紅外觸摸屏的原理2

作者： Multitouch 時間：2013-05-22 源于：百度文庫總點擊：

【導讀】：紅外觸摸屏一般是在顯示器的前而安裝一個電路板框架，在電路板上四邊安裝對應紅外發射管和紅外接收管

JTAG調試部分是由第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TRST作為輸入，用來測試復位；信號TDI作為輸入，用來測試數據的輸入；信號TMS作為輸入，用來測試模式的選擇;信號TCK作為輸入，用來測試時鐘；信號TDO作為輸出，用來測試數據的輸出；信號RTCK作為輸出，是返回的測試時鐘。其電路原理圖如下：

紅外發射電路：
本論文中紅外觸摸屏采用逐一點亮紅外發射管的工作方式，整個紅外發射電路是通過每片74HC595掃描8支紅外發射管來實現的，其中紅外發射管選用EVERL1GHT公司的發射管，其電路實現如下所示：

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

74HC595是一個可以實現8位數據的串入串出或串入并出的移位鎖存器。它具有移位時鐘(SHCP)和存儲時鐘(STCP)，都是上升沿有效。其時序如圖下所示：

微處理器主要是控制這兩個時鐘以及數據輸入端(DS)。通過數據輸入端將一個脈沖寫入移位寄存器，在移位時鐘的上升沿可將寫入的數據移入寄存器，并在存儲時鐘的上升沿將數據置入內部鎖存器中。利用這樣的特點，在移位時鐘的上升沿可實現將輸入的脈沖移至發射管，在存儲時鐘的上升沿點亮發射管。輸入的脈沖會隨移位時鐘上升沿的到來不斷的移位一直到從輸出端移出。將第一個的移位鎖存器的輸出端與下一級的輸入端相連，可將前級的脈沖移入到下一級中。因此，可實現移位鎖存器的級聯，同時微處理器實現了對更多的發射管的驅動，結合以上特點，可以實現將發射管逐個點亮。整個紅外發射電路的掃描過程如下圖所示：

        其中變量Count為被掃描的紅外發射管的個數。由于是一行掃描過去的，所以當一支紅外發射管被點亮后Count自加。當所有的紅外發射管被逐一點亮后Count應該等于紅外發射管的總數。當不等于165時說明掃描過程還沒有結束，所以被置入的脈沖繼續在移位時鐘和存儲時鐘作用下掃描下一支紅外發射管。
由于未上電前芯片的內部狀態是隨機的，所以剛一上電后所有的紅外發射管并不是理想的“0”態，會出現很多支紅外發射管同時被點亮。這種狀態造成紅外發射管的電流過大，整個系統中的驅動電壓被嚴重拉下來，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，在上電后對紅外發射電路進行清零處理。通過這樣的處理使得芯片可以正常工作。只需要向數據端DS寫入0,即可實現對紅外發射電路進行清零處理。
        紅外接收電路:
       在紅外觸摸屏中紅外接收電路至關重要，它完成了相對應的紅外發射管的光強信號的采集，得到了判斷是否被觸摸的基礎數據。本論文中的紅外接收電路是通過芯片ADS7830來實現的，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，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，響應波長為980nm。
ADS7830是一個帶有I2C接口的8路采樣通道的8位模數轉換器。它的采樣速率可以達到70kHz;既可以4對差分輸入，也可以8路單獨輸入;工作在2.7V到5V的電壓下;其內建參考電壓為2.5V;支持標準、快速、高速二種I2C工作模式。它的結構如下圖：

       I2C總線是雙向傳輸的總線，在傳送數據過程中共有四種類型信號，它們分別是:開始信號、結束信號、應答信號和位傳送信號
          1)開始信號:SCL為髙電平時，SDA山髙電平向低電平跳變，開始傳送數據。
          2)結束信號:SCL為髙電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。
          3)應答信號:接收數據的從器件在接收到8Bit數據后，向發送數據的主器件發出特定的低電平脈沖，表示巳收到數據。主器件向受控單元發出一個信號后，等待受控單元發出一個應答信號，從器件接收到應答信號后，根據情況做出判斷是否要繼續傳遞信號。若未收到應答信號，則判斷為受控單兀出現問題。
          4)位傳送信號:在I2C總線啟動后或應答信號后的第1個到8個時鐘脈沖對應十一個字節的8Bit數據傳送。脈沖髙電平期間，數據串行傳送;低電平期間為數據準備，允許總線上數據電平變換。
          5)同步時鐘允許器件通過總線以不同的波特率進行通信，同時可以作為停止和重新啟動串行總線的握手方式。
       由于ADS7830帶有I2C接口，這樣可以通過I2C總線與微處理器進行通信。同時它有8路的采樣通道，即每個芯片可以采樣8支紅外接收管上光強信號，并進行模數轉換。這樣可以有效的減少驅動芯片數最，從而降低了成本。另外，在I2C總線通信時都是通過尋址I2C器件的地址來完成的，因此尋址每支紅外接收管的各個通道地址的正確與否會影響到整個紅外接收電路對光強信號的采集。ADS7830的地址設置如下圖：

其中10010為芯片先設置好的固定的部分地址位。A1，AO作為地址輸入，是根據引腳上輸入為髙電平信號還是低電平信號來決定1或0。而低位是根據對芯片的讀寫來決定1或O命令字節中，SD為單端輸入/差分輸入:“0”時表示差分輸入;”1”時表示單端輸入。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地址具體設置

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

通道命令設置

通道命令	具體字節
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射管在掃描過程中位置上能否保證時刻的一一對應，對于整個紅外觸摸屏是否能夠正常工作起著至關重要的作用。一旦紅外接收管接收到的光強信號并非是與之相對應的紅外發射管，將會造成觸摸判斷無效。所以在每支紅外發射管被點亮的時刻，便對與它位置相對應的紅外接收管進行尋址，接收相應的光強信號。