电阻式触摸屏工作原理解析

1.电阻式触摸屏技术

电阻式触摸屏是触摸屏技术中最古老的方式，电阻式触摸屏技术是目前成本最低、应用最广泛的触摸屏技术，电阻式触摸屏是手机触摸屏领域的主导产品。尽管它不是非常耐用，而且透射性也不好，但它的价格低，而且对手指及笔触都比较敏感，电阻式触摸屏对屏幕上的水珠和其他残留物具有抗干扰能力，电阻式触摸屏因其对压力起反应，可以用手指、带手套的手、触摸笔，或者像信用卡这类的物体进行触摸，所以最近几年仍然是市场占有率最高的触摸屏。

电阻式触摸屏的关键在于材料技术，常用的透明导电涂层材料有：

1）ITO（Indium Tin Oxides，纳米铟锡金属氧化物）涂层。纳米铟锡金属氧化物为弱导电体，其特性是当厚度降到1800Å（1Å＝10^－10m）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300Å厚度时又上升到80％。ITO是所有电阻式触摸屏及电容式触摸屏都用到的主要材料，实际上电阻式和电容式触摸屏的工作面就是ITO涂层。

ITO是一种透明的导电体。通过调整铟和锡的比例、沉积方法、氧化程度以及晶粒的大小可以调整这种物质的性能。薄的ITO材料透明性好，但是阻抗高；厚的ITO材料阻抗低，但是透明性会变差。在PET聚酯薄膜上沉积时，反应温度要下降到150℃以下，这会导致ITO氧化不完全，在之后的应用中ITO会暴露在空气或空气隔层里，它单位面积阻抗因为自氧化而随时间变化，这使得电阻式触摸屏需要经常校正。

电阻式触摸屏的ITO涂层比较薄且容易脆断，涂得太厚又会降低透光且形成内反射而降低清晰度，ITO上表面虽加一层薄塑料保护层，但依然容易被锐利对象所破坏，且由于经常被触摸，表层ITO使用一定时间后会出现细小裂纹，甚至变形，如其中一点的ITO受破坏而断裂，便失去作为导电体的作用，而影响电阻式触摸屏的寿命。

2）镍金涂层。5线电阻式触摸屏的外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的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，不适合作为电阻式触摸屏的工作面，因为它电导率高，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。

电阻式触摸屏因其本身特性，具有定位准确，不受工作环境、污秽、尘埃、油渍的影响等优点，任何物品触摸都能产生反应，基材采用防爆、高透光性钢化玻璃，完全适合在公众场所使用，其分辨率为4096×4096，单点触摸次数高达3000万次，满足特殊软件环境的使用。电阻式触摸屏（触摸感应灵敏）能在8～15ms内作出反应，触摸力度小于3oz^[1]，电阻式触摸屏的控制器提供了RS-232接口，可与RS-232接口鼠标或PS/2鼠标同时使用，节省PC资源，电阻式触摸屏本身还具有防辐射、防磁功能，但电阻式触摸屏表面怕划伤，安装和使用时应当注意。

2.电阻式触摸屏结构

电阻式触摸屏的基本构造是在玻璃基板上形成透明导电膜，在其上为隔片，然后设置透明导电薄膜。在上侧的透明导电薄膜和下侧的玻璃基板上分别沿垂直方向施加电场。触摸到上侧的透明导电薄膜的任意位置后，该部分就会与下侧的玻璃基板上的透明导电膜短路，通过测量此时的电压下降来计算触摸位置。

为实现电阻式触摸屏薄型化，采用薄膜基板代替下侧的玻璃基板。为提高耐久性，采用带透明导电膜的玻璃基板代替上侧的透明导电薄膜，目前，具有防眩光（AG）、防反射表面处理的电阻式触摸屏的产品已推出。由于电阻式触摸方式存在尺寸变大后，精度和成品率会随之下降。因此，目前电阻式触摸屏尺寸多为2～26in左右，多用于移动产品和POS终端。

电阻式触摸屏在很长的一段时间里被认为“无法支持”超过两根以上的手指同时触摸进行操作的多点触摸，不过最近，实现了多点触摸的电阻式触摸屏也已经面世。在电阻式触摸屏中，实现多点触摸的是法国Stantum公司，该公司采用数字电阻式（也称为矩阵电阻式）代替普通的模拟电阻式，开发出了可进行多点触摸的独自检测技术。电极构造也与普通的模拟电阻式不同。采用线状制图电阻，而非整个面均匀分布电阻，将其沿交叉方向上下相对，即可形成触摸屏。目前，该公司正在开发支持10点以上同时输入的数字电阻式触摸屏。

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都采用了电阻式触摸屏，电阻式触摸屏可以用4线、5线、7线或8线来产生屏幕偏置电压，同时读回触摸点的电压，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，而完成触摸响应动作，并呈现在屏幕上。

电阻式触摸屏的品牌很多，但它们的工作原理都是一样的，所不同的是它们的制作工艺及基材不同，电阻式触摸屏由两层高透明的导电层组成，为在强化玻璃表面分别涂上两层ITO透明氧化金属导电层，最外面的一层ITO涂层作为导电体，第2层ITO则经过精密的网络附上横竖两个方向的电压场，两层ITO之间以细小的透明隔离点隔开。两层之间距离仅为2.5μm，在它们之间有许多细小的（小于0.001in）透明隔离点把两层导电层绝缘隔开。

手指触摸的表面的硬涂层用以保护下面的PET层，PET层是很薄的有弹性的PET薄膜，当表面被触摸时它会向下弯曲，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，导电层接触影响电流的重新分配而产生反应，因其中一面导电层接通Y轴方向的均匀电压场，使得检测层的电压由零变为非零，这种接通状态被控制器检测到后，进行A-D转换，并将得到的电压值与基准比较，即可得到触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，计算机同时检测电压及电流，计算出触摸的位置，这就是所有电阻式触摸屏的最基本原理，如图2-1所示。

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V_REF，另一边接地。同时，将未偏置的那一层连接到一个A-D转换器的高阻抗输入端。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。

电阻式触摸屏能在恶劣环境下工作，但手感和透光性较差，适合佩戴手套和不能用手直接触摸的场合。电阻式触摸屏根据引出线数多少，分为4线、5线等类型。5线电阻式触摸屏的外表面是导电玻璃而不是导电涂覆层，这种导电玻璃的寿命较长，透光率也较高。

图2-1 电阻式触摸屏的结构及外形图

不管是4线电阻式触摸屏还是5线电阻式触摸屏，它们都是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕尘埃、水、油污及污垢影响，能适应较为恶劣的环境，它可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。

电阻式触摸屏共同的缺点是因为复合薄膜的外层采用塑胶材料，太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废。不过，在限度之内，划伤只会伤及外导电层，外导电层的划伤对于5线电阻式触摸屏来说没有关系，而对4线电阻式触摸屏来说是致命的。(www.xing528.com)

电阻式触摸屏的精度只取决于A-D转换的精度，因此能达到4096×4096。比较而言，5线电阻式触摸屏比4线电阻式触摸屏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。电阻式触摸屏主要有两种解决方案：

1）软件触摸解决方案。在软件触摸解决方案中，微控制器须担负所有的触摸检测和坐标计算任务。基于微控制器的软件算法采用内部的微控制器进行触摸位置电压测量，执行触摸检测功能和坐标处理功能。

2）专用触摸屏控制器芯片解决方案。在专用触摸屏控制器内，控制器向系统主机（微控制器）发起一个检测触摸事件的中断请求，并输出代表触摸坐标的数字数据。然后主处理器（MCU）读取数字数据，执行用户期待的操作命令。

基于MCU计算参数的设计方法要求主处理器的速度非常快，只有这样才能管理频繁的触摸操作。对于快速触摸检测应用，这不是一个非常可靠的设计。因为没有数据平均和触摸检测延时功能，这类设计的检测精度比较低。具有数据采样、测量值平均、触摸检测延时配置和数字触摸坐标计算功能的专用触摸屏控制器芯片，才是真正的触摸屏控制器。这些芯片易于集成到产品设计中，具有更高的性能。

该控制器可选择驱动玻璃层和＋5V护板，并读取源于护板和玻璃层产生的电压，根据被测量层中的压降来确定X和Y坐标。该技术需要4线总线条，这被称为4线电阻式触摸屏技术。

由于护板的不断弯曲，造成ITO涂膜中有微小的裂缝，会使4线电阻式触摸屏技术的线性度和精确度变差，环境变化也会造成精度的漂移。可用不断改进的5线、6线、7线和8线电阻式触摸屏来消除这些影响。

电阻式触摸屏的多层结构会导致很大的光损失，对于手持设备通常需要加大背光源来弥补透光性不好的问题，但这样会增加电池的消耗。电阻式触摸屏的优点有：

1）经过多年的应用和发展，技术已经相当成熟。

2）价格较低，节约成本。

3）使用方便，任何触摸都可以使用。

4）反应灵敏度好，永不漂移。

5）工作在与外界完全隔离的环境中，不怕灰尘、水汽和油污。

电阻式触摸屏的缺点有：

1）由于复合薄膜的外层采用塑料，太用力或使用锐器触摸可能划伤触摸屏。

2）必须按压操作。

3）目前只支持单点触摸。

4）柔性顶层只有75％～80％的透光度。

5）电阻式触摸屏测量过程中有较多的误差源，如果ITO层不一致，电阻在传感范围将不会线性变化，需要10～12位的测量电压精度，这在很多环境中都是困难的。

6）为了将触摸点与下层的LCD图像对准，许多现有的电阻式触摸屏都需要周期性校准。