红外触摸屏的原理2

作者： Multitouch 时间：2013-05-22 源于：百度文库总点击：

【导读】：红外触摸屏一般是在显示器的前而安装一个电路板框架，在电路板上四边安装对应红外发射管和红外接收管

JTAG调试部分是由第20脚，第24脚，第52脚，第56脚，第60脚，第64脚来成。它们分别是TRST,TDI,TMS，TCK，TDO，RTCK。其中信号TRST作为输入，用来测试复位；信号TDI作为输入，用来测试数据的输入；信号TMS作为输入，用来测试模式的选择;信号TCK作为输入，用来测试时钟；信号TDO作为输出，用来测试数据的输出；信号RTCK作为输出，是返回的测试时钟。其电路原理图如下：

红外发射电路：
本论文中红外触摸屏采用逐一点亮红外发射管的工作方式，整个红外发射电路是通过每片74HC595扫描8支红外发射管来实现的，其中红外发射管选用EVERL1GHT公司的发射管，其电路实现如下所示：

由于红外发射管采用5V电压供电，而74HC595输出的高电平也为5V,这样在驱动红外发射管时就必须加限流电阻，以免造成芯片引脚被损坏。而发射管电性曲线图（正向电压一正向电流）可知，红外发射管驱动电压在1-1.5V变化时，电流在10-100mA间变化，因此对于10~100mA的驱动电流，限流电阻阻值可估算出来。

74HC595是一个可以实现8位数据的串入串出或串入并出的移位锁存器。它具有移位时钟(SHCP)和存储时钟(STCP)，都是上升沿有效。其时序如图下所示：

微处理器主要是控制这两个时钟以及数据输入端(DS)。通过数据输入端将一个脉冲写入移位寄存器，在移位时钟的上升沿可将写入的数据移入寄存器，并在存储时钟的上升沿将数据置入内部锁存器中。利用这样的特点，在移位时钟的上升沿可实现将输入的脉冲移至发射管，在存储时钟的上升沿点亮发射管。输入的脉冲会随移位时钟上升沿的到来不断的移位一直到从输出端移出。将第一个的移位锁存器的输出端与下一级的输入端相连，可将前级的脉冲移入到下一级中。因此，可实现移位锁存器的级联，同时微处理器实现了对更多的发射管的驱动，结合以上特点，可以实现将发射管逐个点亮。整个红外发射电路的扫描过程如下图所示：

        其中变量Count为被扫描的红外发射管的个数。由于是一行扫描过去的，所以当一支红外发射管被点亮后Count自加。当所有的红外发射管被逐一点亮后Count应该等于红外发射管的总数。当不等于165时说明扫描过程还没有结束，所以被置入的脉冲继续在移位时钟和存储时钟作用下扫描下一支红外发射管。
由于未上电前芯片的内部状态是随机的，所以刚一上电后所有的红外发射管并不是理想的“0”态，会出现很多支红外发射管同时被点亮。这种状态造成红外发射管的电流过大，整个系统中的驱动电压被严重拉下来，使得微处理器芯片不能正常的工作。所以必须采用大电流的电源输入，在上电后对红外发射电路进行清零处理。通过这样的处理使得芯片可以正常工作。只需要向数据端DS写入0,即可实现对红外发射电路进行清零处理。
        红外接收电路:
       在红外触摸屏中红外接收电路至关重要，它完成了相对应的红外发射管的光强信号的采集，得到了判断是否被触摸的基础数据。本论文中的红外接收电路是通过芯片ADS7830来实现的，电路原理如下图所示：（只列出四组接收）

红外接收管选用EVERLIGHT（亿光）公司的光敏三极管。它是一种快速响应，高灵敏度的光电二极管，具有高速、高灵敏度的NPN型外延平而，响应波长为980nm。
ADS7830是一个带有I2C接口的8路采样通道的8位模数转换器。它的采样速率可以达到70kHz;既可以4对差分输入，也可以8路单独输入;工作在2.7V到5V的电压下;其内建参考电压为2.5V;支持标准、快速、高速二种I2C工作模式。它的结构如下图：

       I2C总线是双向传输的总线，在传送数据过程中共有四种类型信号，它们分别是:开始信号、结束信号、应答信号和位传送信号
          1)开始信号:SCL为髙电平时，SDA山髙电平向低电平跳变，开始传送数据。
          2)结束信号:SCL为髙电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
          3)应答信号:接收数据的从器件在接收到8Bit数据后，向发送数据的主器件发出特定的低电平脉冲，表示巳收到数据。主器件向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，从器件接收到应答信号后，根据情况做出判断是否要继续传递信号。若未收到应答信号，则判断为受控单兀出现问题。
          4)位传送信号:在I2C总线启动后或应答信号后的第1个到8个时钟脉冲对应十一个字节的8Bit数据传送。脉冲髙电平期间，数据串行传送;低电平期间为数据准备，允许总线上数据电平变换。
          5)同步时钟允许器件通过总线以不同的波特率进行通信，同时可以作为停止和重新启动串行总线的握手方式。
       由于ADS7830带有I2C接口，这样可以通过I2C总线与微处理器进行通信。同时它有8路的采样通道，即每个芯片可以采样8支红外接收管上光强信号，并进行模数转换。这样可以有效的减少驱动芯片数最，从而降低了成本。另外，在I2C总线通信时都是通过寻址I2C器件的地址来完成的，因此寻址每支红外接收管的各个通道地址的正确与否会影响到整个红外接收电路对光强信号的采集。ADS7830的地址设置如下图：

其中10010为芯片先设置好的固定的部分地址位。A1，AO作为地址输入，是根据引脚上输入为髙电平信号还是低电平信号来决定1或0。而低位是根据对芯片的读写来决定1或O命令字节中，SD为单端输入/差分输入:“0”时表示差分输入;”1”时表示单端输入。C2～CO为通道的选择，具体见表PDl，PDO为功率的选择，具体见下表：

通道选择控制

PD1、PD0 功率选择模式表

I2C地址具体设置

地址种类	具体地址
读	0X91，0X93，0X95，0X97
写	0X90，0X92，0X94,0X96

通道命令设置

通道命令	具体字节
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:红外接收管与红外发射管在扫描过程中位置上能否保证时刻的一一对应，对于整个红外触摸屏是否能够正常工作起着至关重要的作用。一旦红外接收管接收到的光强信号并非是与之相对应的红外发射管，将会造成触摸判断无效。所以在每支红外发射管被点亮的时刻，便对与它位置相对应的红外接收管进行寻址，接收相应的光强信号。