CN202257538U - 电阻式触摸屏控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电阻式触摸屏控制电路，该电阻式触摸屏控制电路电阻式触摸屏控制电路至少包括触摸屏驱动开关模块、触摸监测模块、模拟输入信号选择模块、模数转换单元、数字控制逻辑模块、内部基准模块以及振荡器模块，其通过触摸监测模块产生触摸中断信号并确定当前触摸是单点触摸还是多点触摸，实现了在现有的四线式电阻触摸屏上不需改变面板模组及系统软硬件设计即可实现多点触控的目的。

Description

电阻式触摸屏控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种触摸屏控制电路，特别是涉及一种电阻式触摸屏控制电路。

背景技术

触摸屏作为一种最新的输入设备，是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。随着使用电脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多地感到使用触摸屏的确具有相当大的优越性。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，触摸屏可以分为如下五种：电阻式、电容式、电磁式、红外线式以及表面声波式。其中电阻式触摸屏由于技术原理简单、门槛低、上下游整合完整、制作工艺成熟稳定、成本低而在各种触摸屏中应用最大、最广。当前电阻式触摸屏占据了触摸屏的主要市场，从各种种类触摸屏总体看，电阻式触摸屏的市场份额占到了60％。

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、六线、七线或八线来产生屏幕偏置电压，同时读回触摸点的电压。电阻式触摸屏藉由压力接通在上下二层电阻网络，由电阻分布以决定压力点之位置。目前市面上有四线、五线、六线、七线、八线式各种组合，各类均有其优缺点，但以四线及五线最为普及。

图1为一种常见的四线式电阻触摸屏的结构示意图。如图1所示，四线式电阻触摸屏结构如下：在玻璃或丙烯酸基板上覆盖有两层透明、均匀导电的ITO层，分别做为X电极和Y电极，它们之间由均匀排列的透明格点分开绝缘。其中下层的ITO与玻璃基板附着，上层的ITO附着在PET薄膜上。X电极和Y电极的正负端由“导电条”分别从两端引出，且X电极和Y电极导电条的位置相互垂直，引出端X-，X+，Y-，Y+一共四条线，这就是四线电阻式触摸屏名称的由来。当有物体接触触摸屏表面并施以一定的压力时，上层的ITO导电层发生形变与下层ITO发生接触，该结构可以等效为图2之等效电路。这种触摸屏触点的X、Y坐标可分为如下两步计算：

1.计算Y坐标，在Y+电极施加驱动电压Vdrive，Y-电极接地，X+电极做为引出端测量得到接触点的电压，由于ITO层均匀导电，触点电压与驱动电压Vdrive之比等于触点Y坐标与屏高度之比，即触点y坐标为：

其中V_X+为X+电极电压，height_screen为触摸屏高度；

2.计算X坐标，在X+电极施加驱动电压Vdrive，X-电极接地，Y+电极做为引出端测量得到接触点的电压，由于ITO层均匀导电，触点电压与驱动电压Vdrive电压之比等于触点X坐标与屏宽度之比，即触点x坐标为：其中V_Y+为Y+电极电压，Width_screen为触摸屏宽度。

测得的电压通常由模数转换器(ADC)转化为数字信号，再进行简单处理就可以转换为坐标，判断触点的实际位置。上述的电阻式触摸屏技术存在一个问题是当触摸屏上有多个目标时，触摸屏仅能报告一个点，即缺乏同时追踪多个触点的能力。

目前已有在四线电阻式触摸屏的基础上实现多点触摸的技术出现，如比亚迪股份有限公司申请的专利号为200810146683.6的中国专利公开了“一种触摸手势的识别方法和装置”，其通过单点触摸屏控制电路采集5点数据，再进行两点手势触摸识别装置，这样就需要MCU软件进行手势识别或专门的处理单元进行上述计算，计算量大需要占用较多资源，增加了控制检测的难度。

综上所述，可知先前技术的四线电阻式触摸屏实现多点触摸时因需MCU软件进行手势识别或专门的处理单元进行计算导致计算量大且需要占用较多资源进而增加控制检测的难度的问题，因此，实有必要提出改进的技术手段，来解决此一问题。

实用新型内容

为克服现有技术上述缺点，本实用新型的主要目的在于提供一种电阻式触摸屏控制电路，其在不改变现有四线电阻式触摸屏面板模组及系统软硬件设计基础上即可实现多点触控，不仅减小了计算量及资源的占用，且易于控制检测。

为达上述及其它目的，本实用新型提供一种电阻式触摸屏控制电路，应用于一触摸屏系统，该触摸屏系统至少还包含一电阻式触摸屏及一处理器，该电阻式触摸屏控制电路至少包括：

触摸屏驱动开关模块，与该电阻式触摸屏相连，以在数字逻辑控制模块的控制下选择不同的驱动开关导通，为该电阻式触摸屏提供驱动电压；

触摸监测模块，连接于该触摸屏驱动开关模块，用于监测该电阻式触摸屏上是否有触摸，并于监测到有触摸时产生一触摸中断信号至该处理器，同时，该触摸监测模块还用于确定当前触摸是单点触摸还是多点触摸；

模拟输入信号选择模块，连接于该触摸屏驱动控制开关模块的输出端，其在该数字控制逻辑模块的控制下选择相应的模拟信号作为模数转换单元的输入；

模数转换单元，连接于该模拟输入信号选择模块输出端，用于把模拟输入电压转换为数字信号并输出至该数字控制逻辑模块；

数字控制逻辑模块，接受该处理器的命令以控制该电阻式触摸屏控制电路其他部分的工作状态，并将该数字信号通过一数字接口模块传送至该处理器以进行坐标数据计算；

内部基准模块，用于产生基准信号，其与该模数转换单元、该触摸屏驱动开关模块及该数字控制逻辑模块均相连，以在该数字控制逻辑模块的控制下产生该模数转换单元模块需要的参考电压和该电阻式触摸屏的驱动电压；以及

振荡器模块，用于为该电阻式触摸屏控制电路提供时钟信号。

进一步地，该电阻式触摸屏控制电路还包括一降噪滤波器模块，连接于该模拟输入信号选择模块输出端与与模数转换单元输出端之间，其用于滤除该模数转换单元输出的数字信号中的噪声。

进一步地，该触摸监测模块通过检测该电阻式触摸屏电流的变化可以判断当前触摸是单点触摸还是多点触摸。

进一步地，当流经该电阻式触摸屏的电流大小不变时，为单点触摸；当流经该电阻式触摸屏的电流大小改变时，为多点触摸。

与现有技术相比，本实用新型一种电阻式触摸屏控制电路通过触摸监测模块监测触摸中断的不同(单点触摸还是多点触摸)，实现了在现有的四线式电阻触摸屏上即可实现多点触控的目的，相对于电容式触摸屏而言，它能够大幅降低成本(成本仅为电容触摸屏的十分之一)，设计简单，外围电路为基本的阻容元件；设计周期短，大大加快了产品成功推向市场的周期。

附图说明

图1为常见的四线式电阻触摸屏的结构示意图；

图2为图1之等效电路图；

图3为四线电阻式触摸屏单点触摸与两点触摸的等效电路图；

图4为本实用新型一种电阻式触摸屏控制电路应用之触摸屏系统之系统架构图；

图5为本实用新型之电阻式触摸屏控制电路之较佳实施例的系统架构图；

图6为本实用新型之电阻式触摸屏控制电路的多点触控实现方法流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。

在说明本实用新型较佳实施例之前，先通过两点触摸检测来说明本实用新型之多点触控的工作原理：图3为四线电阻式触摸屏单点触摸与两点触摸的等效电路图，由背景技术可知，当四线式触摸屏上只有一点触摸时，X+，X-驱动开关导通，X方向施加驱动电压V_Drive，从Y+读出触摸点的X方向的电压V_X+，反之则Y+和Y-驱动开关导通，Y方向施加驱动电压V_Drive，从X+读出触摸点Y方向的电压V_Y+。

因此，单点触摸时X方向读出的电压为：

$V_{X+}=\frac{R_{\mathrm{bottom}}}{R_{\mathrm{top}}+R_{\mathrm{bottom}}}\×V_{\mathrm{Drive}}=\frac{R_{\mathrm{bottom}}}{R_{\mathrm{ALL}}}\×V_{\mathrm{Drive}}$

而两点触摸时，此时存在两个接触点都与X+导通，因此：

$V_{X+}^{\′}\≈\frac{R_{\mathrm{bottom}}^{\′}+R_{\mathrm{dis}\tan \mathrm{ce}}/2}{R_{\mathrm{top}}^{\′}+R_{\mathrm{dis}\tan \mathrm{ce}}+R_{\mathrm{bottom}}^{\′}}\×V_{\mathrm{Drive}}=\frac{R_{\mathrm{bottom}}^{\′}+R_{\mathrm{dis}\tan \mathrm{ce}}/2}{R_{\mathrm{ALL}}}\×V_{\mathrm{Drive}}$

可以看出，由于Y+到Y-的电阻R_ALL为常数，V_Drive也为常数，因此X+读出的电压实际近似为两个触摸点中心处的坐标，而两次电压的差值与两个触摸点之间的距离成正比，因此在两点触摸时候，输出为两个触摸点中心的坐标和两个触摸点之间的距离。

图4为本实用新型一种电阻式触摸屏控制电路所应用之触摸屏系统之系统架构图。如图4所示，该触摸屏系统包括：电阻式触摸屏401、触摸屏控制电路402以及处理器403。

电阻式触摸屏401作为模拟输入部分，其连接于触摸屏控制电路402；触摸屏控制电路402用于根据检测获得的当前的触摸状态获得电阻式触摸屏401的模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号输出至处理器403；处理器403则根据当前工作模式通过相应的计算模型获得触摸点的坐标数据。在此，触摸屏控制电路402则为核心部分。

图5为本实用新型之电阻式触摸屏控制电路之较佳实施例的系统架构图。如图5所示，本实用新型一种电阻式触摸屏控制电路包括触摸屏驱动开关模块501、触摸监测模块502、模拟输入信号选择模块503、模数转换单元504、数字控制逻辑模块505、数字接口模块506、内部基准模块507以及振荡器模块508。

触摸屏驱动开关模块501与电阻式触摸屏401相连，主要为电阻式触摸屏401提供驱动信号，即，在数字逻辑控制模块505的控制下选择不同的驱动开关导通，以为外部的四线式触摸屏提供驱动电压V_DRIVE，比如，在不同的工作模式下如单点模式、双点模式下，不同的驱动开关将导通，在本实用新型较佳实施例中，电阻式触摸屏401为四线电阻式触摸屏；触摸监测模块502连接于触摸屏驱动开关模块501，其用于监测当前电阻式触摸屏上是否有触摸，若有触摸，则模拟的触摸信号被传送至触摸监测模块502，触摸监测模块502则会产生一触摸中断信号(TOUCH)给处理器403，这里处理器403可以例如为MCU，同时，触摸监测模块502还用于确定当前触摸是单点触摸还是多点触摸，具体来说，在本实用新型较佳实施例，以确定单点触摸还是两点触摸为例，单点触摸情况下整个触摸屏上的驱动电压不变，单点触摸无法改变电阻的大小，因此电流大小是不变的，而在两点触摸下，由于其中两个触摸点会短接一部分电阻，流经触摸屏的电流大小会改变，也就是说，通过检测电流的变化可以判断当前触摸是单点触摸还是两点触摸；模拟输入信号选择模块503，连接于触摸屏驱动控制开关501输出端，其在数字控制逻辑模块505的控制下选择相应的模拟信号作为模数转换单元504的输入，例如，当X+/X-方向施加驱动电压，则读出Y+引出端的电压信号；模数转换单元504连接于模拟输入信号选择模块503的输出端，用于把模拟输入电压(输入的模拟信号)转换为数字信号并输出至数字控制逻辑模块505；数字控制逻辑模块505，接受外部处理器403的命令以控制触摸屏控制电路各部分的工作状态，并将数字信号通过数字接口模块506传送至外部处理器403以进行坐标数据计算；数字接口模块506，用于连接外部处理器403与数字控制逻辑模块505，在两者之间传递工作模式控制信号与坐标数据；内部基准模块507，用于产生基准信号，其与模数转换单元504、触摸屏驱动开关501及数字控制逻辑模块505相连，在数字控制逻辑模块505的控制下产生模数转换单元504模块需要的参考电压VREF和触摸屏的驱动电压V_DRIVE，在此，内部基准模块507既可以使用内部产生的基准电压也可以外接精确的基准电压；振荡器模块508，用于为整个触摸屏控制电路提供时钟信号。

除此之外，为更好地实现本实用新型，本实用新型一种电阻式触摸屏控制电路还包括一降噪滤波器模块，其连接于模拟输入信号选择模块503输出端与模数转换单元504，用于滤除模数转换单元504输出的数字信号中的噪声，降低外界噪声对测量精度的影响。

在此需说明的是，外部处理器403可以是各种各样的子系统，例如手机，平板电脑、媒体播放器、GPS导航仪等的硬件系统，根据触摸屏触摸中断的不同(单点触摸或两点触摸)，选取触摸屏控制电路的工作模式，获取触摸点坐标信息，其能够识别所有的多点输入，通过特殊的算法，能够根据坐标进行动作识别(能够识别放大，缩小，拖动，滑动，左旋转，右旋转)，同时报告多点坐标位置。

图6为本实用新型之触摸屏系统的多点触控实现方法流程图。如图6所示，本实用新型之电阻式触摸屏系统的多点触控实现方法包括如下步骤：

步骤601：触摸中断检测，即处理器403判断触摸监测模块502是否产生触摸中断信号TOUCH；

步骤602：若触摸监测模块502未产生中断信号，则继续触摸中断检测；否则，则表示当前触摸屏有触摸，处理器403通过数字接口模块506发送相应的工作指令至数字控制逻辑模块505以控制触摸屏驱动开关模块501施加驱动电压；

步骤603：采集触摸点电压，并进入步骤604；

步骤604，判断触摸中断信号TOUCH是否变为高，为高则返回步骤501继续触摸中断检测；否则，则判断当前触摸是单点触摸还是多点触摸，具体来说，判断单点触摸还是多点触摸可以通过检测电流的变化来获得，一般来说，单点触摸情况下整个触摸屏上的驱动电压不变，单点触摸无法改变电阻的大小，因此电流大小是不变的，而在两点或多点触摸下，由于两个或多个触摸点会短接一部分电阻，流经触摸屏的电流大小会改变；

步骤605，若处理器403判断出当前触摸为单点触摸，则处理器403通过数字接口模块506发送单点触摸工作模式的工作指令至数字控制逻辑模块505以控制触摸屏驱动开关模块501施加驱动电压，并进入步骤506；

步骤606，采集触摸点电压，由处理器403根据一单点计算模型计算出触摸点的坐标，并进入步骤509，具体来说，该单点计算模型为：

$x=\frac{V_{Y+}}{V_{\mathrm{Drive}}}\×{\mathrm{Width}}_{\mathrm{screen}};$ $y=\frac{V_{X+}}{V_{\mathrm{Drive}}}\×{\mathrm{height}}_{\mathrm{screen}}$

其中V_X+为触摸点的X+电极电压，height_screen为触摸屏高度，V_Y+为Y+电极电压，Width_screen为触摸屏宽度；

步骤607，若处理器403判断出当前触摸为多点触摸，则处理器403通过数字接口模块506发送多点触摸工作模式的工作指令至数字控制逻辑模块505以控制触摸屏驱动开关模块501施加驱动电压，并进入步骤508；

步骤608，采集触摸点电压，由处理器403根据一多点计算模型计算出触摸点中心的坐标和触摸点之间的距离，并进入步骤609，这里以两点触摸为例，该多点计算模型为：

$x=\frac{{V^{\′}}_{Y+}}{V_{\mathrm{Drive}}}\×{\mathrm{Width}}_{\mathrm{screen}};$ $y=\frac{{V^{\′}}_{X+}}{V_{\mathrm{Drive}}}\×{\mathrm{height}}_{\mathrm{screen}};$ ${\mathrm{\ΔV}}_{X+}=\frac{R_{\mathrm{dis}\tan \mathrm{ce}}/2}{R_{\mathrm{ALL}}}\×V_{\mathrm{Drive}};$

其中，(x，y)代表触摸点中心的坐标，V′_X+为两触摸点中心的X+电极电压，height_screen为触摸屏高度，V′_Y+为两触摸点中心的Y+电极电压，Width_screen为触摸屏宽度，ΔV_X+为两次电压差值，R_distance为两触摸点之间的电阻，R_ALL为Y方向的所有电阻；

步骤609，判断触摸中断信号TOUCH是否变为高，如果未变为高，则进入步骤604继续进行多点触摸判断，如果触摸中断信号TOUCH变为高，则结束本流程。

可见，本实用新型提供了一种电阻式触摸屏系统、触摸屏控制电路及其多点触摸的实现方法，在现有的四线式电阻触摸屏上即可以实现多点触控，相对于电容式触摸屏而言，它能够大幅降低成本(成本仅为电容触摸屏的十分之一)，设计简单，外围电路为基本的阻容元件；设计周期短，大大加快了产品成功推向市场的周期。

本实用新型是一种可支持两点触摸的电阻式触摸屏控制电路，可直接兼容目前单点电阻式触摸屏，终端系统只需导入此控制器，在面板模组及系统软硬件设计上，完全不需要改变，即可将系统应用升级，由单点变成双点，该触摸屏控制电路之使用方式及应用线路，与传统电阻式完全相同，而且是硬体实现2点触摸检测，其效果非MCU软件模拟所能比拟。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (4)

1.一种电阻式触摸屏控制电路，应用于一触摸屏系统，该触摸屏系统至少还包含一电阻式触摸屏及一处理器，该电阻式触摸屏控制电路至少包括：

触摸屏驱动开关模块，与该电阻式触摸屏相连，以在数字逻辑控制模块的控制下选择不同的驱动开关导通，为该电阻式触摸屏提供驱动电压；

触摸监测模块，连接于该触摸屏驱动开关模块，用于监测该电阻式触摸屏上是否有触摸，并于监测到有触摸时产生一触摸中断信号至该处理器，同时，该触摸监测模块还用于确定当前触摸是单点触摸还是多点触摸；

模拟输入信号选择模块，连接于该触摸屏驱动控制开关模块的输出端，其在该数字控制逻辑模块的控制下选择相应的模拟信号作为模数转换单元的输入；

模数转换单元，连接于该模拟输入信号选择模块输出端，用于把模拟输入电压转换为数字信号并输出至该数字控制逻辑模块；

数字控制逻辑模块，接受该处理器的命令以控制该电阻式触摸屏控制电路其他部分的工作状态，并将该数字信号通过一数字接口模块传送至该处理器以进行坐标数据计算；

内部基准模块，用于产生基准信号，其与该模数转换单元、该触摸屏驱动开关模块及该数字控制逻辑模块均相连，以在该数字控制逻辑模块的控制下产生该模数转换单元模块需要的参考电压和该电阻式触摸屏的驱动电压；以及

振荡器模块，用于为该电阻式触摸屏控制电路提供时钟信号。

2.如权利要求1所述的电阻式触摸屏控制电路，其特征在于：该电阻式触摸屏控制电路还包括一降噪滤波器模块，连接于该模拟输入信号选择模块输出端与与模数转换单元输出端之间，其用于滤除该模数转换单元输出的数字信号中的噪声。

3.如权利要求1所述的电阻式触摸屏控制电路，其特征在于：该触摸监测模块通过检测该电阻式触摸屏电流的变化可以判断当前触摸是单点触摸还是多点触摸。

4.如权利要求3所述的电阻式触摸屏控制电路，其特征在于：当流经该电阻式触摸屏的电流大小不变时，为单点触摸；当流经该电阻式触摸屏的电流大小改变时，为多点触摸。

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