显示/光电技术中的带多点触控功能的电容式触摸屏方案
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2020-11-07
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显示显示/光电技术中的带多点触控功能的电容式触摸屏方案光电技术中的带多点触控功能的电容式触摸屏方案
触摸屏技术已经存在了30多年，人们对在屏幕上指指画画也早已不感觉新鲜，但正当人们对触摸屏的审美疲劳
达到了视而不见的程度时，iPhone的横空出世让触摸屏重新成为被关注的焦点。人们惊奇地发现，在触摸屏上
用多个手指操作是如此地符合自己与生俱来的习惯。如果说单点输入是由于技术的限制而让人被迫去适应机
器，那多点输入的诞生就真正做到了以人为本。 从用户输入界面来看，多点触控并非创举。早在1982年，
多伦多大学的一个科研项目中就提出了多点输入的用户界面，在当时的项目中，由于使用了相机成像的技术，
任意点的触摸都可以同时被感应到。那么，为什么当多点触控出现在手持消费品上就如此受人追捧呢？首先，
一种技术能
触摸屏技术已经存在了30多年，人们对在屏幕上指指画画也早已不感觉新鲜，但正当人们对触摸屏的审美疲劳达到了视
而不见的程度时，iPhone的横空出世让触摸屏重新成为被关注的焦点。人们惊奇地发现，在触摸屏上用多个手指操作是如此
地符合自己与生俱来的习惯。如果说单点输入是由于技术的限制而让人被迫去适应机器，那多点输入的诞生就真正做到了以人
为本。
从用户输入界面来看，多点触控并非创举。早在1982年，多伦多大学的一个科研项目中就提出了多点输入的用户界面，
在当时的项目中，由于使用了相机成像的技术，任意点的触摸都可以同时被感应到。那么，为什么当多点触控出现在手持消费
品上就如此受人追捧呢？首先，一种技术能应用在大量生产的消费产品上，就证实了该技术的成熟度。电容式触摸感应是一种
应用广泛、历久不衰的技术。其次，在消费产品上的应用，也表明了该技术的平民身价，它不是摆在橱窗中供人观赏、让人望
尘莫及的技术，而是人人皆可拥有。最后，多点触控解决了手持设备发展的一个日益突出的矛盾，即设备功能越来越复杂而操
作方式却千篇一律，用户往往需要多次按键才能完成一次有效的操作。多点触控带来了更多的选择，抓取、拖曳、缩放、旋
转，所有这些都可以一气呵成。
赛普拉斯半导体公司一直致力于电容式触摸感应方案，其可编程片上系统(PSoC)已经被广泛应用于手机、家电等的电容
式感应按键应用上。根据市场的需求，赛普拉斯也不失时机地推出了具有多点触控功能的电容式触摸屏解决方案。
多点触控的概念
主流的触摸屏分为电阻式触摸屏、表面电容式(Surface Capacitance)触摸屏、感应电容式(Projected capacitance)触摸
屏、声表面波式触摸屏、红外线式触摸屏等。其中，红外线式和感应电容式触摸屏能够支持多点触控，前者由于尺寸限制和线
性度不高，尚不能满足消费类产品的要求，而感应电容式触摸屏因其相对可接受的成本以及良好的线性度和可操作性，是目前
主流的多点触控技术。
多点触控的定义来自应用，即利用多个点同时作用在平面上完成某个特定的操作，比如缩放。但是，为了实现多点触控，
当一个以上的手指作用在触摸屏上时，控制器是否需要知道每个手指的具体位置呢？答案是否定的。在技术实现的角度上来
讲，多点触控可被进一步区分为多点检测和多点解析。所谓多点检测，是指能够检测到有多个点被触摸到，但不一定需要知道
每一个点的确切位置。但多点解析则不仅能检测到多点触摸，还可以比较精确地知道每个点的确切位置。目前多点触控的应
用，体现为对用户手势的识别从而产生相应的动作，多点检测即可以支持足够多的手势输入。当然，多点解析可以识别更多的
手势，在应用设计中也具有更高的灵活性，但是它需要付出比前者更多的成本。
赛普拉斯的感应电容式触摸屏方案
PSoC是由赛普拉斯半导体公司推出的具有数字和模拟混合处理能力的可编程片上系统芯片，某些系列的PSoC(如
CY8C21X34系列)由于其内部配备的特殊资源，可以很容易地实现电容式触摸感应功能。它们仅需少量的外部分立元件，就可
以将每一个通用的I/O都配置为电容感应输入。
不管是电容式还是电阻式触摸屏，都依赖于一种透明的导电体材料，即铟锡氧化物(ITO)。感应电容式触摸屏在玻璃或其
他透明基底上用ITO做出X-Y矩阵图形(图1)，这些图形就是电容式感应所需要的电极。利用ITO的导体特性产生原始的寄生电
容，当手指接近某个感应电极时，相当于在原来的电容基础上并联了新的电容，从而使感应电极对地(扫描某个特定电极时，
其它电极被接到地上)的电容发生变化。通过在PSoC内部搭建电路，并用内建8位处理器的程序来控制电路的运作，就可以把
电容的变化转化成计数值的变化。PSoC根据每个感应电极上的电容变化量计算出X和Y方向的精确坐标，分辨率随着电极数和
电极之间的中心距离而变化。
图1：感应电容式触摸屏的ITO图形。
ITO的透光度与表面阻抗成正比，即透光度越高，表面阻抗越大，但在透光度一定的情况下，ITO的图形设计也对阻抗有
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