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电容式多点触摸技术的研究与实现

作　者: 李兵兵
导　师: 黄子强
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 投射电容式感应检测结构设计坐标定位多点触摸
分类号: TP334.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

触摸屏作为一种人机交互式的输入设备,在工业、个人电子电器、娱乐等许多场合和领域得到了广泛的应用。电容式触摸屏是其中的一种,它是采用人体的电流感应进行工作的触摸屏。其构造主要是在玻璃屏上涂上透明的导电物质,再在导体层外加上一块保护玻璃,双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。电容式触摸屏具有响应时间短、使用寿命长和透过率高等诸多优越性能,正在快速成为市场主流触摸屏。随着苹果iPhone的横空出世,实现多点触摸交互成为新一代触摸屏的必然趋势。就表面式电容触摸屏和投射式电容触摸屏而言,表面式电容触摸屏在同一时间无法感应到多点触摸,而投射式电容触摸屏在玻璃背面设计一种结构比较复杂的涂层,可以实现。对于投射式电容触摸屏来说,关键问题是在于采用非常稳健可靠的感测电路、设计合适的感应层结构、开发相应的坐标定位以及多触点设别算法来提高可靠性并降低成本。然而,这些技术的供应商极少,相关专利却又相当多,为市场新进者造成了巨大障碍。本文介绍了一种基于张弛振荡原理的电容触摸感测方案,并对不同感应层结构的投射式电容触摸技术进行了深入的研究,尤其是在坐标定位与多触点识别方面。针对菱形结构的投射式电容触摸屏,提出了一种新的坐标定位算法即根据相邻感应单元的电容变化差值来计算,并且通过实际测量数据验证了其触摸定位的准确性,且这种定位算法可以在一定的范围内调节触摸屏的分辨率,并由此提出了感应单元在设计时的尺寸要求,利用多次采样求平均值法减小了采集数据的波动,采用“极大值”法区别单点与两点触摸,并设定阈值判定是否为有效触摸,根据触摸动作的先后顺序排除了伪坐标的可能,最终实现了两点触摸。与此同时,还设计了一种单层的三角形结构的投射式电容触摸屏,并分析得出了相应的触点坐标定位方法,通过将触摸屏进行矩阵化也实现了多点触摸。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-19
  1.1 触摸屏技术的概述  10-14
    1.1.1 表面声波式触摸屏  10-11
    1.1.2 电阻式触摸屏  11-12
    1.1.3 电容式触摸屏  12-13
    1.1.4 红外式触摸屏  13
    1.1.5 新概念型触摸屏  13-14
  1.2 电容式触摸屏的发展及现状  14-16
  1.3 本课题的背景与意义  16-17
  1.4 本论文的主要内容  17-19
第二章电容式触摸屏的理论  19-25
  2.1 电容触摸感应原理  19-20
  2.2 投射式电容触摸屏的基本结构  20-21
  2.3 投射式电容触摸屏的扫描方式  21
  2.4 投射式电容触摸屏的电路结构  21-22
  2.5 投射式电容触摸屏的坐标计算原理  22-24
    2.5.1 触摸屏坐标定位原理  22-23
    2.5.2 线性度的计算方法  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第三章电容感应检测方式  25-33
  3.1 构成张弛振荡器频率或周期测量方式  25-26
  3.2 固定频率下充电放电的电荷检测方式  26-29
  3.3 开关电容等效阻抗测量方式  29-31
    3.3.1 CSA 逐次逼近电容感应测量方式  29-30
    3.3.2 CSD Sigma Delta 调制电容感应测量方式  30-31
  3.4 本章小结  31-33
第四章菱形结构式的投射电容触摸屏  33-57
  4.1 菱形结构式投射电容触摸屏的器件设计  33-35
    4.1.1 感应块的图案形状选择  34-35
    4.1.2 感应块的尺寸及密集度的设计  35
  4.2 菱形结构式投射电容触摸屏的电路设计  35-38
    4.2.1 微处理器电路设计  36-37
    4.2.2 电源电路设计  37
    4.2.3 串口通信电路设计  37-38
    4.2.4 JTAG 调试电路设计  38
  4.3 菱形结构式投射电容触摸屏的坐标定位算法设计  38-41
    4.3.1 坐标定位的推论  38-39
    4.3.2 感应单元电容变化值的测量  39-40
    4.3.3 坐标定位算法的验证  40-41
  4.4 菱形结构式投射电容触摸屏的软件设计  41-53
    4.4.1 初始化模块  42-43
      4.4.1.1 时钟、I/O 的设置  42
      4.4.1.2 UART 的基本配置及初始化  42
      4.4.1.3 CD 转换的基本配置及初始化  42
      4.4.1.4 触摸屏的数据结构设计及初始化  42-43
    4.4.2 数据采集模块  43-44
    4.4.3 数据处理模块  44-50
      4.4.3.1 单点/两点触摸判定分析  44-45
      4.4.3.2 极大值的求取方法  45-46
      4.4.3.3 触点定位算法分析  46-48
      4.4.3.4 剔除伪触点的方案  48-49
      4.4.3.5 触摸定位的流程  49-50
    4.4.4 数据发送模块  50
    4.4.5 外围数据的校准及处理  50-53
      4.4.5.1 坐标的变换  50-52
      4.4.5.2 手势指示的数据处理  52-53
  4.5 菱形结构式投射电容触摸屏的效果演示  53-55
  4.6 本章小结  55-57
第五章三角形结构式的投射电容触摸屏  57-61
  5.1 触摸屏的模型设计  57-58
  5.2 触点的定位方法  58-59
  5.3 单点到多点触摸的实现  59-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章结论  61-63
  6.1 工作总结  61-62
  6.2 工作展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67
攻读硕士学位期间的研究成果  67-68

电容式多点触摸技术的研究与实现

内容摘要

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