基于多功能觸筆的PC觸摸屏系統

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傳統的電腦鼠標的操作[1]。鼠標的操作包含“移動(dòng)指針”和“按下按鍵”等不同的操作以及其組合。而現有的電腦觸摸屏則是：

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

(2)以一次觸摸實(shí)現“移動(dòng)指針”并“按下某按鍵”兩個(gè)操作，通過(guò)某種方式切換觸摸所實(shí)現的功能，在“移動(dòng)指針并按左鍵”、“移動(dòng)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(jiàn)，目前的觸摸屏系統對鼠標功能的實(shí)現不夠完全，且缺乏效率。因此需要有一種方法和設備，能夠允許電腦觸摸屏同時(shí)支持“單獨移動(dòng)指針”、“單獨滾動(dòng)滾輪”、“單獨按下或抬起按鍵”以及“移動(dòng)指針”、“滾動(dòng)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)現對傳統電腦鼠標的完全替代[3]。

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

1 系統硬件構成

系統硬件構成框圖如圖1所示。觸摸屏系統由觸摸屏、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(xiàn)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)轉換電路[4]；顯示器件可以是電腦本來(lái)的顯示器或額外的顯示屏。顯示器件作為電腦的顯示設備,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(wú)線(xiàn)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(dòng)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(dòng)。左鍵、右鍵、滾輪分別產(chǎn)生3路1位數字信號，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(dòng)時(shí)，分別產(chǎn)生兩路方波數字信號，方波數字信號每個(gè)周期表示向上/下滾動(dòng)一個(gè)單位。

無(wú)線(xiàn)編碼發(fā)射電路采用無(wú)線(xiàn)編碼發(fā)射芯片PT2262，從管腳D0~D4接收用戶(hù)按下、抬起按鍵或滾動(dòng)滾輪的數字電壓信號，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位數字電壓信號被PT2262編碼成一路1位數字信號并無(wú)線(xiàn)傳輸給控制器中無(wú)線(xiàn)接收解碼電路(無(wú)線(xiàn)信號頻率為315 MHz，采用ASK調制方式調制)。

1.3 控制器

控制器包含A/D轉換電路、無(wú)線(xiàn)接收解碼電路、主控電路和接口電路。A/D轉換電路包含一個(gè)2路12 bit A/D轉換芯片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，并將其轉換為橫、縱兩路數字電壓量表示的位置坐標值，編碼成一路1位串行數字信號，輸出給主控電路，并從PENIRQ端口輸出1位數字信號表示是否發(fā)生碰觸，輸出給主控電路[5]。

無(wú)線(xiàn)接收解碼電路包含一個(gè)無(wú)線(xiàn)接收解碼芯片PT2272，用于接收帶有按鍵和滾輪的觸筆上無(wú)線(xiàn)編碼發(fā)射電路所發(fā)射的無(wú)線(xiàn)信號(無(wú)線(xiàn)信號頻率為315 MHz，采用ASK調制方式調制)。對無(wú)線(xiàn)信號解碼為表示用戶(hù)按下、抬起按鍵或滾動(dòng)滾輪的數字電壓信號，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位數字信號分別傳輸到主控電路中89C52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。主控電路的89C52從端口P20、P21輸出對A/D轉換電路的控制信號(時(shí)鐘和控制字)，從端口P22接收A/D轉換電路返回的橫、縱兩路數字電壓量表示的位置坐標值(1位數字串行信號)，從P23接收A/D轉換電路返回的PENIRQ信號(1位數字信號)，并從端口P10~P14接收無(wú)線(xiàn)接收解碼電路輸出的表示用戶(hù)按下、抬起按鍵或滾動(dòng)滾輪的數字電壓信號(共5個(gè)1位數字信號)，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。主控電路依據接口類(lèi)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據流（共8位數字信號）到接口電路。

接口電路包括一個(gè)USB接口芯片PDIUSB D12，用于與電腦外設接口(對應USB接口芯片PDIUSB D12，則為USB接口)連接，實(shí)現與電腦的通信。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據流(共8 bit數字信號)，并通過(guò)雙向端口X1、X2與電腦接口進(jìn)行數字通信，讓電腦通過(guò)顯示器接口傳輸圖像數據，移動(dòng)顯示器件上顯示的指針，并實(shí)現電腦上的按鍵和滾輪操作功能。

2 系統工作方法

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