紅外觸摸屏的原理2

      作者: Multitouch     時(shí)間:2013-05-22     源于:百度文庫(kù)    總點(diǎn)擊:
      【導(dǎo)讀】:紅外觸摸屏一般是在顯示器的前而安裝一個(gè)電路板框架,在電路板上四邊安裝對(duì)應(yīng)紅外發(fā)射管和紅外接收管

            JTAG調(diào)試部分是由第20腳,第24腳,第52腳,第56腳,第60腳,第64腳來(lái)成。它們分別是TRST,TDI,TMS,TCK,TDO,RTCK。其中信號(hào)TRST作為輸入,用來(lái)測(cè)試復(fù)位;信號(hào)TDI作為輸入,用來(lái)測(cè)試數(shù)據(jù)的輸入;信號(hào)TMS作為輸入,用來(lái)測(cè)試模式的選擇;信號(hào)TCK作為輸入,用來(lái)測(cè)試時(shí)鐘;信號(hào)TDO作為輸出,用來(lái)測(cè)試數(shù)據(jù)的輸出;信號(hào)RTCK作為輸出,是返回的測(cè)試時(shí)鐘。其電路原理圖如下:
       


       


             紅外發(fā)射電路:
             本論文中紅外觸摸屏采用逐一點(diǎn)亮紅外發(fā)射管的工作方式,整個(gè)紅外發(fā)射電路是通過(guò)每片74HC595掃描8支紅外發(fā)射管來(lái)實(shí)現(xiàn)的,其中紅外發(fā)射管選用EVERL1GHT公司的發(fā)射管,其電路實(shí)現(xiàn)如下所示: 


       


             由于紅外發(fā)射管采用5V電壓供電,而74HC595輸出的高電平也為5V,這樣在驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管時(shí)就必須加限流電阻,以免造成芯片引腳被損壞。而發(fā)射管電性曲線圖(正向電壓一正向電流)可知,紅外發(fā)射管驅(qū)動(dòng)電壓在1-1.5V變化時(shí),電流在10-100mA間變化,因此對(duì)于10~100mA的驅(qū)動(dòng)電流,限流電阻阻值可估算出來(lái)。 


       


             74HC595是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的串入串出或串入并出的移位鎖存器。它具有移位時(shí)鐘(SHCP)和存儲(chǔ)時(shí)鐘(STCP),都是上升沿有效。其時(shí)序如圖下所示: 


       

             微處理器主要是控制這兩個(gè)時(shí)鐘以及數(shù)據(jù)輸入端(DS)。通過(guò)數(shù)據(jù)輸入端將一個(gè)脈沖寫入移位寄存器,在移位時(shí)鐘的上升沿可將寫入的數(shù)據(jù)移入寄存器,并在存儲(chǔ)時(shí)鐘的上升沿將數(shù)據(jù)置入內(nèi)部鎖存器中。利用這樣的特點(diǎn),在移位時(shí)鐘的上升沿可實(shí)現(xiàn)將輸入的脈沖移至發(fā)射管,在存儲(chǔ)時(shí)鐘的上升沿點(diǎn)亮發(fā)射管。輸入的脈沖會(huì)隨移位時(shí)鐘上升沿的到來(lái)不斷的移位一直到從輸出端移出。將第一個(gè)的移位鎖存器的輸出端與下一級(jí)的輸入端相連,可將前級(jí)的脈沖移入到下一級(jí)中。因此,可實(shí)現(xiàn)移位鎖存器的級(jí)聯(lián),同時(shí)微處理器實(shí)現(xiàn)了對(duì)更多的發(fā)射管的驅(qū)動(dòng),結(jié)合以上特點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)將發(fā)射管逐個(gè)點(diǎn)亮。整個(gè)紅外發(fā)射電路的掃描過(guò)程如下圖所示:
       

       

              其中變量Count為被掃描的紅外發(fā)射管的個(gè)數(shù)。由于是一行掃描過(guò)去的,所以當(dāng)一支紅外發(fā)射管被點(diǎn)亮后Count自加。當(dāng)所有的紅外發(fā)射管被逐一點(diǎn)亮后Count應(yīng)該等于紅外發(fā)射管的總數(shù)。當(dāng)不等于165時(shí)說(shuō)明掃描過(guò)程還沒(méi)有結(jié)束,所以被置入的脈沖繼續(xù)在移位時(shí)鐘和存儲(chǔ)時(shí)鐘作用下掃描下一支紅外發(fā)射管。
      由于未上電前芯片的內(nèi)部狀態(tài)是隨機(jī)的,所以剛一上電后所有的紅外發(fā)射管并不是理想的“0”態(tài),會(huì)出現(xiàn)很多支紅外發(fā)射管同時(shí)被點(diǎn)亮。這種狀態(tài)造成紅外發(fā)射管的電流過(guò)大,整個(gè)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電壓被嚴(yán)重拉下來(lái),使得微處理器芯片不能正常的工作。所以必須采用大電流的電源輸入,在上電后對(duì)紅外發(fā)射電路進(jìn)行清零處理。通過(guò)這樣的處理使得芯片可以正常工作。只需要向數(shù)據(jù)端DS寫入0,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外發(fā)射電路進(jìn)行清零處理。
              紅外接收電路:
             在紅外觸摸屏中紅外接收電路至關(guān)重要,它完成了相對(duì)應(yīng)的紅外發(fā)射管的光強(qiáng)信號(hào)的采集,得到了判斷是否被觸摸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本論文中的紅外接收電路是通過(guò)芯片ADS7830來(lái)實(shí)現(xiàn)的,電路原理如下圖所示:(只列出四組接收)
       

       

              紅外接收管選用EVERLIGHT(億光)公司的光敏三極管。它是一種快速響應(yīng),高靈敏度的光電二極管,具有高速、高靈敏度的NPN型外延平而,響應(yīng)波長(zhǎng)為980nm。
             ADS7830是一個(gè)帶有I2C接口的8路采樣通道的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它的采樣速率可以達(dá)到70kHz;既可以4對(duì)差分輸入,也可以8路單獨(dú)輸入;工作在2.7V到5V的電壓下;其內(nèi)建參考電壓為2.5V;支持標(biāo)準(zhǔn)、快速、高速二種I2C工作模式。它的結(jié)構(gòu)如下圖:

             I2C總線是雙向傳輸?shù)目偩,在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中共有四種類型信號(hào),它們分別是:開始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)、應(yīng)答信號(hào)和位傳送信號(hào)
                1)開始信號(hào):SCL為髙電平時(shí),SDA山髙電平向低電平跳變,開始傳送數(shù)據(jù)。
                2)結(jié)束信號(hào):SCL為髙電平時(shí),SDA由低電平向高電平跳變,結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。
                3)應(yīng)答信號(hào):接收數(shù)據(jù)的從器件在接收到8Bit數(shù)據(jù)后,向發(fā)送數(shù)據(jù)的主器件發(fā)出特定的低電平脈沖,表示巳收到數(shù)據(jù)。主器件向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后,等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào),從器件接收到應(yīng)答信號(hào)后,根據(jù)情況做出判斷是否要繼續(xù)傳遞信號(hào)。若未收到應(yīng)答信號(hào),則判斷為受控單兀出現(xiàn)問(wèn)題。
                4)位傳送信號(hào):在I2C總線啟動(dòng)后或應(yīng)答信號(hào)后的第1個(gè)到8個(gè)時(shí)鐘脈沖對(duì)應(yīng)十一個(gè)字節(jié)的8Bit數(shù)據(jù)傳送。脈沖髙電平期間,數(shù)據(jù)串行傳送;低電平期間為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備,允許總線上數(shù)據(jù)電平變換。
                5)同步時(shí)鐘允許器件通過(guò)總線以不同的波特率進(jìn)行通信,同時(shí)可以作為停止和重新啟動(dòng)串行總線的握手方式。
             由于ADS7830帶有I2C接口,這樣可以通過(guò)I2C總線與微處理器進(jìn)行通信。同時(shí)它有8路的采樣通道,即每個(gè)芯片可以采樣8支紅外接收管上光強(qiáng)信號(hào),并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。這樣可以有效的減少驅(qū)動(dòng)芯片數(shù)最,從而降低了成本。另外,在I2C總線通信時(shí)都是通過(guò)尋址I2C器件的地址來(lái)完成的,因此尋址每支紅外接收管的各個(gè)通道地址的正確與否會(huì)影響到整個(gè)紅外接收電路對(duì)光強(qiáng)信號(hào)的采集。ADS7830的地址設(shè)置如下圖: 


       

             其中10010為芯片先設(shè)置好的固定的部分地址位。A1,AO作為地址輸入,是根據(jù)引腳上輸入為髙電平信號(hào)還是低電平信號(hào)來(lái)決定1或0。而低位是根據(jù)對(duì)芯片的讀寫來(lái)決定1或O命令字節(jié)中,SD為單端輸入/差分輸入:“0”時(shí)表示差分輸入;”1”時(shí)表示單端輸入。C2~CO為通道的選擇,具體見表PDl,PDO為功率的選擇,具體見下表:
      通道選擇控制

       

                PD1、PD0  功率選擇模式表 

        


      I2C地址具體設(shè)置

      地址種類  具體地址
      0X91,0X93,0X95,0X97
       寫 0X90,0X92,0X94,0X96

       通道命令設(shè)置
       

      通道命令  具體字節(jié)
      CH0  0X8C
      CH1 0XCC
      CH2 0X9C
      CH3 0XDC
      CH4 0XAC
      CH5 0XEC
      CH6 0XBC
      CH7 0XFC

      接收流程如下:
       


       


      需要注意的是:紅外接收管與紅外發(fā)射管在掃描過(guò)程中位置上能否保證時(shí)刻的一一對(duì)應(yīng),對(duì)于整個(gè)紅外觸摸屏是否能夠正常工作起著至關(guān)重要的作用。一旦紅外接收管接收到的光強(qiáng)信號(hào)并非是與之相對(duì)應(yīng)的紅外發(fā)射管,將會(huì)造成觸摸判斷無(wú)效。所以在每支紅外發(fā)射管被點(diǎn)亮的時(shí)刻,便對(duì)與它位置相對(duì)應(yīng)的紅外接收管進(jìn)行尋址,接收相應(yīng)的光強(qiáng)信號(hào)。
       


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