紅外觸摸屏的原理2

作者： Multitouch 時(shí)間：2013-05-22 源于：百度文庫總點(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腳來成。它們分別是TRST,TDI,TMS，TCK，TDO，RTCK。其中信號(hào)TRST作為輸入，用來測(cè)試復(fù)位；信號(hào)TDI作為輸入，用來測(cè)試數(shù)據(jù)的輸入；信號(hào)TMS作為輸入，用來測(cè)試模式的選擇;信號(hào)TCK作為輸入，用來測(cè)試時(shí)鐘；信號(hào)TDO作為輸出，用來測(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)射電路是通過每片74HC595掃描8支紅外發(fā)射管來實(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。

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)說明掃描過程還沒有結(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)射管的電流過大，整個(gè)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電壓被嚴(yán)重拉下來，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芯片ADS7830來實(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)都是通過尋址I2C器件的地址來完成的，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)來決定1或0。而低位是根據(jù)對(duì)芯片的讀寫來決定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
讀	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)。