觸控式螢幕基本原理介紹

一、輸入類裝置簡介

1、IO輸入輸出，是計算機系統中的一個概念。計算機的主要功能就是從外部獲取資料然後進行計算加工得到輸出資料並輸出給外部（計算機可以看成資料處理器）。計算機和

外部互動就是通過IO。每一臺計算機都有個標準輸入和標準輸出。

2、常見的輸入類裝置

鍵盤、滑鼠、觸控式螢幕、遊戲搖桿、感測器、（攝像頭並不是一個典型的輸入類裝置）。

二、觸控式螢幕介紹

1、觸控式螢幕的特點

(1)觸控式螢幕和人的關係很緊密，尤其是電容式觸控式螢幕。

(2)觸控式螢幕和顯示器關係很緊密。

(3)典型應用：手機、平板電腦、收銀機、工業領域。

2、觸控式螢幕的分類

(1)常見的觸控式螢幕分為2種：電阻式觸控式螢幕和電容式觸控式螢幕。早期用電阻式觸控式螢幕，後來發明了電容式觸控式螢幕。

(2)這兩種的特性不同、介面不同、程式設計方法不同、原理不同。

3、觸控式螢幕和顯示屏的聯絡與區別

(1)首先要搞清楚：觸控式螢幕是觸控式螢幕，用來響應人的觸控事件的；顯示屏是顯示屏，用來顯示的。現在用的顯示屏一般都是LCD。

(2)為什麼很多人會搞混這兩個概念，主要是因為一般產品上觸控式螢幕和顯示屏是做在一起的。一般外層是一層觸控式螢幕，觸控式螢幕是透明的，很薄；底下是顯示屏用來顯示影象，平

時看到的影象是顯示屏顯示並且透過觸控式螢幕讓人看到的。

三、電阻式觸控式螢幕的原理

電阻式觸控式螢幕其實就是一種感測器，雖然已經用的不多了，但是還是有過很多的LCD模組採用電阻式觸控式螢幕，這種螢幕可以用四線、五線、七線或八線來產生螢幕偏置電壓，同時

讀回觸控點的電壓，在這裡主要以四線為例進行說明。

1、薄膜+玻璃（需要尖銳硬物點選）

(1)要點是薄、透明。前面板硬度稍弱，可以被硬物按下彎曲，後面板硬度很高，不會彎曲。

(2)前面板和後面板在平時沒有挨住，在外力按下之下，前面板發生（區域性）形變，在這一點上前後面板會挨住。 如下下面左圖所示：

2、ITO（導電+透明+均勻壓降）

(1)ITO是一種材料，其實是一種塗料，特點就是透明、導電、均勻塗抹。  （如上面右圖中的金屬塗層）

(2)本來玻璃和塑料都是不導電的，但是塗上ITO之後就變成導電了（同時還保持著原來透明的特性）。

(3)ITO不但導電而且有電阻，所以中間均勻塗抹了ITO之後就相當於在同一層的兩邊之間接了一個電阻。因為ITO形成的等效電阻在整個板上是均勻分佈

的，所在在板子上某一點的電壓值和這一點的位置值成正比。

(4)觸控式螢幕經過操作，按下之後要的就是按下的座標，座標其實就是位置資訊，這個位置資訊和電壓成正比了，而這一點的電壓可以通過AD轉換得到。這就是整個電阻式觸控式螢幕的工作原理。

3、X/Y軸分時AD轉換

(1)下面要研究如何得到按下的這點的電壓

(2)在第一個面板的一對電極上加電壓，然後在另一個面板的一個電極和第一個面板的地之間去測量。在沒有按下時測試無結果，但是在有人按下時在按下的那一點2個面板接觸

，接觸會導致第二個面板上整體的電壓值和接觸處的電壓值相等，所以此時測量到的電壓就是接觸處在第一個面板上的電壓值。

(3)以上過程在一個方向進行一次即可測得該方向的座標值，進行完之後撤掉電壓然後在另一個方向的電極上加電壓，故伎重施，即可得到另一個方向的座標。至此一次觸控事件結束。

例如下圖所示： 我們先在X+ 和 X-之間加上一個電壓，當有人按下觸控式螢幕之後就會在相應的位置形成一個觸點，那麼此時我們去測量Y+與GND（或者是Y-與GND）之間的電壓，那麼

其實得到的電壓值就是發生觸點處的電壓值，因為電阻是均勻分佈的，所以可以算出該點在x方向上的位置；同理測量Y軸也是一樣的道理。

4、電阻觸控式螢幕的校準

(1)電壓值和座標值成正比的，所以需要去校準它。校準就是去計算(0, 0)座標點的電壓值是多少。

5、電阻式觸控式螢幕的硬體介面

(1)對於電阻式觸控式螢幕來說，他的硬體介面主要分為兩種：一種是SoC內建電阻式觸控式螢幕控制器，另一種是外接的專門觸控式螢幕控制晶片，將觸控板感測器與這個控制晶片相連線，這個晶片

內部邏輯電路或者是內建程式程式碼能夠根據上面說的原理將觸點座標算出來並且轉化為數字量通過I2C介面傳送給主機Soc。

(2)而對於第一種介面需要Soc的電阻式觸控式螢幕控制器能夠自己完成上面說的任務，並且需要將感測器的模擬量轉換為數字量，所以這個一般就會和ADC聯絡在一起，而在s5pv210這

款SoC中其實就是將ADC模組和觸控式螢幕模組整合在一起的，後面會來重點分析。

四、電容式觸控式螢幕的原理

1、人體電流感應

利用人體電流感應現象，在手指和螢幕之間形成一個電容，手指觸控時吸走一個微小電流，這個電流會導致觸控板上4個電極上發生電流流動，控制器通過計算這4個電流的比例就能算

出觸控點的座標（這個計算過程中涉及到AD轉換）。

2、專用電路計算座標（硬體介面）

(1)電阻式觸控式螢幕感測器本身原理很簡單，座標的計算也是很簡單的事，所以可以通過SoC的電阻式觸控式螢幕控制器直接與觸控板感測器相連線，由Soc內部的控制器來完成座標的計算和

AD轉換是沒有問題的，對於SoC本身來說並不是一個太大的負擔。但是電容式觸控式螢幕不同，電容式觸控式螢幕需要自帶一個IC進行座標計算因此電容式觸控式螢幕工作時不需要主機SoC控制器參與。

所以電容式觸控式螢幕的這種介面其實就是上面說的電阻式的第二種硬體介面，而且電容式觸控式螢幕目前只能實現為第二種介面。

(2)為什麼這樣設計？主要原因是因為電容式觸控式螢幕感測器的座標計算太複雜，普通程式設計師無法寫出合適的程式碼解決這個問題，因此在電容式觸控式螢幕中除了觸控板之外還附加了一個IC

進行專門的座標點計算和統計。這個IC全權負責操控觸控板得到觸控操作資訊，然後再通過數字介面（一般是I2C）和主機SoC進行通訊。

3、多個區塊支援多點觸控

(1)電阻觸控式螢幕不支援多點觸控，這是它本身的原理所限制，無法改變無法提升。

(2)電容式觸控式螢幕可以支援多點觸控（也可以單點觸控）。按照之前講的電容式觸控式螢幕的原理，單個電容式觸控式螢幕面板也無法支援多點觸控，但是可以將一個大的觸控面板分成

多個小的區塊，每個區塊相當於是一個獨立的小的電容式觸控式螢幕面板。

(3)多個區塊支援多點觸控讓電容觸控式螢幕座標計算變複雜了，但是這個複雜性被電容觸控IC吸收了，還是通過數字介面和主機SoC通訊報告觸控資訊（觸控點數、每個觸控點的坐

標等）。

4、對外提供I2C的訪問介面

(1)整個電容觸控式螢幕包含2部分：觸控板感測器和電容觸控IC。觸控板感測器就是一個物理器件，電容觸控IC一般做到觸控式螢幕的軟排線（FPC，例如下圖中軟排線上的那顆晶片）上面，

電容觸控IC負責操控觸控板、通過AD轉換和分析得到觸控點個數、觸控座標等資訊，然後以特定的數字介面與SoC通訊。這個數字介面就是I2C。

(2)對於我們主機SoC來說，電容式觸控式螢幕其實就是一個I2C從裝置。主機只需要通過I2C匯流排對這個從裝置進行訪問即可（從裝置有自己特定的從裝置地址）。從這裡來講，其

實電容式觸控式螢幕和其他的感測器（gsensor等）並沒有任何區別。

參考：《朱老師嵌入式Linux開發\1.ARM裸機全集\1.15.ARM裸機第十五部分-觸控式螢幕TouchScreen》