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)前的主要問題是，由于觸摸屏邊沿的電阻流動不均勻而導(dǎo)致的不容易找到觸摸板坐標與LCD屏幕之間的變化規(guī)則。這就導(dǎo)致了觸摸板坐標與LCD屏幕之間的對應(yīng)關(guān)系很難實現(xiàn)，并且顯示錯誤的觸摸和LCD的對應(yīng)信息，相應(yīng)的對觸摸控制信息也不敏感。在本文中，以AT89C51和ADS7846作為基礎(chǔ)，對塊式LCD輔助觸摸屏輸入顯示系統(tǒng)的硬件和軟件分別進行研究，與觸摸測量的預(yù)測和像素相互對應(yīng)。LCD面板達到了需要執(zhí)行的對觸摸板坐標的控制功能，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輸入繁瑣的缺點，逐漸成為手持設(shè)備的主流人機交互接口。長期以來，觸摸屏的應(yīng)用領(lǐng)域一直是電阻式觸摸屏。直到iPhone蘋果手機的問世，其多點觸控技術(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全新的領(lǐng)域。隨著觸摸屏的應(yīng)用逐漸廣泛，觸摸屏手機熱度的不斷提高，具有手機商機的廠商開始對大尺寸觸摸屏手機進行大規(guī)模的開發(fā)和生產(chǎn)。時至今日，手機觸摸屏尺寸一般都超過8.1厘米（3.2英寸），且其顯示分辨率已然達到800 * 480的水平，由于其優(yōu)點，手機制造商電容式觸摸屏技術(shù)產(chǎn)生了很大的興趣。

在進行大尺寸、高分辨率和電容式觸摸屏手機的研究時，為了使用戶良好的用戶體驗，通過研究了該技術(shù)的工作原理和數(shù)據(jù)算法，分別對觸摸屏與LCD之間的坐標轉(zhuǎn)換提出了改進方法。根據(jù)之前的文獻發(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，從而引入相關(guān)的補償參數(shù)和補償邊緣誤差，從而有效的解決由該技術(shù)系統(tǒng)引起的相關(guān)邊緣誤差的問題，以保證用戶的電容式觸摸點，包括邊和四個角。

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，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較高而適用于小型便攜式設(shè)備或消費電子產(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)主要通過手指將觸摸屏的機械層進行按壓，從而使其產(chǎn)生相應(yīng)的電氣接觸。然而，該技術(shù)對模糊的手指滑動和手勢識別來說，還具有許多不成熟的地方。最重要的是，由于其多層機械結(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)非常簡單，只能實現(xiàn)一個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，且該導(dǎo)電玻璃的周邊只需要連接4條信號線和接地線，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)電玻璃層周圍產(chǎn)生均勻的電場。當(dāng)手指與接觸屏接觸時，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，控制器只需要測量四個角的電流強度，并根據(jù)電流的大小計算接觸位置。表面電容式觸摸屏由于其易于生產(chǎn)過程和校準工作而具有較差的抗干擾性能。由于多點觸控功能不是很清晰且點擊尺寸太大，因此不適合小尺寸手持設(shè)備的設(shè)計。

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，為達到良好的用戶體驗，用坐標系來表達，電容式技術(shù)設(shè)計的觸摸屏模塊（CT-PM）和液晶顯示模塊（LCM）必需很好地結(jié)合起來。盡管CTPM與LCM的坐標系統(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RGB像素。該位置由像素點（x，y）確定，其是X方向和Y方向，即LCM的像素坐標由其分辨率確定。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坐標系之間的輸入和輸出的準確性。

全觸屏設(shè)備的LCD都具有相對較高的物理分辨率。對于LCD上坐標位置的確定，能夠通過行和列（x，y）的像素來進行坐標的定位。盡管在CTPM中像素點的數(shù)量不是很多，但是可以通過計算”X-Y”坐標來定位觸摸位置。

三、觸點坐標與觸摸屏控制功能對應(yīng)定位的確定

為了更好地找到LCD顯示區(qū)的坐標范圍和觸點，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)的水平線和垂直線。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。給出測量值和相應(yīng)的數(shù)值范圍。依照電容式觸摸屏上點坐標在實踐中的測量及其數(shù)據(jù)分析，從而獲得與LCD屏幕上的像素點用坐標進行對應(yīng)。

用戶定義的觸摸鍵，在編程時，首先根據(jù)串口輸出數(shù)據(jù)確定觸摸點x/y的坐標值。當(dāng)觸摸點x和y分別大于定義的左上x坐標值和定義的左上y坐標值時，它們小于定義的右下x坐標值和定義的右下y坐標值。 這確認了觸摸時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，此觸摸點將無效。

應(yīng)當(dāng)注意，坐標值從觸摸屏的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，且坐標值基本上呈線性變化。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性的，為了更準確的校準顯示電容式觸摸屏的坐標，線性變化規(guī)則被廣泛采用，在邊緣區(qū)域我們采用查表的方法來進行測定。

結(jié)束語

在本文中，我們結(jié)合液晶顯示器上不同的像素陣列，分別對電容式設(shè)計觸摸屏原理、電容式設(shè)計觸摸屏和LCD之間的像素映射分別進行分析，并通過觸點坐標與觸摸屏控制功能對觸摸點的定位的進行確定。除了調(diào)整觸摸屏的觸點筆之外，通過調(diào)整LCD的源電極數(shù)據(jù)驅(qū)動器、IC的內(nèi)置功能和數(shù)據(jù)信號信號驅(qū)動的控制，可以有效地提高外部噪聲對觸摸屏的靈敏度。

為了實現(xiàn)觸摸屏控制，通過組合液晶和顯示器，改變液晶面板和觸摸屏之間的坐標，從而提高觸摸屏的反應(yīng)速度，便捷的實現(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)域和觸摸點的線性坐標范圍，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，由于邊緣錯誤，從而在大范圍內(nèi)采用線性變化規(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進行測定，從而比較準確地標定顯示觸摸屏坐標。