移動設備似乎都有觸摸屏顯示器，而且通常還有許多其他傳感器。了解底層技術可以幫助您評估這些設計中不可避免的權衡?，F代游戲，醫療和移動設備主要由集中顯示器為主要用戶界面提供觸摸感應。然而，這些產品中的大多數是可以受益于多種類型的傳感器以確定位置，運動和其他環境條件的系統。使用模型和響應配置文件決定了可以使用的觸摸界面的類型。將提供可用的傳感器類型，開發和應用支持，產品實施問題以及分級可用性。

觸摸傳感器

有許多可用的觸摸傳感器接口和技術。有些是針對大面積應用的，或者需要線纜式電源才能執行。移動空間是這些接口的新“卷”區域。移動空間指南包括17英寸以下的顯示，電池操作，斷電模式，毫秒響應時間以及設備上一次只有一個用戶。這些要求將主流觸摸技術縮小為三種類型：電阻式，投射式電容式和表面電容式。表1中顯示了這三種技術的概述。

電阻投射帽表面裸露手指是是是手套或手寫筆是是否可密封框架是是否耐久性公平優秀良好穩定性優異優異良好透光率75％-88 ％《90％88％-93％Multi-Touch Capable否是是表1：觸摸傳感器的類型。

電阻式觸摸是最古老，最簡單的技術之一。觸摸屏基于柔性導電層（通常涂覆有氧化銦錫［ITO］），其在另一ITO導電層上方間隔開。當頂層彎曲或凹陷時，它與底層接觸，然后產生局部電壓變化。感測電壓變化的位置，并確定觸摸的位置，如圖1所示。這是一種高精度技術，因為頂層的彎曲可以來自大區域物體，如戴手套的手指，或非常小的區域，如手寫筆的末端。該技術還允許頂層的邊緣被密封，從而允許天氣和灰塵/異物抵抗。 Digi-Key提供十個供應商提供的電阻式觸摸控制IC - Analog Devices，Inc.，Atmel，Integrated Device Technology（IDT），Maxim，Microchip Technology，National Semiconductor，ROHM Semiconductor，Semtech，STMicroelectronics和Texas Instruments（TI）。用于顯示系統的電阻式觸摸IC，包括手機使用的電阻式觸摸IC，都由開發系統支持，可以訪問數據管道的所有階段。 ADI公司的EVAL-AD7877EBZ-ND等開發系統包括軟件，電纜，觸摸傳感器，控制電子元件和顯示器。這些系統允許應用程序開發和傳感器的實時測試。電阻式觸摸系統的高速度，除了具有密封顯示器的能力，當屏幕上有濕氣或流體時持續運行，以及牢固的非意外觸摸，使得電阻式觸摸成為工業控制和醫療電子設備的首選技術。

圖1：電阻式觸控面板。 （Planar Systems提供）。

投射式電容式觸控是另一項可以應對天氣，灰塵和手套觸摸的技術。該技術通過使用層壓在兩層保護玻璃之間的傳感器網格來工作。傳感器網格帶電并將電場投射到頂部玻璃表面之外。傳感器電路檢測來自玻璃前面的觸摸物體的場變化，而無需物理接觸傳感器網格（參見圖2）。該技術可以使用防破壞材料并且還支持使用觸筆。雖然這種技術像電阻一樣強大，但速度并不快。它確實支持多點觸控和手勢識別。由于投射電容式觸摸傳感器網格沒有像電阻式觸摸那樣功率下降，因此該技術可在1.7至2.5 V范圍內工作，而電阻式觸摸則在3.3至5 V范圍內工作。這些器件的應用和開發套件供應商與電阻式觸摸高度重疊，包括ADI公司，Atmel，賽普拉斯半導體公司，飛思卡爾半導體公司，集成器件技術公司，Maxim公司，Parallax公司，ROHM半導體公司和意法半導體。投影電容式控制IC的架構如圖3所示，以及Microchip Technology的相關開發套件（部件號DM160211）。

圖2：投射電容式觸摸（PCT）面板的構造。 （由Zytronic Corporation提供）。

圖3：投射電容式觸摸屏傳感技術的架構，Microchip Technology的mTouch TM 及其相關的開發套件。 （由Microchip Technology提供）。

表面電容是“最輕的觸摸”技術，因為它需要最少的力來記錄“觸摸”。這種技術是顯示器外表面上三個中唯一的一個，并且結果，具有最高水平的透明度和亮度，折衷最容易受到機械損傷。該技術通過使顯示器的外玻璃涂覆有導電層（通常為ITO）來工作，如圖4所示。將電極放置在面板的邊緣周圍，并在導電層上施加低電壓以產生均勻的電場。面板上的觸摸從顯示器的每個角落吸取電流。然后，控制IC通過電流計算觸摸的位置。該技術支持多點觸控和手勢，但需要裸露手指觸摸的電容差分，并且不適用于手寫筆或帶手套的手等物體。由于邊緣導體，該技術不允許密封顯示，因此在液體和高污染物的情況下它不起作用。最后兩個限制 - 手套和液體 - 是該技術不適用于醫療應用的主要原因。 STMicroelectronics的STM8/128-EV/TS等開發系統包括軟件，電纜，電源，觸摸傳感器，控制電子設備和顯示器。這些系統允許應用程序開發，包括分辨率，手勢和多點觸控功能。

圖4：表面電容式觸控面板。 （Planar Systems提供）。

其他傳感器

在移動領域，新設備已經打開了用戶界面（UI）以外的控件，而不是屏幕上顯示的控件。對于游戲，手機和自定義掃描設備，方向和移動是軟件控制的關鍵部分。圖5顯示了現代手機以及作為系統一部分的MEMS和傳感器。典型的定位傳感器是陀螺儀，加速度計，磁力計，數字羅盤和航位推算模塊。對于醫療，工業控制和家庭自動化應用，觸摸顯示系統可以包括壓力傳感器，溫度傳感器以及顏色和光學傳感器。這些傳感器類別包括成像傳感器，灰塵和濕度傳感器，氣體傳感器，沖擊和應變傳感器以及振動/能量收集傳感器。

圖5：帶有MEMS和傳感器的手機系統。 （由Yole Development提供）。傳統上，當使用這些類型的傳感器創建設計時，唯一的接口是系統中的微控制器和微處理器。傳感器可用的接口通常決定核心處理器上可用的接口。通過系統中的顯示，可以進行權衡。顯示屏上的觸摸界面是系統的有效“主控臺”;它是中斷驅動的，并使用最高優先級的通道進入處理器。控制芯片的觸摸接口可用作JTAG，SPI和標準串行端口接口，通常是更高速的數據路徑。

圖6：賽普拉斯CY3280觸摸傳感器開發套件。 （賽普拉斯半導體公司提供）。

當系統中包含其他傳感器時，必須使用與“控制臺”接口兼容的接口。必須考慮其他設備的定時，數據速率和數據傳輸調度，并驗證數據總線合規性和軟件應用程序兼容性。通常，系統固件作為自主控制臺和控制器運行，因此附加傳感器是系統中唯一的反饋。通過包含觸摸界面，接口路徑現在必須在其上運行多個設備。開發系統，如賽普拉斯半導體公司提供的系統，如圖6所示，允許應用程序代碼開發以及與其他傳感器和系統的集成。開發系統可以支持多種微控制器選項。

系統權衡

額外的傳感器有多種形式 - 裸傳感器，帶控制的傳感器和完整的傳感器子系統。最低的元件成本是裸傳感器（見圖7）。裸傳感器具有模擬輸出，必須進行數據轉換，然后由中央處理器處理和解釋。裸傳感器組件是連續時間元件，基于處理器的系統需要采樣數據離散時間接口。

帶控制系統的傳感器允許控制電子設備為系統產生數字輸出并處理傳感器的校準。此設置消除了傳感器的連續時間方面，并允許控制系統以異步或同步模式運行。這些傳感器電子元件的數據大小和分辨率應與觸摸電子元件的數量級和分辨率相同。通常，這些獨立傳感器具有可產生8位至24位結果的信號處理IC。如果這些結果以毫秒數據速率提供，類似于觸摸控制，則需要調度軟件和本地緩沖區來緩存多種類型的數據，以便它們以有序的方式到達核心處理器。具有控制系統的傳感器傾向于在數據轉換器邏輯上具有簡單的輸出寄存器組，并保持設備的校準數據。這意味著傳感器的連續循環需要清除傳感器上的本地數據并轉移到數字核心進行處理。

圖7：預先安裝的未補償壓力芯片的示例。 （由TDK EPC傳感器業務集團提供）。

這些傳感器的最終形式是完整模塊。在模塊級別，您可以獲得傳感器，控制電子元件和本地緩沖存儲器。這種格式最容易與觸摸傳感器系統集成，因為有非核心內存可用于解決時序問題。然而，完整的模塊具有最高的組件成本。這個成本可以通過提高系統性能和減少項目開發時間來抵消。

時間問題

這些多傳感器系統的一些權衡，如手機或平板電腦，與時間有關關于正在運行的應用程序的傳感器數據的數據。設備操作系統與數據如何到達有很大關系，以及應用程序必須處理的細節數量。通信和計算設備中的操作系統傾向于避免來自傳感器的任何異步信號路徑。相反，它們在連續時間基礎上生成，量化，然后發送到存儲器/寄存器，以便在主數據總線上以同步方式傳輸。這些信號中的一些還產生優先級中斷，指示系統的位置或活動變化。除數據外，溫度和其他環境傳感器還可能產生中斷。然后系統處理這些信號以確定是否應該關閉設備以進行保護。對于具有多個傳感器的系統，當前的同步解決方案是對所有系統使用輪詢基礎，并且在輪詢序列中，可以多次調用觸摸UI。

觸摸時某些其他傳感器的位置不兼容系統使用可能是一個主要問題。磁力計和電子羅盤與表面和投射電容式觸摸系統產生的電場以及LCD背光源的電源驅動器附近存在一些沖突。其他具有放置問題的傳感器是溫度傳感器，需要遠離驅動電子設備放置表面電容和電阻顯示器。這些驅動電子設備往往比顯示器的其他部件更熱，并為溫度傳感器創建錯誤的配置文件。

觸摸界面的全部要點是允許簡化的GUI，以便快速選擇新模式或嵌入式功能模式。項目系統可以完全原型化，允許應用程序和OS軟件在多開發人員工具包環境中運行。這些開發工具的關鍵功能之一是幫助減少應用中觸摸系統的延遲。為了降低成本，大多數系統都是使用觸摸屏和模塊級MEMS或傳感器開發的。在開發初始配置之后，如果存在時序余量，則將數據加載到中央存儲器以及應用程序是否仍在運行時，可以將模塊系統退回到成本較低的傳感器/控制邏輯設計。這使得單個設備和開發套件的可用性成為設計流程的關鍵部分。

原型創建

觸摸和多傳感器系統對原型的最終形式，適合性和功能的挑戰超過了標準系統。不能使用選擇標準項目框之類的東西。塑料太厚而且會破壞有源電容式觸摸系統的邊緣驅動，或者它是一個金屬盒，它會阻擋磁力計，指南針或航位推算系統的信號。

氣流對于這些系統至關重要，因為顯示功能通?！伴_啟”并產生恒定的電場和熱量。因此，將壓力傳感器放置在不會吸收通風氣流的地方至關重要。最終的原型，如圖8所示，往往是多個堆疊的PCB，顯示器位于頂部，觸摸屏下方的板邊緣上的連接器組。

圖8：原型觸摸系統。 （由東京電子通信大學提供）。