北京交通大学：《电路分析》课程教学资源（讲义）05 四线电阻触屏的原理分析

北京交通大学电工电子教学基地电路分析教学组w.y四线电阻触屏的原理分析一、背景触摸屏技术为人们提供了一种直观灵活的与计算机交互的方式。实际的触摸屏是覆盖在显示器表面的、透明的触点检测和定位装置，用它可以确定触摸点在显示区域内的位置坐标。常用的触摸屏技术包括电阻触摸屏、电容触摸屏、红外线触摸屏等。图1触摸屏电阻触摸屏利用压力让两层电阻膜在触点处产生电接触，然后利用电压检测确定触点位置。电阻触摸屏的优点是定位精度好，可以用手和任何物体触压，抗干扰能力强，同时控制简单，价格低廉。电阻触摸屏广泛应用于工业控制等场合。A'HITECHMomCRESTAuto..图2触屏的工业应用界面二.原理电阻触摸屏利用电极在一张电阻膜上产生均匀的、方向一致的电位梯度分布，然后通过检测触点位置的电压来确定在一个方向上的位置坐标。电阻触摸屏有几种略为不同的类型。图3所示为常见的4线电阻屏。电阻屏由硬材料衬底、软材料触摸层、两个导电电阻膜及其中间的隔离支点构成，如图4所示。当用手或触笔按压时，在触点位置两个电阻膜产生电接触。1

北京交通大学 电工电子教学基地 电路分析教学组 w.y. 四线电阻触屏的原理分析 一．背景 触摸屏技术为人们提供了一种直观灵活的与计算机交互的方式。实际的触摸屏是覆盖在 显示器表面的、透明的触点检测和定位装置，用它可以确定触摸点在显示区域内的位置坐标。 常用的触摸屏技术包括电阻触摸屏、电容触摸屏、红外线触摸屏等。 图 1 触摸屏 电阻触摸屏利用压力让两层电阻膜在触点处产生电接触，然后利用电压检测确定触点位 置。电阻触摸屏的优点是定位精度好，可以用手和任何物体触压，抗干扰能力强，同时控制 简单，价格低廉。电阻触摸屏广泛应用于工业控制等场合。 图 2 触屏的工业应用界面 二．原理 电阻触摸屏利用电极在一张电阻膜上产生均匀的、方向一致的电位梯度分布，然后通过 检测触点位置的电压来确定在一个方向上的位置坐标。 电阻触摸屏有几种略为不同的类型。图 3 所示为常见的 4 线电阻屏。电阻屏由硬材料衬 底、软材料触摸层、两个导电电阻膜及其中间的隔离支点构成，如图 4 所示。当用手或触笔 按压时，在触点位置两个电阻膜产生电接触。 1

北京交通大学电工电子教学基地电路分析教学组wy绝缘隔离、柔软塑料片绝缘支点玻璃衬底触笔或手指让两个导电层接触导电层涂层图3四线电阻屏图4电阻膜之间隔离在两个电阻膜的两端按照不同的方向各放置一对平行电极，从电极上引出导线，如图4所示。当在一对电极上施加电压时，电极之间的电阻膜上产生均匀的电压变化梯度。例如图6，在Y+和Y-连接电压源，则在Y+与Y-之间电阻膜上沿着y方向电压均匀变化，如图7所示。当触压上层软膜时，若利用悬空的上层X+或X-电极作为电压检测端，可以检测到触点位置y方向电压，这个电压取决于触点与y方向电极的距离，与x方向位置无关，因此可以确定y方向的坐标。同样道理，在X+与X-电极之间加电压，利用悬空的Y+或Y-作为检测端，也可以检测到触点的x方向电压，确定触点x坐标。因此，经过对触点的两次测量，可以确定触点在显示区域的二维坐标。实际应用中，测量动作在微控制器的控制下自动进行，每次测量只需要很短的时间。因此可以持续不断地检测触摸按下和抬起动作，跟踪触点位置。引出导线X透明电阻膜导电条(电极)玻璃衬底图4四线电阻屏结构从电压检测的角度来看，触点把每个电阻膜分成了两部分，等效为两个电阻，分别为RX+,RX-,RY+和RY-。同时，两个电阻膜连接也有一定接触电阻RT。因此，触摸时构成的等效电路如图6所示。在分析计算时，可以利用这个简单的等效电路来进行。实际应用中，每个电阻膜两个电极之间的总电阻可以容易地测量到。接触点电阻也可以间接测量出来，与按压力度有关。以下的问题讨论中，我们假设每个电阻膜两个电极之间的总电阻均为1于欧姆。即2

北京交通大学 电工电子教学基地 电路分析教学组 w.y. 柔软塑料片 绝缘支点 触笔或手指 让两个导电层接触 导电层涂层 玻璃衬底 绝缘隔离 图 3 四线电阻屏 图 4 电阻膜之间隔离 在两个电阻膜的两端按照不同的方向各放置一对平行电极，从电极上引出导线，如图 4 所示。当在一对电极上施加电压时，电极之间的电阻膜上产生均匀的电压变化梯度。例如图 6，在 Y+和 Y-连接电压源，则在 Y+与 Y-之间电阻膜上沿着 y 方向电压均匀变化，如图 7 所示。当触压上层软膜时，若利用悬空的上层 X+或 X-电极作为电压检测端，可以检测到触 点位置 y 方向电压，这个电压取决于触点与 y 方向电极的距离，与 x 方向位置无关，因此可 以确定 y 方向的坐标。同样道理，在 X+与 X-电极之间加电压，利用悬空的 Y+或 Y-作为检 测端，也可以检测到触点的 x 方向电压，确定触点 x 坐标。因此，经过对触点的两次测量， 可以确定触点在显示区域的二维坐标。 实际应用中，测量动作在微控制器的控制下自动进行，每次测量只需要很短的时间。因 此可以持续不断地检测触摸按下和抬起动作，跟踪触点位置。 Y- X+ X- Y+ 透明电阻膜 导电条 (电极) 引出导线 玻璃衬底 图 4 四线电阻屏结构 从电压检测的角度来看，触点把每个电阻膜分成了两部分，等效为两个电阻，分别为 RX+, RX-, RY+和 RY-。同时，两个电阻膜连接也有一定接触电阻 RT。因此，触摸时构成的 等效电路如图 6 所示。在分析计算时，可以利用这个简单的等效电路来进行。实际应用中， 每个电阻膜两个电极之间的总电阻可以容易地测量到。接触点电阻也可以间接测量出来，与 按压力度有关。 以下的问题讨论中，我们假设每个电阻膜两个电极之间的总电阻均为 1 千欧姆。即 2

北京交通大学电工电子教学基地电路分析教学组W.yRX = RX + RX_ = 1kQRY = RY +RY_ = 1kQX-RxRx+X+R-RyY-图6按压时的等效电路Y++VX+X-Ry+Rx-Rx+RHRyY-vyXWVx图7电压分布与触点等效电路三。问题如图7所示，假定触摸屏覆盖的显示面积的图形分辨率为：水平W=640，垂直H=480，坐标原点位于左下角。检测时，在X+或Y+电极上接正电压，X-或Y-接地。用测量电压的方法确定触点坐标。（1）按下触屏上一点，如何得到该点的几何坐标？假设外加电压Vs，给出分析计算，给出x和y的计算公式。（2）如何测得触点上下层之间的接触电阻RT？给出测量步骤和计算方法。（3）为了监视是否有触屏按压事件发生，需要某种电压检测电路，可以使用一个辅助外部电阻Rs和电压源Vs。假定使用电压源Vs=5V，并假设RX=RY=RT=1千欧姆。要求检3

北京交通大学 电工电子教学基地 电路分析教学组 w.y. Ω=+= = + = Ω + − + − kRYRYRY kRXRXRX 1 1 Y- RY+ RY￾RX+ RX￾RT X+ X- Y+ Y- RY+ RY￾RX+ RX￾RT X+ X- Y+ 图 6 按压时的等效电路 X+ X￾Y￾Y+ RY+ RY￾RX- RX+ RT H y W x X+ X￾Y￾Y+ RY+ RY￾RX- RX+ RT H y W x y V x V 图 7 电压分布与触点等效电路 三．问题 如图 7 所示，假定触摸屏覆盖的显示面积的图形分辨率为：水平 W=640，垂直 H=480， 坐标原点位于左下角。检测时，在 X+或 Y+电极上接正电压，X-或 Y-接地。用测量电压的 方法确定触点坐标。 （1）按下触屏上一点，如何得到该点的几何坐标？假设外加电压 Vs，给出分析计算， 给出 x 和 y 的计算公式。 （2）如何测得触点上下层之间的接触电阻 RT？给出测量步骤和计算方法。 （3）为了监视是否有触屏按压事件发生，需要某种电压检测电路，可以使用一个辅助 外部电阻 Rs 和电压源 Vs。假定使用电压源 Vs=5V，并假设 RX=RY=RT=1 千欧姆。要求检 3

北京交通大学电工电子教学基地电路分析教学组w.y测电压有大于1V变化幅度时（上升或下降均可），认为触摸屏被触压。设计这个电路，计算Rs阻值。（4）为以上分析进行仿真验证。四。实验感兴趣的同学可以联系老师，用一个实际的四线电阻屏测试和体验一下。4

北京交通大学 电工电子教学基地 电路分析教学组 w.y. 4 测电压有大于 1V 变化幅度时（上升或下降均可），认为触摸屏被触压。设计这个电路，计 算 Rs 阻值。 （4）为以上分析进行仿真验证。 四．实验 感兴趣的同学可以联系老师，用一个实际的四线电阻屏测试和体验一下