基于多功能触笔的PC触摸屏系统

2 系统工作方法

图2是本触摸屏系统的工作原理示意图。其工作原理包含6个过程：初始化、用户输入、信号传递和处理、主控处理、与电脑通信和电脑处理。


2.1 初始化过程

初始化过程包含子过程物理连接、设备识别和驱动。

物理连接：触摸屏系统通过控制器中接口电路上的接口与电脑外设接口连接。

设备识别和驱动：控制器中的主控电路通过数字信号控制接口电路与电脑进行通信,本系统采用USB协议，使电脑完成USB设备识别与USB设备驱动的过程。

2.2 用户输入过程

用户输入过程包含两个相互独立的过程:碰触定位和按键滚轮操作。

(1)碰触定位：用户使用带有按键和滚轮的触笔的笔尖碰触触摸屏的触摸面板，以向触摸屏系统表示期望显示器件上的指针移动到的位置。触摸面板将此位置以横、纵两路由模拟电压量表示的触碰位置信号的形式输出到A/D转换电路。

(2)按键滚轮操作：用户按下、抬起带有按键和滚轮的触笔上的按键或滚动滚轮，以向触摸屏系统表示自己希望电脑实现类似于电脑鼠标的按键和滚轮功能。这些操作产生数字的电压信号,输入到无线编码发射电路中。

2.3 信号传递和处理过程

信号传递和处理过程包含两个独立的处理过程：A/D转换和无线收发。

A/D转换：A/D转换电路接收主控电路输出的控制信号后开始工作，如果触摸面板输出了横、纵两路模拟电压量表示的触碰位置信号，ADS7843则将其转换为横、纵两路12位数字电压量表示的位置坐标值，输出到主控电路[6]。

无线收发：触笔的无线编码发射电路对按下、抬起触笔上的按键或滚动滚轮产生数字的电压信号并进行编码，将编码后的无线信号发射给控制器上的无线接收解码电路。控制器上的无线接收解码电路接收此无线信号，并对其解码，还原成表示用户按下、抬起按键或滚动滚轮的数字电压信号，输出到主控电路。

2.4 主控处理过程

主控处理过程全部在89C52的程序模块中完成。图3是主控电路89C52的程序模块示意图。89C52的程序模块包括：碰触定位模块、USB编码模块和输出模块。

碰触定位模块以一定频率输出数字的控制信号，即A/D转换芯片的时钟和控制字，从端口P20、P21输出给A/D转换电路。如果P24接口接收到的1位数字信号PENIRQ显示发生碰触[5]，则从端口P23接收A/D转换电路输出的一路1位串行数字信号DOUT，从中读取出碰触位置的坐标值X、Y，经过如下计算修正：X′=k1×X+X0、Y′=k2×Y+Y0（其中k1、k2、X0、Y0是给定参数，可设计校准功能以确定这些参数），最终得到移动指针的目的地坐标值X′、Y′，输送给USB编码模块。

USB编码模块一旦接收到碰触定位模块输出的移动指针的目的地坐标值X′、Y′，或接收到按键和/或滚轮操作信号时，则将其编码为USB协议要求的格式，传递给输出模块。具体如何编码，取决于USB报告中将触摸屏系统描述为何种设备，设计者可以自行决定设备类型。

输出模块将移动指针、按键操作、滚轮操作信号和接口电路控制信号共8位数字信号通过端口P00~P07输出给接口电路。

2.5 与电脑通信过程

如图1所示，接口电路受主控电路输出的控制信号控制，接收主控电路输出的需要发送给电脑的数据流，发送给电脑外设接口。

2.6 电脑处理过程

如图2所示,该过程包含信号解码和两个独立过程(移动指针和/或实现按键滚轮功能)：
电脑处理电脑外设接口接收到的USB信号，解码得到依据用户期望的指针移动位置和按下、抬起按键或滚动滚轮操作的意图,根据此意图，移动显示器件上显示的指针和/或完成按键和滚轮操作对应的电脑功能(见图1)。电脑处理过程结束后，系统回到用户输入过程循环工作。

本文介绍的系统经过产品化设计后，生产出的产品与市场同类产品相比，具备相似的成本，但性能更优，能够实现市场同类产品难以实现的功能；系统可以广泛地应用于电脑操作、文字录入、图文制作、游戏控制等方面，其即插即用无需驱动和鼠标模拟的特点为用户提供更多方便；支持带有按键和滚轮的触笔的电脑触摸屏系统将改变设计师和用户的观念，成为电脑触摸屏的革新者，将会推动触摸屏更广泛的应用。