基于多功能觸筆的PC觸摸屏系統(tǒng)

目前觸摸屏單點(diǎn)定位技術(shù)十分成熟，其本質(zhì)是以觸摸的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電腦鼠標(biāo)的操作[1]。鼠標(biāo)的操作包含“移動指針”和“按下按鍵”等不同的操作以及其組合。而現(xiàn)有的電腦觸摸屏則是：

(1)以一次觸摸實(shí)現(xiàn)“移動指針”并“按下左鍵”兩個(gè)操作，并不能區(qū)分用戶的意圖是僅“移動指針”、僅“按下按鍵”還是“移動指針”并“按下按鍵”，也不能區(qū)分用戶想要按左鍵還是右鍵。

(2)以一次觸摸實(shí)現(xiàn)“移動指針”并“按下某按鍵”兩個(gè)操作，通過某種方式切換觸摸所實(shí)現(xiàn)的功能，在“移動指針并按左鍵”、“移動指針并按右鍵”兩種功能中選擇一種。在實(shí)際使用中，需要頻繁地切換功能[2]。

由此可見，目前的觸摸屏系統(tǒng)對鼠標(biāo)功能的實(shí)現(xiàn)不夠完全，且缺乏效率。因此需要有一種方法和設(shè)備，能夠允許電腦觸摸屏同時(shí)支持“單獨(dú)移動指針”、“單獨(dú)滾動滾輪”、“單獨(dú)按下或抬起按鍵”以及“移動指針”、“滾動滾輪”、“按下或抬起按鍵”三者的任意組合操作,免去頻繁地切換功能,實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)電腦鼠標(biāo)的完全替代[3]。

支持帶有按鍵和滾輪的觸筆的電腦觸摸屏系統(tǒng)為完全模擬電腦鼠標(biāo)功能提供了一種巧妙的解決方案。下面介紹系統(tǒng)各組成部分的組成原理以及系統(tǒng)的工作方法。

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖如圖1所示。觸摸屏系統(tǒng)由觸摸屏、帶有按鍵和滾輪的觸筆、控制器三部分組成。

1.1 觸摸屏

觸摸屏由觸摸面板和顯示器件組成。觸摸面板可以是四線電阻式觸摸面板，用于檢測帶有按鍵和滾輪的觸筆的筆尖觸碰的位置，輸出橫、縱兩路由模擬電壓量表示的觸碰位置信號到控制器中A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換電路[4]；顯示器件可以是電腦本來的顯示器或額外的顯示屏。顯示器件作為電腦的顯示設(shè)備,與電腦的顯示器接口連接，顯示電腦輸出的圖像信號，圖像信號包括指針的位置。

1.2 帶有按鍵和滾輪的觸筆

帶有按鍵和滾輪的觸筆包含筆尖、左鍵、右鍵、滾輪、無線編碼發(fā)射電路。

筆尖碰觸觸摸屏的觸摸面板以確定顯示器件上的指針移動目的地的位置，碰觸由觸摸面板感受。

左鍵、右鍵可以按下/抬起。滾輪既可以按下/抬起，也可以向上/下滾動。左鍵、右鍵、滾輪分別產(chǎn)生3路1位數(shù)字信號，信號分別表示左鍵、右鍵、中鍵（滾輪）的按下/抬起。另外,滾輪向上/下滾動時(shí)，分別產(chǎn)生兩路方波數(shù)字信號，方波數(shù)字信號每個(gè)周期表示向上/下滾動一個(gè)單位。

無線編碼發(fā)射電路采用無線編碼發(fā)射芯片PT2262，從管腳D0~D4接收用戶按下、抬起按鍵或滾動滾輪的數(shù)字電壓信號，其中D0接收左鍵按下/抬起信號，D1接收右鍵按下/抬起信號，D2接收中鍵（滾輪）按下/抬起信號，D3接收滾輪上滾信號，D4接收滾輪下滾信號。這5路1位數(shù)字電壓信號被PT2262編碼成一路1位數(shù)字信號并無線傳輸給控制器中無線接收解碼電路(無線信號頻率為315 MHz，采用ASK調(diào)制方式調(diào)制)。

1.3 控制器

控制器包含A/D轉(zhuǎn)換電路、無線接收解碼電路、主控電路和接口電路。A/D轉(zhuǎn)換電路包含一個(gè)2路12 bit A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS7843，從CLK和DIN端口接收主控電路輸出的控制信號，從X+、X-、Y+、Y-四個(gè)端口接收觸摸面板輸出的橫、縱兩路模擬電壓量表示的觸碰位置信號，并將其轉(zhuǎn)換為橫、縱兩路數(shù)字電壓量表示的位置坐標(biāo)值，編碼成一路1位串行數(shù)字信號，輸出給主控電路，并從PENIRQ端口輸出1位數(shù)字信號表示是否發(fā)生碰觸，輸出給主控電路[5]。

無線接收解碼電路包含一個(gè)無線接收解碼芯片PT2272，用于接收帶有按鍵和滾輪的觸筆上無線編碼發(fā)射電路所發(fā)射的無線信號(無線信號頻率為315 MHz，采用ASK調(diào)制方式調(diào)制)。對無線信號解碼為表示用戶按下、抬起按鍵或滾動滾輪的數(shù)字電壓信號，從管腳D0~D4輸出，其中D0輸出左鍵按下/抬起信號，D1輸出右鍵按下/抬起信號，D2輸出中鍵（滾輪）按下/抬起信號，D3輸出滾輪上滾信號，D4輸出滾輪下滾信號，這5路1位數(shù)字信號分別傳輸?shù)街骺仉娐分?9C52的輸入端口P10~P14。

主控電路包括一個(gè)型號89C52的MCU,作為主控部分，用于處理信號和控制整個(gè)系統(tǒng)。主控電路的89C52從端口P20、P21輸出對A/D轉(zhuǎn)換電路的控制信號(時(shí)鐘和控制字)，從端口P22接收A/D轉(zhuǎn)換電路返回的橫、縱兩路數(shù)字電壓量表示的位置坐標(biāo)值(1位數(shù)字串行信號)，從P23接收A/D轉(zhuǎn)換電路返回的PENIRQ信號(1位數(shù)字信號)，并從端口P10~P14接收無線接收解碼電路輸出的表示用戶按下、抬起按鍵或滾動滾輪的數(shù)字電壓信號(共5個(gè)1位數(shù)字信號)，P10接收左鍵按下/抬起信號，P11接收右鍵按下/抬起信號，P12接收中鍵（滾輪）按下/抬起信號，P13接收滾輪上滾信號，P14接收滾輪下滾信號。主控電路依據(jù)接口類型（如USB接口）進(jìn)行編碼處理。主控電路的89C52從端口P00~P07輸出需要發(fā)送給電腦的控制信號和數(shù)據(jù)流（共8位數(shù)字信號）到接口電路。

接口電路包括一個(gè)USB接口芯片PDIUSB D12，用于與電腦外設(shè)接口(對應(yīng)USB接口芯片PDIUSB D12，則為USB接口)連接，實(shí)現(xiàn)與電腦的通信。接口電路從PDIUSB D12的端口D0~D7接收主控電路輸出的控制信號和數(shù)據(jù)流(共8 bit數(shù)字信號)，并通過雙向端口X1、X2與電腦接口進(jìn)行數(shù)字通信，讓電腦通過顯示器接口傳輸圖像數(shù)據(jù)，移動顯示器件上顯示的指針，并實(shí)現(xiàn)電腦上的按鍵和滾輪操作功能。

2 系統(tǒng)工作方法

圖2是本觸摸屏系統(tǒng)的工作原理示意圖。其工作原理包含6個(gè)過程：初始化、用戶輸入、信號傳遞和處理、主控處理、與電腦通信和電腦處理。