一種電容式觸摸屏和LCD之間的像素映射方法

韋英

（業(yè)成光電（深圳）有限公司，廣東 深圳 518109）

前言

目前，觸摸屏廣泛用于便攜式設(shè)備，當(dāng)前的主要問(wèn)題是，由于觸摸屏邊沿的電阻流動(dòng)不均勻而導(dǎo)致的不容易找到觸摸板坐標(biāo)與LCD屏幕之間的變化規(guī)則。這就導(dǎo)致了觸摸板坐標(biāo)與LCD屏幕之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系很難實(shí)現(xiàn)，并且顯示錯(cuò)誤的觸摸和LCD的對(duì)應(yīng)信息，相應(yīng)的對(duì)觸摸控制信息也不敏感。在本文中，以AT89C51和ADS7846作為基礎(chǔ)，對(duì)塊式LCD輔助觸摸屏輸入顯示系統(tǒng)的硬件和軟件分別進(jìn)行研究，與觸摸測(cè)量的預(yù)測(cè)和像素相互對(duì)應(yīng)。LCD面板達(dá)到了需要執(zhí)行的對(duì)觸摸板坐標(biāo)的控制功能，也使觸摸控制的靈敏度得到了相應(yīng)的提高。

觸摸屏輸入克服了鍵盤(pán)輸入繁瑣的缺點(diǎn)，逐漸成為手持設(shè)備的主流人機(jī)交互接口。長(zhǎng)期以來(lái)，觸摸屏的應(yīng)用領(lǐng)域一直是電阻式觸摸屏。直到iPhone蘋(píng)果手機(jī)的問(wèn)世，其多點(diǎn)觸控技術(shù)的使用將不同于電阻式觸摸屏的電容式觸控屏的使用推向了一個(gè)全新的領(lǐng)域。隨著觸摸屏的應(yīng)用逐漸廣泛，觸摸屏手機(jī)熱度的不斷提高，具有手機(jī)商機(jī)的廠(chǎng)商開(kāi)始對(duì)大尺寸觸摸屏手機(jī)進(jìn)行大規(guī)模的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。時(shí)至今日，手機(jī)觸摸屏尺寸一般都超過(guò)8.1厘米（3.2英寸），且其顯示分辨率已然達(dá)到800 * 480的水平，由于其優(yōu)點(diǎn)，手機(jī)制造商電容式觸摸屏技術(shù)產(chǎn)生了很大的興趣。

在進(jìn)行大尺寸、高分辨率和電容式觸摸屏手機(jī)的研究時(shí)，為了使用戶(hù)良好的用戶(hù)體驗(yàn)，通過(guò)研究了該技術(shù)的工作原理和數(shù)據(jù)算法，分別對(duì)觸摸屏與LCD之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換提出了改進(jìn)方法。根據(jù)之前的文獻(xiàn)發(fā)明了一種映射方法，該方法適用于電容式觸摸屏和LCD像素。該方法可以校正映射坐標(biāo)，從而引入相關(guān)的補(bǔ)償參數(shù)和補(bǔ)償邊緣誤差，從而有效的解決由該技術(shù)系統(tǒng)引起的相關(guān)邊緣誤差的問(wèn)題，以保證用戶(hù)的電容式觸摸點(diǎn)，包括邊和四個(gè)角。

一、電容式觸摸屏原理

當(dāng)前，電子設(shè)備中常用的觸摸屏技術(shù)分為五類(lèi)，即電阻型，表面電容型，投射電容型，表面聲波型和紅外型。 前三種觸摸屏技術(shù)因其體積小和精度相對(duì)較高而適用于小型便攜式設(shè)備或消費(fèi)電子產(chǎn)品。由表面聲波和紅外相關(guān)技術(shù)制成的應(yīng)用觸摸屏既貴體積又大，是以它們并不適合應(yīng)用在小型便攜式設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品上。所以，我們選擇電容型觸摸屏技術(shù)。

電阻式觸摸屏技術(shù)主要通過(guò)手指將觸摸屏的機(jī)械層進(jìn)行按壓，從而使其產(chǎn)生相應(yīng)的電氣接觸。然而，該技術(shù)對(duì)模糊的手指滑動(dòng)和手勢(shì)識(shí)別來(lái)說(shuō)，還具有許多不成熟的地方。最重要的是，由于其多層機(jī)械結(jié)構(gòu)，電阻式觸摸屏很容易磨損。

表面電容技術(shù)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)ITO（導(dǎo)電玻璃）層，這種導(dǎo)電玻璃層不需要特殊的傳感通道設(shè)計(jì)，且該導(dǎo)電玻璃的周邊只需要連接4條信號(hào)線(xiàn)和接地線(xiàn)，且相應(yīng)的生產(chǎn)難度及成本都可降低。在該結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)將在導(dǎo)電玻璃層周?chē)a(chǎn)生均勻的電場(chǎng)。當(dāng)手指與接觸屏接觸時(shí)，接觸屏上的電容將被充電，并且在觸摸屏上的ITO和手指之間形成足以產(chǎn)生相關(guān)電流的電容耦合，使觸摸屏上的電容發(fā)生變化，控制器只需要測(cè)量四個(gè)角的電流強(qiáng)度，并根據(jù)電流的大小計(jì)算接觸位置。表面電容式觸摸屏由于其易于生產(chǎn)過(guò)程和校準(zhǔn)工作而具有較差的抗干擾性能。由于多點(diǎn)觸控功能不是很清晰且點(diǎn)擊尺寸太大，因此不適合小尺寸手持設(shè)備的設(shè)計(jì)。

二、電容式觸摸屏和LCD之間的像素映射

在觸摸屏的研發(fā)上，為達(dá)到良好的用戶(hù)體驗(yàn)，用坐標(biāo)系來(lái)表達(dá)，電容式技術(shù)設(shè)計(jì)的觸摸屏模塊（CT-PM）和液晶顯示模塊（LCM）必需很好地結(jié)合起來(lái)。盡管CTPM與LCM的坐標(biāo)系統(tǒng)之間有著很大的差別，但一般而言，WVGA屏幕的像素以800×480為主，即每800行480個(gè)RGB像素。該位置由像素點(diǎn)（x，y）確定，其是X方向和Y方向，即LCM的像素坐標(biāo)由其分辨率確定。另一方面，CTPM從X和Y方向的原始物理尺寸獲得坐標(biāo)系。在電容式觸摸屏和LCD之間合理的映射方法能夠保證在兩個(gè)坐標(biāo)系之間的輸入和輸出的準(zhǔn)確性。

全觸屏設(shè)備的LCD都具有相對(duì)較高的物理分辨率。對(duì)于LCD上坐標(biāo)位置的確定，能夠通過(guò)行和列（x，y）的像素來(lái)進(jìn)行坐標(biāo)的定位。盡管在CTPM中像素點(diǎn)的數(shù)量不是很多，但是可以通過(guò)計(jì)算”X-Y”坐標(biāo)來(lái)定位觸摸位置。

三、觸點(diǎn)坐標(biāo)與觸摸屏控制功能對(duì)應(yīng)定位的確定

為了更好地找到LCD顯示區(qū)的坐標(biāo)范圍和觸點(diǎn)，根據(jù)LCD的顯示功能和LCD上顯示的信息控制字符格式，可以合理選擇相應(yīng)的水平線(xiàn)和垂直線(xiàn)。根據(jù)觸摸區(qū)域，可以提供LCD顯示和觸摸屏控制功能，從而可以找到LCD的相應(yīng)觸摸屏控制區(qū)域。給出測(cè)量值和相應(yīng)的數(shù)值范圍。依照電容式觸摸屏上點(diǎn)坐標(biāo)在實(shí)踐中的測(cè)量及其數(shù)據(jù)分析，從而獲得與LCD屏幕上的像素點(diǎn)用坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)應(yīng)。

用戶(hù)定義的觸摸鍵，在編程時(shí)，首先根據(jù)串口輸出數(shù)據(jù)確定觸摸點(diǎn)x/y的坐標(biāo)值。當(dāng)觸摸點(diǎn)x和y分別大于定義的左上x(chóng)坐標(biāo)值和定義的左上y坐標(biāo)值時(shí)，它們小于定義的右下x坐標(biāo)值和定義的右下y坐標(biāo)值。 這確認(rèn)了觸摸時(shí)可以定義的按鈕范圍，并使程序觸摸調(diào)用按鈕的按鍵功能。相反，此觸摸點(diǎn)將無(wú)效。

應(yīng)當(dāng)注意，坐標(biāo)值從觸摸屏的x方向上的較大值轉(zhuǎn)換為y方向上的較小值，并且從y方向上的較小值轉(zhuǎn)換為特定范圍中的較大值，且坐標(biāo)值基本上呈線(xiàn)性變化。然而，由于電容式觸摸屏的邊緣區(qū)域x方向輸出的電阻和y方向輸出的電阻變化在很大程度上是非線(xiàn)性的，為了更準(zhǔn)確的校準(zhǔn)顯示電容式觸摸屏的坐標(biāo)，線(xiàn)性變化規(guī)則被廣泛采用，在邊緣區(qū)域我們采用查表的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)定。

結(jié)束語(yǔ)

在本文中，我們結(jié)合液晶顯示器上不同的像素陣列，分別對(duì)電容式設(shè)計(jì)觸摸屏原理、電容式設(shè)計(jì)觸摸屏和LCD之間的像素映射分別進(jìn)行分析，并通過(guò)觸點(diǎn)坐標(biāo)與觸摸屏控制功能對(duì)觸摸點(diǎn)的定位的進(jìn)行確定。除了調(diào)整觸摸屏的觸點(diǎn)筆之外，通過(guò)調(diào)整LCD的源電極數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器、IC的內(nèi)置功能和數(shù)據(jù)信號(hào)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的控制，可以有效地提高外部噪聲對(duì)觸摸屏的靈敏度。

為了實(shí)現(xiàn)觸摸屏控制，通過(guò)組合液晶和顯示器，改變液晶面板和觸摸屏之間的坐標(biāo)，從而提高觸摸屏的反應(yīng)速度，便捷的實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制。想要更好地發(fā)現(xiàn)LCD在觸摸屏的顯示區(qū)域和觸摸點(diǎn)的線(xiàn)性坐標(biāo)范圍，根據(jù)LCD的觸摸屏顯示功能和LCD上信息應(yīng)用控制字符格式的方式，由于邊緣錯(cuò)誤，從而在大范圍內(nèi)采用線(xiàn)性變化規(guī)則（X和Y的規(guī)律不同），在邊緣區(qū)域我們采用查表的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)定，從而比較準(zhǔn)確地標(biāo)定顯示觸摸屏坐標(biāo)。