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2019年05月22日 | 嵌入式硬件设计中的主流显示屏种类
2019-05-22 来源：EEWORLD
柔性屏将会颠覆传统屏幕的呈现方式，使得社会进入即使一瓶可乐亦可显示的时代，在这个巨大变革来临前，我们有必要对即将过去的现用屏幕做个小结。
一、触摸屏种类及基本原理
为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。如图1所示，触摸屏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；而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。
图1触摸屏系统框图
按照触摸屏的工作原理和传输信息介质的不同，我们把触摸屏分为四种，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和适用场合。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
这种触摸屏利用压力感应进行控制。如图2所示，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坐标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。这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。
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：氧化铟（ITO）、镍金涂层等。
图2四线电阻触摸屏结构图
2、 电容式触摸屏
电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。
图3电容式触摸屏工作原理
3、 红外线式触摸屏
红外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。如图4所示，红外触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。
图4红外线触摸屏原理
4、 表面声波触摸屏
表面声波是超声波的一种，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。如图5所示，触摸屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45°角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。以右下角的X-轴发射换能器为例：控制器控制发射换能器发出声波能量向左方表面传递，然后屏下边的反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递；声波能量经过屏体表面，再由屏上边的反射条纹聚成向右的线传播给X-轴的接收换能器，接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。在没有触摸的时候，接收换能器接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时，X轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收，反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口。根据衰减缺口在波形中的位置，可以计算得到触摸X轴坐标，同理可以得到Y轴坐标。
图5表面声波触摸屏
触摸屏有哪些具体应用？设计时XY坐标又该如何计算？常用的电阻屏驱动芯片有哪些？后面会有解析。
本文仅是简单的介绍了嵌入式硬件设计中现今主流显示屏种类，嵌入式设备随着工业4.0的发展已经遍布各个行业。ZLG致远电子嵌入式产品经过近二十年的设计经验积累，从产品的RTC时钟，电源管理，ESD防护电路，各类通讯接口等方面全面保证产品的稳定性。致远电子从2001年从8位单片机方案设计开始，逐步掌握ARM7、ARM9、Cortex-A7、A8、A9、M7以及最前沿的A53等ARM体系的处理器应用技术，拥有全系列的工业级ARM核心板与工控机。同时，基于对嵌入式技术的理解与积累，我们自主研发下一代软件开发平台－Aworks实时操作系统，帮助用户基于稳定的软硬件平台快速实现产品开发，基于ZLG工业级核心板/工控板开发的产品已广泛应用于电力、轨道交通、工业现场、医疗等对产品可靠性要求较为苛刻的场合，并不断深入为各行业提供整套行业应用解决方案。
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