ADI:AD7879 控制器支撑在阻性接触 屏上完成手势辨认

文章转自ADI官网，版权归属原作者一切

关于各种消费、医疗、轿车和工业设备，增强的低本钱触控式用户界面是一个极具价值的特性。在许多消费电子运用中，规划师倾向运用容性接触屏，而不肯运用阻性接触技能，原因是前者能够盯梢手指，好像能够供给更友爱的用户交互体会。现在，低本钱阻性技能的运用商场包含：只需求单点触控、至关重要的极端准确的空间分辨率、运用触控笔来完结特定功用（如亚洲言语符号辨认等），或许用户有必要戴手套的场合。

尽管阻性技能传统上是用来检测屏幕上单点接触的方位，但本文提出了一个立异的两点接触概念，它运用阻性接触屏操控器AD7879在廉价的阻性接触屏上检测最常见的双指手势（缩放、捏合和旋转）。

阻性接触屏的经典办法

典型的阻性接触屏包含两个平行的氧化铟锡 (ITO)导电层，中心的空隙将两层分隔（图1）。上层(Y)的边际电极相关于基层(X)的边际电极旋转90°。当对屏幕的一个小区域施加压力，使这两层发作电气接触时，就发作了”接触”现象。假如在上层的两个电极之间施加一个直流电压，而基层悬空，则接触将使基层取得与接触点相同的电压。判别上层方向接触坐标的办法是丈量基层的电压，以便确认接触点处的电阻占总电阻的比值。然后交流两层的电气衔接，取得接触点在另一个轴上的坐标。

衔接直流电压的层称为’有源‘层，电流与其阻抗成反比。丈量电压的层称为无源层，无相关电流流经该层。发作单点接触时，在有源层中构成一个分压器，无源层电压丈量经过一个模数转化器读取与接触点和负电极之间的间隔成份额的电压¹.

由于本钱低价，传统的4线阻性接触屏深受单点触控运用的欢迎。完结阻性多点触控 的技能有多种，其间总是会用到一个矩阵布局屏幕，但屏幕制作本钱高得吓人。此外，操控器需求许多输入和输出来丈量和驱动各个屏幕带，导致操控器本钱和丈量时刻添加。

逾越单点触控

尽管如此，但经过了解并模仿该进程背面的物理原理，咱们能够从阻性接触屏提取更多信息。当发作两点接触时，无源屏幕中的一段电阻加上触点的电阻与有源屏幕的导电段并联，因而电源的负载阻抗减小，电流增大。阻性操控器的经典办法是假定有源层中的电流稳定不变，无源层为等电位。两点接触时，这些假定不再建立，为了提取所需的信息，需求进行更多丈量。

阻性屏幕中的两点接触检测模型如图2所示。R_touch为层间的接触电阻；在现有的大多数屏幕中，其数量级一般与两层的电阻相同。假如有一个稳定的电流I流经有源层的两头，则有源层上的电压为：

手势辨认

以捏合(pinch)作为典范能够更好地描绘手势辨认的作业原理。捏合手势从两根分隔较远的手指接触开端，发生两层接触，使得屏幕的阻抗下降，有源层两根电极之间的电压差因而减小。跟着两根手指越来越挨近，并联面积减小，因而屏幕的阻抗进步，有源层两根电极之间的电压差相应地增大。

严密捏合后，并联电阻趋于0，R_u + R_d 进步到总电阻，因而电压增大到：

图3显现了一个沿着笔直(Y)轴捏合的比如。当手势开端时，其间一层的两根电极之间的电压稳定不变，另一层则表现出阶跃性下降，然后跟着手指彼此挨近而进步

图4显现歪斜捏合时的电压丈量成果。这种情况下，两个电压均表现出阶跃性下降，然后缓慢康复。两个康复速率（运用各层的电阻归一化）的比值能够用来检测手势的视点

假如手势为缩放（手指分隔），其行为能够从上述评论推导出来。图5显现了沿各轴及沿歪斜方向缩放时测得的两个有源层电压趋势。

运用AD7879检测手势

AD7879接触屏操控器规划用于与4线式阻性接触屏接口。除了检测接触动作外，它还能丈量温度和辅佐输入端的电压。一切四种接触丈量加上温度、电池、辅佐电压丈量，均能够经过编程写入其片内序列器。

AD7879结合一对低本钱运算扩大器，能够履行上述捏合和缩放手势丈量，如图6所示。

下面的进程说明晰手势辨认的进程

1. 在前半周期中，将一个直流电压施加于上层（有源层），并丈量X+引脚的电压（对应于V_Y+ – V_Y–)，以供给与Y方向上的运动（挨近仍是分隔）相关的信息。
2. 在后半周期中，将一个直流电压施加于基层（有源层），并丈量Y+引脚的电压（对应于V_X+ – V_X–)，以供给与X方向上的运动（挨近仍是分隔）相关的信息。

图6所示的电路需求为差分扩大器供给维护，防止短接到V_DD。在前半周期中，下方扩大器的输出短接到V_DD。在后半周期中，上方扩大器的输出短接到V_DD。为防止这种现象，AD7879的GPIO能够操控两个外部模仿开关，如图7所示。

这种情况下，AD7879设置为从机转化形式，而且仅丈量半个周期。当AD7879完结转化时，发生一个中止，主处理器从头设置AD7879以丈量第二个半周期，而且改动AD7879 GPIO的值。第二转化结束时，两层的丈量成果均存储在器材中

旋转能够经过一个方向上的一起缩放和一个歪斜捏合来模仿，因而检测旋转并不困难。应战在于差异旋转是顺时针(CW)仍是逆时针(CCW)，这无法经过上述进程来完结。为了检测旋转及其方向，需求在两层（有源层和无源层）上进行丈量，如图8所示。图7中的电路无法满意之一要求，图9提出了一种新的拓扑结构。

图9所示的拓扑结构完结了如下功用：

• 半周期1：电压施加于Y层，一起丈量(V_Y+ – V_Y–), V_X–和 V_X+每完结一个丈量，AD7879就会发生一个中止，以便处理器改动GPIO装备。
• 半周期2：电压施加于X层，一起丈量(V_X+ – V_X–), V_Y–, and V_Y+.

图9中的电路能够丈量一切需求的电压来完结悉数功能，包含：a)单点接触方位；b)缩放、捏合、旋转手势检测和量化；c)差异顺时针与逆时针旋转。用两点接触手势来完结单点接触操作时，能够估量手势的中心方位。

有用提示

轻柔手势发生的电压改变适当微细。经过扩大这种改变，能够进步体系的鲁棒性。例如，能够在屏幕的电极与AD7879的引脚之间添加一个小电阻，这将能进步有源层的压降，但单点接触定位精度会有所下降。

另一种办法是仅在低端衔接上添加一个电阻，当X层或Y层为有源层时，仅检测X–或Y–电极。这样就能够运用必定的增益，由于直流值适当低。

ADI公司有许多扩大器和多路复用器能够满意图6、图7和图9所示运用的需求。测验电路运用AD8506双通道运算扩大器和ADG16xx系列模仿多路复用器；多路复用器的导通电阻很低，选用3.3 V单电源供电。

结束语

运用AD7879操控器和很少的辅佐电路，能够检测缩放、捏合和旋转。只需在有源层上进行丈量，就能辨认这些手势。在主处理器的操控下，运用两个GPIO丈量无源层的电压，能够差异旋转方向。在该处理器中履行适当简略的算法，就能辨认缩放、捏合和旋转，估量其规模、视点和方向。

参阅电路

(Information on all ADI components can be found at www.analog.com.)

¹ Finn, Gareth. “New Touch-Screen Controllers Offer Robust Sensing for Portable Displays.” Analog Dialogue, Vol. 44, No. 2. February 2010.

称谢

本文取得了西班牙瓦伦西亚中小企业协会(IMPIVA)经过项目IMIDTF/2009/15和西班牙教育与科学部经过项目Consolider/CSD2007-00018供给的部分赞助。

本文作者感谢Colin Lyden、John Cleary和Susan Pratt在评论中供给的有利主张。