于复杂。此外，他们可以使用可以读懂厚手套的按钮与这些菜单进行交互，并在无法摘下手套的恶劣环境下打开具有触摸屏功能的门。(编译/蒙光伟)

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缺乏激情了！

楼上长在线啊？