自制简易触摸屏演示串联电路的分压作用

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1、自制简易触摸屏演示串联电路的分压作用吴晶（浙江省永康市综合高级中学321300）手机已经从按键时代发展到触摸屏时代，触摸屏的工作原理是什么？在摔坏了2个手机屏幕的基础上，我对它产生了浓厚兴趣。目前手机的触摸屏多数是四线电阻式触摸屏。这种触摸屏是利用压力感应进行控制的，触点接触触摸屏的时候，处理器接受并经过运算转换为屏幕上的X、Y值，这样触摸点(X，Y)的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压，从而达到定位的目的。学生觉得相当玄妙。其实，它的工作原理就是中学物理中的串联电路分压作用。手指防刮塑料层触摸点位置透明隔离点玻璃外层ITO图1内层ITOX+X-Y+

2、Y-图2X+X-Y+Y-图3RtR结构如图1所示。主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层ITO，上面再盖有一层塑料层，它的内表面也涂有一层均匀导电层ITO。在它们之间有许多细小的（小于0.025mm）透明隔离点把两层导电层隔开。两个导电层分别作为X电极和Y电极，X和Y电极的正负端由“导电条”（图2中黑色条形部分）分别从两端引出，且X电极和Y电极导电条的位置相互垂直。引出端X-、X+、Y-、Y+共四条线，这就是四线电阻屏名称的由来。当有物体接触触摸屏表面并施以一定的

3、压力时，该结构可以等效为相应的电路，如图3所示。上层的ITO导电层发生形变和下层ITO发生接触，相当于Rt=0(Rtouch简写为Rt)。而没有接触时Rt趋于无穷大。ReadX+Y+Y-图5X-图4Y-ReadY+X-计算X坐标，在X+电极加电压U，X-电极接地，Y+作为引出端测量得到接触点的电压，由于ITO层均匀导电，触点电压与X+电压U之比等于触点X坐标与屏的宽度之比，如图4所示。同理，计算Y坐标，在Y+电极加电压U，Y-电极接地，X+作为引出端测量得到接触点的电压，由于ITO层均匀导电，触点电压与Y+电压U之比等于触点Y坐标与屏高度之比，如图5所示

4、。X+综上所述，触摸屏其实就是两个串联分压电路。传统的串联分压电路教学都是用几个电阻串联进行实验，而触摸屏不管是学生还是老师都认为它易碎，高科技，对触摸屏有些敬畏心理。如果把触摸屏做成一个实验器材来说明串联分压电路，这样相当于在学生中既为触摸屏打开了一扇窗，又让学生对于串联分压电路有更深入的理解，可谓一举两得。为此，我设计制作了模拟触摸屏实验装置。1．用做描绘等势线实验用的导电纸替代触摸屏上均匀导电的导电层ITO，这样取材方便，降低成本。2．两张导电纸非导电面靠在一起，使两导电面彼此绝缘。3．一张导电纸的上、下两边粘上细小的铜丝，相当于触摸屏的导电条。上

5、边铜丝连接电源的正极，下边铜丝连接电源的负极，相等于Y+、Y-。另一张导电纸的左、右两边粘上细小的铜丝，左边铜丝连接电源的正极，右边铜丝连接电源的负极，相等于X+、X-。图64．在铝板四周粘上宽1cm、厚3mm的玻璃条（长的这边跟导电纸边长相等），将导电纸粘在玻璃条上，如图6所示。图75．两张导电纸的上、右铜丝相连，接电源的正极；下、左铜丝相连，接电源的负极。一只电压表的正极与铝板相连，另一只电压表的正极与一金属杆相连。两只电压表的负极都与电源的负极相连。6．如图7所示，用金属杆接触导电纸的某一位置，施加一定压力，使导电纸发生形变，导电纸施加压力的位置就

6、与铝板相接触，这样两个电压表都有读数。改变接触点的位置，电压表的读数发生相应的改变。这就是简易的触摸屏的设计过程。知道触点位置，用这套装置就可以实现信息传达。实验步骤如下：ABCDEFGHIJKLMNOPQLRSTUVLWXY+6VV1图81L2342341．由于导电纸上下、左右的两组铜丝是平行的，可铜丝内部的电场是匀强电场，导电纸中的电流是恒定直流。电源采用6V直流电源，在X轴、Y轴分别用电压表找出1V、2V、3V、4V的等势线，在导电纸上粘上白色细绳，表示上述等势线，这样将导电纸分成25个区域，然后在导电纸上用英文字母标明，如图8所示。2．用金属杆接

7、触导电纸的某个位置，并施加一定的压力，两个电压表有示数，相当于得到X轴、Y轴的位置坐标，为触点位置。比如测量水平方向电压的电压表读数在2～3V之间，测量竖直方向电压的电压表读数在3～4V之间，就表明金属杆接触在“H”区域。如果将这两个电压输送到处理器，就能获知金属杆接触在什么区域。教学实践表明，通过这种实验器材的模拟，学生能很好的理解触摸屏的原理，同时把问题化复为简，由深入浅，展现了物理在科技中的应用。让学生学习关心身边的物理，身边的科学，积极思考，增强探索欲和求知欲，感受科技的魅力，效果不错。