??對于各種消費、醫療、汽車和工業設備，增強的低成本觸控 式用戶界面是一個極具價值的特性。在許多應用 中，設計師偏向使用容性觸摸屏，而不愿使用阻性觸摸技 術，原因是前者可以跟蹤手指，似乎能夠提供更友好的用戶 交互體驗。目前，低成本阻性技術的應用市場包括：只需要 單點觸控、至關重要的極其精確的空間分辨率、利用觸控筆 來實現特定功能（如亞洲語言符號識別等），或者用戶必須 戴手套的場合。 雖然阻性技術傳統上是用來檢測屏幕上“單點觸摸”的位 置，但本文提出了一個創新的“兩點觸摸”概念，它利用阻 性觸摸屏控制器 AD7879 在廉價的阻性觸摸屏上檢測最常見 的雙指手勢（縮放、捏合和旋轉）。 ? ??阻性觸摸屏的經典方法 ? ??典型的阻性觸摸屏包括兩個平行的氧化銦錫（ITO）導電層，中 間的間隙將兩層分開（圖 1）。上層（Y）的邊緣電極相對于下 層（X）的邊緣電極旋轉 90°。當對屏幕的一個小區域施加壓 力，使這兩層發生電氣接觸時，就發生了“觸摸”現象。如 果在上層的兩個電極之間施加一個直流電壓，而下層懸空， 則觸摸將使下層獲得與觸摸點相同的電壓。判斷上層方向觸 摸坐標的方法是測量下層的電壓，以便確定觸摸點處的電阻 占總電阻的比值。然后交換兩層的電氣連接，獲得觸摸點在 另一個軸上的坐標。 ??連接直流電壓的層稱為“有源”層，電流與其阻抗成反比。 測量電壓的層稱為“無源”層，無相關電流流經該層。發生 單點觸摸時，在有源層中形成一個分壓器，無源層電壓測量 通過一個模數轉換器讀取與觸摸點和負電極之間的距離成比 例的電壓1. ??由于成本低廉，傳統的 4 線阻性觸摸屏深受單點觸控應用的 歡迎。實現阻性多點觸控的技術有多種，其中總是會用到一 個矩陣布局屏幕，但屏幕制造成本高得嚇人。此外，控制器 需要許多輸入和輸出來測量和驅動各個屏幕帶，導致控制器 成本和測量時間增加。 ??超越單點觸控 ? ??雖然如此，但通過理解并模擬該過程背后的物理原理，我們 可以從阻性觸摸屏提取更多信息。當發生兩點觸摸時，無源 屏幕中的一段電阻加上觸點的電阻與有源屏幕的導電段并 聯，因此電源的負載阻抗減小，電流增大。阻性控制器的經 典方法是假設有源層中的電流恒定不變，無源層為等電位。 兩點觸摸時，這些假設不再成立，為了提取所需的信息，需 要進行更多測量。 ??阻性屏幕中的兩點觸摸檢測模型如圖 2 所示。Rtouch為層間的 接觸電阻；在現有的大多數屏幕中，其數量級一般與兩層的 電阻相同。如果有一個恒定的電流I流經有源層的兩端，則有 源層上的電壓為： ? ? ??手勢識別 ? ??以“捏合”（pinch）作為范例可以更好地描述手勢識別的工作 原理。捏合手勢從兩根分開較遠的手指觸摸開始，產生雙重 接觸，使得屏幕的阻抗降低，有源層兩根電極之間的電壓差 因此減小。隨著兩根手指越來越接近，并聯面積減小，因而 屏幕的阻抗提高，有源層兩根電極之間的電壓差相應地增 大。 ??緊密捏合后，并聯電阻趨于 0，Ru + Rd提高到總電阻，因此電 壓增大到： ??圖 3 顯示了一個沿著垂直（Y）軸捏合的例子。當手勢開始時， 其中一層的兩根電極之間的電壓恒定不變，另一層則表現出 階躍性降低，然后隨著手指相互靠近而提高。 ? ? ??圖 4 顯示傾斜捏合時的電壓測量結果。這種情況下，兩個電 壓均表現出階躍性降低，然后緩慢恢復。兩個恢復速率（利 用各層的電阻歸一化）的比值可以用來檢測手勢的角度。 ? ? ??如果手勢為縮放（手指分開），其行為可以從上述討論推導 出來。圖 5 顯示了沿各軸及沿傾斜方向縮放時測得的兩個有 源層電壓趨勢。 ? ? ??利用 AD7879檢測手勢 ? ??AD7879 觸摸屏控制器設計用于與 4 線式阻性觸摸屏接口。除 了檢測觸摸動作外，它還能測量溫度和輔助輸入端的電壓。 所有四種觸摸測量加上溫度、電池、輔助電壓測量，均可以 通過編程寫入其片內序列器。 ??AD7879 結合一對低成本運算放大器，可以執行上述捏合和縮 放手勢測量，如圖 6所示。 ??下面的步驟說明了手勢識別的過程： ??在前半周期中，將一個直流電壓施加于上層（有源 層），并測量X+引腳的電壓（對應于VY+ – VY–），以提 供與Y方向上的運動（接近還是分開）相關的信息。 ??在后半周期中，將一個直流電壓施加于下層（有源 層），并測量Y+引腳的電壓（對應于VX+ – VX–），以提 供與X方向上的運動（接近還是分開）相關的信息。 ??圖 6 所示的電路需要為差分放大器提供保護，防止短接到 VDD。在前半周期中，下方放大器的輸出短接到VDD。在后半 周期中，上方放大器的輸出短接到VDD。為避免這種現象， AD7879的GPIO可以控制兩個外部模擬開關，如圖 7所示。 ? ??這種情況下，AD7879 設置為從機轉換模式，并且僅測量半個 周期。當 AD7879 完成轉換時，產生一個中斷，主處理器重 新設置 AD7879 以測量第二個半周期，并且改變 AD7879 GPIO 的值。第二轉換結束時，兩層的測量結果均存儲在器件 中。 ??旋轉可以通過一個方向上的同時縮放和一個傾斜捏合來模 擬，因此檢測旋轉并不困難。挑戰在于區別旋轉是順時針 （CW）還是逆時針（CCW），這無法通過上述過程來實現。為了 檢測旋轉及其方向，需要在兩層（有源層和無源層）上進行測量，如圖 8 所示。圖 7 中的電路無法滿足之一要求，圖 9 提出了一種新的拓撲結構。 ? ? ??圖 9所示的拓撲結構實現了如下功能： ??半周期 1：電壓施加于Y層，同時測量（VY+ – VY–）、VX–和 VX+。每完成一個測量，AD7879 就會產生一個中斷，以 便處理器改變GPIO配置。