娃娃在一邊專(zhuān)心地玩著平板電腦，手指在屏幕上輕輕地滑動(dòng)，我的心中不禁感慨了一下，現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)越來(lái)越離不開(kāi)這些智能設(shè)備了，衣食住行似乎都隨著指尖在觸摸屏上的點(diǎn)擊滑動(dòng)而瀟灑地完成。

但是又有誰(shuí)思考過(guò)這神奇的觸摸屏是如何接收手指的指令去工作的呢？本文就這個(gè)問(wèn)題為大家簡(jiǎn)單分析下觸摸屏的工作機(jī)理。當(dāng)然由于觸摸屏有很多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，它們之間的原理也不盡相同，本文只針對(duì)目前在智能手機(jī)，平板電腦上普遍使用的電容式觸摸屏的原理來(lái)進(jìn)行介紹。

什么是電容

電容

既然是電容式觸摸屏，那就不得不先來(lái)了解清楚什么是電容。電容是一種基礎(chǔ)的電子元器件，結(jié)構(gòu)組成上可以參看下圖，它由兩塊金屬板，加上中間不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)，再加上連接金屬板的電極就完成了。

電容結(jié)構(gòu)

電容的第一個(gè)重要特性就是能夠存儲(chǔ)電荷，當(dāng)一個(gè)電極加載了正電，另一個(gè)電極加載了負(fù)電，由于正負(fù)電荷相互吸引的原理，只要沒(méi)有形成其它的通路，電荷就停留在兩塊金屬板上了，相當(dāng)于電就被存儲(chǔ)起來(lái)了。

當(dāng)電容剛連接上電池，正電荷從電池的正極涌向電容正極金屬板，在這個(gè)過(guò)程中由于電荷在流動(dòng)所以產(chǎn)生了順時(shí)針?lè)较虻碾娏鳎ㄍǔＲ哉姾傻牧鲃?dòng)方向來(lái)代表電流方向），這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到兩塊金屬板的電壓和電池電壓一致為止，這個(gè)過(guò)程就是電容充電過(guò)程。這個(gè)充電過(guò)程是瞬間完成的，完成后電路就沒(méi)有電流了。

接著我們斷開(kāi)電池，將兩塊金屬板的正負(fù)電極用導(dǎo)線直接連通，這個(gè)時(shí)候正負(fù)電荷開(kāi)始中和，正極金屬板的電荷按逆時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)并與負(fù)電荷中和，當(dāng)全部中和完成后，電流就停止了，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為電容放電過(guò)程。

大家記住，電容在充放電的過(guò)程中，雖然時(shí)間很短暫，但電路中是存在電流的，而且是方向正好相反的電流。我們可以想象下，假設(shè)我一會(huì)兒接電池，一會(huì)兒斷開(kāi)電池把正負(fù)級(jí)接通，只要我的動(dòng)作足夠的快，那電容就會(huì)一直持續(xù)著充放電的過(guò)程，那整個(gè)電路不就一直有電流了嗎？即使電容中間部分是絕緣媒介，電流也是始終存在的，只是電流的方向不停的在反復(fù)變化，說(shuō)到這里，聰明的朋友可能已經(jīng)想到了，這不就是交流電嘛。對(duì)了，一點(diǎn)沒(méi)錯(cuò)，這種電流就是交流電（我們的市電就是交流電），這也是我要說(shuō)明的電容器的一個(gè)重要特性——交流電可以通過(guò)電容器。

那這一切和觸摸屏又有什么關(guān)系呢？先別急，讓我們繼續(xù)。

表面式電容觸摸屏

我們先來(lái)看看觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)，為了說(shuō)明原理，我們做了些簡(jiǎn)化，從觸摸屏的剖面來(lái)看，分為三層：基底層、ITO層、玻璃層。這其中ITO層是一種氧化銦錫材料，不用管他是什么，只要記住他的特性，它是能導(dǎo)電的，而且透明。ITO層四個(gè)角連接有電極，由高頻脈沖驅(qū)動(dòng)（理解成交流電即可），形成一個(gè)電場(chǎng)。

重點(diǎn)來(lái)了，我們先把ITO層想象成前面介紹電容時(shí)候的正極電板，玻璃層是絕緣媒介，當(dāng)手指（注意人體皮膚是導(dǎo)電的）接觸到玻璃層后，就和ITO層形成一個(gè)耦合電容的效應(yīng)（可以把手指想象成電容模型中的負(fù)級(jí)金屬板）。再根據(jù)前面介紹的，交流電是可以通過(guò)電容的，所以有部分電流就通過(guò)手指流失掉了，這個(gè)時(shí)候ITO層四個(gè)角的電極電流就涌向手指觸點(diǎn)，但是由于手指觸點(diǎn)的位置和四個(gè)角的距離是不一樣的，所以電流的大小也不一致。觸摸屏控制電路根據(jù)這些電流的大小精確地計(jì)算出手指的位置，而后將位置信息送給智能設(shè)備的主控制器，主控制器根據(jù)運(yùn)行的程序就可以確定下一步的執(zhí)行動(dòng)作了。

其實(shí)簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，觸摸屏的原理就是手指與ITO層形成了耦合電容，ITO電極電流涌向手指接觸點(diǎn)，控制器根據(jù)電流大小計(jì)算手指位置。這其實(shí)也解釋了為什么帶上手套后我們就不能操作觸摸屏了，因?yàn)樗窳?，手指隔著它無(wú)法與ITO層形成有效的耦合電容，導(dǎo)致無(wú)法操作。另外在水中觸摸屏也會(huì)失效，這是因?yàn)樗菍?dǎo)體，它和手指一樣會(huì)和ITO耦合，自然就無(wú)法區(qū)分手指的位置了。

上面的觸摸屏從更專(zhuān)業(yè)的角度應(yīng)該叫做表面式電容觸摸屏，它有個(gè)缺點(diǎn)就是不支持多點(diǎn)觸控，那怎么解決呢？

投射式電容觸摸屏

為了解決多點(diǎn)觸控的問(wèn)題，科學(xué)家研究出了一種投射式的電容觸摸屏，它其實(shí)是將ITO層蝕刻成水平和垂直的多個(gè)電極（相比表面式的四個(gè)電極多了許多），每個(gè)電極都帶有傳感器。

當(dāng)手指接觸到投射式觸摸屏表面，形成耦合電容，觸點(diǎn)的電極傳感器回傳給控制器各自的電流變化情況，這樣就可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控了。目前大部分智能手機(jī)，平板電腦都是采用的這種投射式的觸摸屏。

以上就是我為大家整理的電容式觸摸屏的原理，再?gòu)?fù)雜的技術(shù)歸根結(jié)底還是由簡(jiǎn)單的原理組成的，這也許就是自然宇宙的奧秘。當(dāng)然，本人才識(shí)有限，如果其中有說(shuō)的不對(duì)的地方歡迎大家不吝指正。

最后，本文要特別獻(xiàn)給一位向我提出了希望了解下觸摸屏原理的粉絲朋友。