1   電阻型觸摸屏基本原理

電阻型觸摸屏又稱(chēng)為電阻壓力型觸摸屏，它主要利用壓力感應(yīng)進(jìn)行工作。對(duì)于點(diǎn)陣式觸摸屏，為了提高人機(jī)交互的友好性，常在 顯示屏上粘上一層透明的薄膜體，用于檢測(cè)屏幕觸摸輸入信號(hào)，形成觸摸屏。圖1所示是一個(gè)電阻型觸摸屏的橫截面，其結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，由上下相對(duì)放置的兩片玻璃 構(gòu)成，玻璃的內(nèi)表面涂上薄薄一層導(dǎo)電材料，并用一些小玻璃珠將導(dǎo)電表面隔開(kāi)。當(dāng)手指或觸摸筆按壓玻璃表面時(shí)，上層玻璃產(chǎn)生彎曲接觸下層玻璃。這種結(jié)構(gòu)中玻 璃珠間的距離決定了觸摸屏的敏感度，通常這些玻璃非常小 ( 一般小于0.0 01 I mch) 。玻璃珠互相放置得越近，敏感度越小，壓力就要越大，才能使兩層玻璃片可靠接觸。當(dāng)手指接觸屏幕，兩導(dǎo)電層會(huì)出現(xiàn)一個(gè)接觸點(diǎn)，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方 向的5 V均勻電壓場(chǎng)，使得偵測(cè)層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測(cè)到這個(gè)接通后，通過(guò)一個(gè)觸摸屏控制器( A D轉(zhuǎn)換器) 將電源的正、負(fù)極加到一塊玻璃的導(dǎo)電層兩端，并將得到的電壓值與5 V相比，即可得觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)，同理得出X軸的坐標(biāo)，這就是電阻式技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。由于存在機(jī)械誤差和放大因素存在的誤差，在觸摸屏上所繪 制的圖形和液晶屏上的圖形，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的集合會(huì)有所偏差。在觸摸屏上點(diǎn)擊某一按鈕或選擇某項(xiàng)功能時(shí)，內(nèi)置的軟件便無(wú)法對(duì)觸摸屏上的點(diǎn)擊做出正確響應(yīng)，而觸摸屏 具有離散性，任兩個(gè)觸摸屏點(diǎn)密度都不能完全一致，所以幾乎所有帶阻性觸摸屏的設(shè)備在出廠(chǎng)前均要經(jīng)過(guò)一定的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)是一種圖形重建的過(guò)程，即將圖片要經(jīng)過(guò) 變換，換算出與液晶屏相一致的點(diǎn)集合。

校準(zhǔn)方式有兩點(diǎn)校準(zhǔn)、三點(diǎn)校準(zhǔn)、四點(diǎn)校準(zhǔn)法等。其中校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)越多，觸摸屏數(shù)據(jù)越精確。

  

2 觸摸屏校準(zhǔn)算法分析

下面將主要以?xún)牲c(diǎn)和三點(diǎn)校準(zhǔn)法來(lái)分析觸摸屏的校準(zhǔn)算法 。  

2 .1 兩點(diǎn)校準(zhǔn)法 

兩點(diǎn)校準(zhǔn)法即為取觸摸屏中左上角和右下角這兩個(gè)點(diǎn)來(lái)校準(zhǔn)觸摸屏。大多數(shù)的校準(zhǔn)都采取是兩點(diǎn)校準(zhǔn)法，現(xiàn)將兩種常用的兩點(diǎn)校準(zhǔn)法做分析和比較。

2 .1.1第一種兩點(diǎn)校準(zhǔn)法

1) 先觸摸并獲取觸摸屏左上角的坐標(biāo)( lefttopx, lefttopy )。  

2) 再觸摸并獲取觸摸屏右下角的坐標(biāo)( rightbottomx, rightbottomy )。  

3) 計(jì)算水平方向的比率( ratiox) 和垂直方向的比率( ratioy ) ，注意這里的ratiox, ratioy是浮點(diǎn)數(shù)：  

r a t i o x = ( r i g h t b o t t o mx - l e f t t o p x ) ／ ( 觸摸屏的寬度) ；  

r a t i o y = ( r i g h t b o t t o my - l e f t t o p y ) ／ ( 觸摸屏的高度) ；                                                                   4 )假設(shè)液晶屏中的當(dāng)前點(diǎn)的液晶屏坐標(biāo)( X， Y ) ：  

當(dāng)前點(diǎn)的觸摸屏的X坐標(biāo) = X   r a t i o x+ l e f t t o p x；  

當(dāng)前點(diǎn)的觸摸屏的Y坐標(biāo) = Y   r a t i o y+ l e f t t o p y；

2.1.2 第二種兩點(diǎn)校準(zhǔn)法

在觸摸屏的左上角和右下角分別顯示兩個(gè)校 準(zhǔn)圖標(biāo)( 長(zhǎng)為2 0的十字光標(biāo)) ，十字光標(biāo)的交叉點(diǎn)即為校準(zhǔn)點(diǎn)。這樣可以固定好觸摸屏上要校準(zhǔn)的點(diǎn)，可以更加精確的校準(zhǔn)，并且這里利用另一校準(zhǔn)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。該算法實(shí)現(xiàn)為程序第一 次啟動(dòng)時(shí)將會(huì)進(jìn)入校準(zhǔn)模式，出現(xiàn)左上角的十字光標(biāo)，請(qǐng)用戶(hù)觸摸十字交叉的中心，如果觸摸點(diǎn)明顯偏離十字叉 的中心，那么程序會(huì)要求重新校準(zhǔn)。 

1 ) 首先在觸摸屏左上角顯示一長(zhǎng)為2 0的十字光標(biāo)，顏色為黑色。  

2) 觸摸十字光標(biāo)中心的交點(diǎn)，由于存在機(jī)械上的誤差，在觸摸十字中心時(shí)，附近的電壓也會(huì)產(chǎn)生變化，這樣在觸摸屏上可能會(huì)取到很多個(gè)點(diǎn)，所以這里取觸摸屏上得到的前1 6個(gè)點(diǎn)，分別求X軸、Y軸的坐標(biāo)和s u mx、s u my 。  

3) 將寄存器中所求的和s u mx、s u my分別右移4位，由于寄存器中的數(shù)為二進(jìn)制數(shù)，所以右移4位即為除以1 6，可求得1 6個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)的平均值( 在此不可直接除以1 6求值 ) ：

er r x =s u m x >>4  

er r y =s umy >>4 

4) 用所得的兩個(gè)平均值，與觸摸屏所提供的經(jīng)驗(yàn)值比較，若在經(jīng)驗(yàn)值的范圍內(nèi) 則該值為合法的，將該值存入E2 ROM 內(nèi)，這兩個(gè)點(diǎn)即被稱(chēng)為基準(zhǔn)點(diǎn)，輸入的點(diǎn)就通過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。

  

2.2三點(diǎn)校準(zhǔn)法 

三點(diǎn)校準(zhǔn)法較之前面介紹的二點(diǎn)校準(zhǔn)法更為精確。當(dāng)觸摸屏與液晶屏間的角度差很小時(shí)，經(jīng)過(guò)推理可以假設(shè)觸摸屏與液晶顯示器各點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為( 設(shè)液晶顯示器的坐標(biāo)為( XL，YL ) ，觸摸屏的坐標(biāo)為( ×，Y) ) ：

XL = AX+BY+C 

YL = DX+EY+F

因?yàn)橐∪齻€(gè)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，所以存在六個(gè)變量，即要通過(guò)六個(gè)方程式求出液晶顯示器的坐標(biāo)。此處要求三個(gè)點(diǎn)盡量分散，最好為左上角、中間、右下角三點(diǎn)。得 ：

XL1 = AX1+BY1+C

XL2 = AX2+BY2+C

XL3 = AX3+BY3+C

YL1 = DX1+EY1+F

YL2 = DX2+EY2+F

YL3 = DX3+EY3+F

可求 出 A、B、C、D、E、F的值，一旦這些參數(shù)值定下來(lái)，便可利用上面的方程組，通過(guò)觸摸屏上的原始數(shù)據(jù)計(jì)算出它在LCD顯示器上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。

上述聯(lián)立方程組的未知量已求解出，此處不再推導(dǎo)。這里直接跳過(guò)中間步驟得出最后結(jié)論，將K作為各方程式的公 分母，便可得出未知量 ：

K = (X - X3) (Y2  - Y3) - (X2 - X3) (Y - Y3)  

A = (( X L l - X L 3)(Y 2 - Y3) - (X L2 - XL3)(Y1 - Y 3)) ／K  

B = (( X1 - X 3 )( XL2 - X L3) - (X L1 - XL3)( X2 - X 3)) ／K  

C = (Y(( X3XL2  - X2XL3) + Y2(XlXL3 - X3XL1) + Y3(X2XL1 一 X1XL2)) ／ K  

D = ((YL1 - YL3)(Y2 - Y3) - (YL2  - YL3)(Y1 - Y3)) ／K  

E = ((X1 - X3)(YL2  - YL3) - (YLl - YL3)(X2 - X 3)) ／ K  

F = (Yl (X3YL2 - X2YL3) + Y2 (X1YL3 - X3YL1) + Y3(X2YL1 - X1YL2)) ／ K

基于此，通過(guò)三個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)便可確定觸摸屏與液晶屏的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行校準(zhǔn)。

  

3 觸摸屏的校準(zhǔn)舉例

假設(shè)液晶屏( 320 x 240 ) 中有一個(gè)實(shí)心矩形作為按鈕，此實(shí)心矩形的左上角坐標(biāo)是( X1，Y1 ); 右下角的坐標(biāo)是( X2，Y2 ) 。要校準(zhǔn)此觸摸屏, 則須按照下面的4個(gè)步驟 ：  

1 ) 先測(cè)試觸摸屏左上角的坐標(biāo)( lefttopx, lefttopy )。  

2 ) 再測(cè)試觸摸屏右下角的坐標(biāo)( rightbottomx, rightbottomy )。  

3 ) 計(jì)算水平方向的比率( ratiox ) 和垂直方向的比率( ratioy ) ：  

ratiox = ( rightbottomx - lefttopx ) / 320;  

ratioy = (rightbottomy - lefttopy ) / 240;  

4 ) 計(jì)算觸摸屏中此按鈕的左上角坐標(biāo)(buttonx1, buttony1)和右下角坐標(biāo)( buttonx2 ，buttony2 ) ：  

buttonx1 = X1 * ratiox + lefttopx;  

buttony1 = Y1 * ratioy + lefttopy;  

buttonx2 = X2 * ratiox + lefttopx;

buttony2 = Y2 * ratioy + lefttopy;  

5 ) 在機(jī)器程序中判斷從串口接收的觸摸屏的坐標(biāo)數(shù)據(jù)是否在上一步計(jì)算出的觸摸屏按鈕坐標(biāo)的范圍內(nèi)。 由于三點(diǎn)校準(zhǔn)具體的實(shí)現(xiàn)就是將取得的點(diǎn)代入公式即可，這里不在重復(fù)敘述 。

4 結(jié)束語(yǔ)

每個(gè)觸摸屏在使用之前，都要進(jìn)行校準(zhǔn)；用戶(hù)必須將獲取的左上角和右下角坐標(biāo)保存到用戶(hù)自己的FLASH或者其它掉電時(shí)不會(huì)丟失的器件中，便于使用過(guò)程中校正讀取的觸摸屏數(shù)據(jù)如果此信息丟失，必須重新進(jìn)行校準(zhǔn)，重新將左上角和右下角坐標(biāo)保存。  

本文介紹的三點(diǎn)校準(zhǔn)算法是這三種校準(zhǔn)算法中最優(yōu)的，此算法首先確定誤差源, 然后通過(guò)三個(gè)選定點(diǎn)導(dǎo)出觸摸屏的校準(zhǔn)矩陣，并用軟件方法來(lái)實(shí)施點(diǎn)與點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的校準(zhǔn)。掌握這種技術(shù)，對(duì)降低嵌入式系統(tǒng)的成本至關(guān)重要。