CN100353306C - 触摸式信号输入装置及方法、具有该输入装置的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触摸式信号输入装置，包括触控单元和控制单元。所述触控单元包括导电层和放电回路，该导电层用于充当与用户接触的触点，且所述导电层对地之间形成电容；该放电回路用于实现该电容的放电；所述控制单元的输出输入端口连接电容，用于检测初始放电时间和放电时间，比较放电时间和初始放电时间，判断该触控单元的触摸状态。相应地，本发明还公开了一种触摸式信号输入方法、以及采用该触摸式信号输入装置的电子设备。本发明具有实现上不受硬件频率响应的限制，且结构简单的优点。

Description

触摸式信号输入装置及方法、具有该输入装置的电子设备

技术领域

本发明涉及电子设备的输入技术，特别是涉及一种触摸式信号输入装置及方法、以及具有该输入装置的电子设备。

背景技术

随着社会及科技的发展，各类电子产品日益普及，为人们的学习、工作和生活等诸多方面带来了较大的便利。

通常，电子产品都具有信号输入装置，用以接收用户的操作指令或者各种外部信息，如消费类电子产品领域的手持设备、数码影音设备的控制键盘输入，或触摸式玩具的控制输入等。现有的电子产品采用触摸式信号输入装置，可以方便用户的操作，为用户带来良好的使用体验。

请参阅图1，一种现有技术的触摸式信号输入装置包括触摸式键盘910、专用IC(集成电路)920和控制端930。其实现触摸式信号输入的方法包括：该触摸式键盘910利用频率信号经过电容的衰减现象，由专用IC 920以硬件辨别的方式对触摸状态进行判断，即专用IC通过比较、触发等手段对触摸的状态进行辨别，然后直接发送触摸式键盘910的状态信息至控制端。

上述现有技术的触摸式信号输入装置及方法的准确性相对较高，但同时也存在一些不足之处：首先，由于利用频率信号经过电容的衰减现象来判断触摸状态，在实现上容易受到硬件频率响应的限制；其次，由于采用位于触摸式键盘910和控制端930之间的专用IC来判断触摸状态，其结构复杂、且操作较为繁琐，成本也比较高。并且相应地，采用该现有技术的触摸式信号输入装置的电子产品同样存在上述缺陷。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供触摸式信号输入装置及方法、具有该输入装置的电子设备，其实现上不受硬件频率响应的限制，且结构简单。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：提供一种触摸式信号输入装置，包括触控单元和控制单元；所述触控单元包括导电层和放电回路，该导电层用于充当与用户接触的触点，且所述导电层对地之间形成电容；该放电回路用于实现该电容的放电；所述控制单元的输出输入端口连接电容，用于检测初始放电时间和放电时间，比较放电时间和初始放电时间，判断该触控单元的触摸状态。

优选地，所述放电回路包括与该电容并联连接的电阻。

优选地，所述导电层是多组金属片；且每组金属片形成的电容均位于对应的放电回路内。

优选地，所述金属片是设置于印刷电路板的铜皮、锡箔或者铝箔。

优选地，所述控制单元是单片机或嵌入式芯片；所述控制单元包括用于连接所述电容的输入输出端口、用于存储软件的存储单元和用于实现数据处理的运算单元，所述运算单元运行所述存储单元中存储的软件。

优选地，所述触控单元的形状为锯齿形、长方形或圆形。

本发明还提供一种具有触摸式信号输入装置的电子设备，所述触摸式信号输入装置包括触控单元和控制单元，所述触控单元包括导电层和放电回路，该导电层用于充当与用户接触的触点，且所述导电层对地之间形成电容；该放电回路用于实现该电容的放电所述控制单元的输出输入端口连接电容，用于检测初始放电时间和放电时间，比较放电时间和初始放电时间，判断该触控单元的触摸状态。

本发明还提供一种触摸式信号输入方法，包括：

1)控制单元检测并记录触控单元的初始放电时间；

2)所述控制单元检测触控单元的放电时间；

3)如果电容的放电时间等于初始放电时间，则对应该电容的导电层未被触摸；如果电容的放电时间大于初始放电时间，则对应该电容的导电层被触摸。

4)所述控制单元根据前述触摸状态确定输入的信号。

优选地，所述步骤1)中的检测具体包括：所述控制单元设置输入输出端口为高电平输出，为触控单元的电容充电；设置输入输出端口为悬浮输入，使所述电容通过与其并联的电阻放电。

优选地，所述步骤4)中的确定具体包括：

41)记录当前触摸的导电层；如果该导电层具有预设功能，则确定输入的信号与该预设功能对应；如果该导电层不具预设功能，则转入步骤42)；

42)查找记录的前一次触摸的导电层；

43)比较当前触摸的导电层与前一次触摸的导电层：如果前一次触摸的导电层与当前触摸的导电层为同组导电层，则确定输入第一信号；如果前一次触摸的导电层位于当前触摸的导电层之前，则确定输入第二信号；如果前一次触摸的导电层位于当前触摸的导电层之后，则确定输入第三信号。

优选地，在所述步骤3)中，当检测到导电层被触摸后，还包括去抖确定：连续对对应的电容进行扫描，当放电时间大于初始放电时间的次数达到预定值，则确认该导电层被触摸。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：首先，由于本发明利用电容在人体接近时电容值会增大的特性，以控制单元来检测电容的放电时间，实现对触摸状态的探测，从而提供了一种不同于现有技术的触摸式信号输入装置及方法的技术构思及实现方式，并且实现不受硬件频率响应的限制；其次，本发明无需采用现有技术中的专用IC，通过控制单元直接实现触摸状态的判断，其结构简单、容易操作，经久耐用，且应用成本得到降低。相应地，采用该触摸式信号输入装置的电子设备也得到了改进。

此外，在本发明的优选方案中，以控制单元的通用输入输出端口连接电阻和电容，构成为放电通路，由控制单元内部的运算单元运行存储单元的软件来记录电容放电时间的变化，进而对触控单元的状态进行判断，从而节省专用IC，较大地节省了成本。

附图说明

图1是一种现有技术的触摸式信号输入装置的框图；

图2是本发明的触模式信号输入装置的框图；

图3是电容放电时间的示意图；

图4是本发明的触摸式信号输入方法的流程图；

图5是本发明的实施例的具有触摸式信号输入装置的电子设备的框图；

图6是图5所示控制单元的框图；

图7是图5所示触控单元的电路图；

图8是本发明的实施例中检测触控单元放电时间的流程图；

图9是本发明的实施例中判断触摸状态的流程；

图10是本发明的实施例中应用触摸式信号输入方法的流程图。

具体实施方式

本发明的主要构思在于利用电容在人体接近时电容值会增大的特性，以普通的控制单元来检测电容的放电时间，实现对触摸状态的探测。

请参阅图2，本发明的触摸式信号输入装置包括触控单元110和连接触控单元110的控制单元120。所述触控单元110用于接收用户的触控，并且在接近人体时其电气特性产生变化；控制单元120则检测触控单元110的该电气特性，从而判断用户对触控单元110的触摸状态。

所述触控单元110包括导电层111和电阻R，该导电层111用于充当与用户接触的触点，且导电层111对地之间形成电容C；该电阻R与所述电容C并联，用于实现该电容C的放电。

需要说明的是，所述电容C的放电回路并不限于图2所示的形式，还可以采用其他具有类似功能的放电回路结构，此不赘述。

可以理解，工作时，用户不直接触摸导电层111，在导电层111之上覆盖有薄绝缘膜层(图未示)。

所述控制单元120连接电容C和电阻R的一端，用于检测所述电容C的放电时间，并根据所述放电时间来判断该触控单元110的触摸状态。

电容C的电容值的大小对触摸较为敏感，当有手指触摸时电容值会增大，相应的放电时间也会增加。一并参阅图3，t1是无触摸状态时电容C的放电时间；t2是有触摸状态时电容C的放电时间，t2的值会大于t1的值。

此外，t1和t2的值与电阻R的阻值有关，并且随电阻R的阻值的增大而增大。

请参阅图4，本发明的触摸式信号输入方法的流程如下所述。

首先，控制单元120检测并记录触控单元110的初始放电时间t1。具体过程可以是：控制单元120输出高电平，为触控单元110的电容C充电；随后控制单元120采用悬浮输入的方式使所述电容C通过与其并联的电阻R放电。

随后，控制单元120在检测触控单元110的放电时间t2。同样，控制单元120采用悬浮输入的方式使所述电容C通过与其并联的电阻R放电，并记录放电时间。

然后，控制单元120比较所述放电时间t2与初始放电时间t1，从而判断触控单元110的触摸状态；并根据前述触摸状态确定输入的信号。如前所述，由于电容C的电容值的大小对触摸较为敏感，当有手指触摸时电容值会增大，相应的放电时间也会增加。因此，如果电容C的放电时间t2等于初始放电时间t1，则对应该电容C的导电层111未被触摸；如果电容C的放电时间t2大于初始放电时间t1，则对应该电容C1的导电层111被触摸。

为了便于对本发明的理解，下面结合实施例对本发明进行介绍。

请参阅图5，本实施例为实现MIDI的控制播放的播放器，包括触控单元110、连接触控单元110的控制单元120、连接控制单元120的显示单元200和MIDI播放单元300。

其中，控制单元120采用微控制器(MCU)SPF 32512A(凌阳科技股份有限公司生产)；显示单元200采用LCD模块SPLC 501(凌阳科技股份有限公司生产)。当然，所述控制单元120也可以是其他可以实现类似功能的单片机或者嵌入式芯片等。所述显示单元200也可以为其他显示器件所替代，此不赘述。

一并参阅图6，控制单元120包括连接触控单元110的输入输出端口I/O1、I/O2、I/O3和I/O4、用于存储软件的存储单元121和用于实现数据处理的运算单元122。所述运算单元122运行存储单元121中存储的软件，来控制各端口的电平状态，实现电容的充放电，并完成对触摸状态的判断。

一并参阅图7，本实施例中，触控单元110包括印刷电路板(图未示)、设置在印刷电路板上的金属片(如铜皮等)构成的导电层111以及电阻R1、R2、R3、R4。其中，该导电层111包括四组金属片P1、P2、P3和P4，金属片P1、P2、P3和P4与地之间自然形成相应的电容C1、C2、C3和C4；所有具有相同标号的金属片之间相连，并通过对应的电阻R1、R2、R3或R4与控制单元120的对应输入输出端口I/O1、I/O2、I/O3或I/O4电连接。

当然，所述导电层111也可以采用其他能对地形成电容的物体来替代设置在印刷电路板上的铜皮，如锡箔、铝箔等。所述触控单元110的形状并不限于图7所示的形状，也可以是锯齿形、长方形或圆形等。

请参阅图8，下面介绍本实施例中检测触控单元放电时间的流程。

步骤S11，充电：控制单元120的I/O设置为高电平输出，为相应的电容C1、C2、C3或C4充满电(即I/O检测到高电平)。

步骤S12，控制单元120将计数器归零并启动计数器，记录扫描的次数。

步骤S13，放电：控制单元120将I/O设置为悬浮输入，使电容C1、C2、C3或C4通过对应的电阻R1、R2、R3或R4放电。

步骤S14，计数器加1。

步骤S15，判断I/O是否为低电平；如果否，则返回步骤S14；如果是，则说明放电完成，进入步骤S16。

步骤S16，根据计数器的值，控制单元120得到触控单元110的电容的放电时间并进行记录。

需要说明的是，通常在放电完成后会置I/O高电平输出，从而在下一次扫描时可以保证其为高电平。

得到电容的放电时间后，需要进行比较判断。如前所述，当无接触时放电时间为一固定值t1；当有接触时，因人体接近使得放电电容C1增大，从而使其放电时间变为t2，由此可以判断出是否有接触导电层；其中：

当放电时间为t1时，则判断无接触；

当放电时间t2＞t1时，则判断有接触；

当放电时间t2＞t1，且其判断的导电层具有特定的预设功能时，则用户的操作对应该预设的功能。如本实施例中，金属片P4对应确认功能。

需要说明的是，为了保证触摸式信号输入装置的精确性，还可以进行去抖确定，即当判断出有接触时，进一步判断是否真正有接触，从而确定一组金属片有接触。具体过程可以是：如果连续n次扫描到某个金属片被触摸，那么就确定该金属片的值，n的数值是根据扫描的周期以及人动作的误差进行综合设定的，优选扫描的n次的时间和超过人的误差时间15ms-20ms。

采用上所方法循环扫描其他的金属片，另外三组也是以同样的方式扫描，只不过是置不同的I/O口的状态而已，判断其是否有触摸，并结合其进一步判断触摸的状态。

一并参考图7和图9，下面介绍本实施例中判断触摸状态的流程。

步骤S1，判断触控单元是否被锁定；如果是，则进入步骤S40；如果否，则进入步骤S2。

步骤S2，读取当前触摸的金属片的值；根据步骤S2所获得的值进行相应处理：

步骤S31，如果当前没有发生触摸，则进入步骤S40；

步骤S32，如果当前触摸的是P4，则进入步骤S33，确认触摸状态为OK状态；且转入步骤S41；

步骤S34，如果当前触摸的是P1，则查找前一次触摸的金属片的值。

步骤S35，判断是否前一次触摸的是P3，再前一次触摸的是P2；如果是，则进入步骤S36；如果否，则进入步骤S37。

步骤S36，确认触摸状态为顺时针状态；并进入步骤S39。

步骤S37，判断是否前一次触摸的是P2，再前一次触摸的是P3；如果是，则进入步骤S38；如果否，则进入步骤S40。

步骤S38，确认触摸状态为逆时针状态；并进入步骤S39。

步骤S39，更新前一次和再前一次的触摸的金属片的值，进入步骤S41。

步骤S40，确认触摸状态不改变，进入步骤S41。

步骤S41，控制单元120返回状态值。

步骤S5，如果当前触摸的是P2或P3，则其处理过程类似P1的处理过程，此不赘述。

也就是说，触摸状态的判断的原理是：当第n次扫描到“P1”被触摸，就检查第n-1次被触摸结果；如果第n-1次是“P3”，则是逆时针的触摸状态；如果第n-1次是“P2”，则是顺时针的触摸状态。

本实施例中，为了提高系统的稳定性，将扫描到的值与前两次进行了比较。

可以理解，本实施例中，触摸的状态可以有以下四种：a.顺时针；b.逆时针；c.中间键；d.无改变。这些触摸状态可以代替普通键盘的向上、向下、选择/退出等功能。

当然，本发明并不限于该实施例的描述。例如，导电层的分组形式和数量可以采用其它的形式替代；如分成4组，每组4个；循环扫描方式也可以采用其他方式代替，如：多金属片同时放电，分别记录放电时间等。

请参阅图10，本实施例的MIDI播放器采用触摸式信号输入装置来控制LCD显示6首MIDI乐曲的名称。

步骤S91，MIDI播放器进行初始化。上电后LCD上显示6首MIDI曲的名称：music1、music2……music6；其中music1反白显示。

步骤S92，查询触控单元的触摸状态，并根据查询结果进行响应处理。

步骤S931，如果为未变动状态，则进入步骤S94。

步骤S932，如果为OK状态，则进入步骤S933，置PadOK标志。

当触摸触控单元的中间部分时，系统将播放当前反白显示的那首MIDI曲；再次触摸中间部份时暂停播放；第三次触摸中间部份播放会继续。

步骤S934，如果为顺时针状态或逆时针状态，则进入步骤S935，更新光标值。

当以环绕方式触摸触控单元的环形部份时，若判断出为顺时针触摸时，反白向下滚动(music1->music2->music3…………music6->music1……)；

当以环绕方式触摸触控单元的环形部份时，若判断出为逆时针触摸时，反白向上滚动(music1->music6->music5……)。

步骤S94，进入刷新LCD状态。

步骤S95，循环播放检测，返回步骤S91。

综上所述，本发明以普通MCU(Contoller端)的通用I/O作为放电通路，为触控单元(TouchPad)充放电，在Contoller端以软件方式记录电容放电时间的变化，进而对TouchPad的状态进行判断，从而实现不受硬件频率响应的限制；并且省去专用IC，其结构简单、容易操作，经久耐用，且应用成本得到降低。

需要进一步说明的是，本发明的触摸式信号输入装置不限于应用于数码播放器的控制，还可以应用于其他的消费类电子产品，如手持设备、数码影音设备的控制输入，或触摸式玩具的控制输入等，此不赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种触摸式信号输入装置，包括触控单元和控制单元，其特征在于：所述触控单元包括导电层和放电回路，该导电层用于充当与用户接触的触点，且所述导电层对地之间形成电容；该放电回路用于实现该电容的放电；所述控制单元的输出输入端口连接电容，用于检测初始放电时间和放电时间，比较放电时间和初始放电时间，判断该触控单元的触摸状态。

2.如权利要求1所述的触摸式信号输入装置，其特征在于：所述放电回路包括与该电容并联连接的电阻。

3.如权利要求1或2所述的触摸式信号输入装置，其特征在于：所述导电层是多组金属片；且每组金属片形成的电容均位于对应的放电回路内。

4.如权利要求3所述的触摸式信号输入装置，其特征在于：所述金属片是设置于印刷电路板的铜皮、锡箔或者铝箔。

5.如权利要求1或2所述的触摸式信号输入装置，其特征在于：所述控制单元是单片机或嵌入式芯片；所述控制单元包括用于连接所述电容的输入输出端口、用于存储软件的存储单元和用于实现数据处理的运算单元，所述运算单元运行所述存储单元中存储的软件。

6.如权利要求1或2所述的触摸式信号输入装置，其特征在于：所述触控单元的形状为锯齿形、长方形或圆形。

7.一种具有触摸式信号输入装置的电子设备，所述触摸式信号输入装置包括触控单元和控制单元，其特征在于：所述触控单元包括导电层和放电回路，该导电层用于充当与用户接触的触点，且所述导电层对地之间形成电容；该放电回路用于实现该电容的放电；所述控制单元的输出输入端口连接电容，用于检测初始放电时间和放电时间，比较放电时间和初始放电时间，判断该触控单元的触摸状态。

8.一种触摸式信号输入方法，其特征在于，包括：

1)控制单元检测并记录触控单元的初始放电时间；

2)所述控制单元检测触控单元的放电时间；

3)如果电容的放电时间等于初始放电时间，则对应该电容的导电层未被触摸；如果电容的放电时间大于初始放电时间，则对应该电容的导电层被触摸。

4)所述控制单元根据前述触摸状态确定输入的信号。

9.如权利要求8所述的触摸式信号输入方法，其特征在于，所述步骤1)中的检测具体包括：所述控制单元设置输入输出端口为高电平输出，为触控单元的电容充电；设置输入输出端口为悬浮输入，使所述电容通过与其并联的电阻放电。

10.如权利要求8或9所述的触摸式信号输入方法，其特征在于，所述步骤4)中的确定具体包括：

41)记录当前触摸的导电层；如果该导电层具有预设功能，则确定输入的信号与该预设功能对应；如果该导电层不具预设功能，则转入步骤42)；

42)查找记录的前一次触摸的导电层；

43)比较当前触摸的导电层与前一次触摸的导电层：如果前一次触摸的导电层与当前触摸的导电层为同组导电层，则确定输入第一信号；如果前一次触摸的导电层位于当前触摸的导电层之前，则确定输入第二信号；如果前一次触摸的导电层位于当前触摸的导电层之后，则确定输入第三信号。

11.如权利要求8所述的触摸式信号输入方法，其特征在于，在所述步骤3)中，当检测到导电层被触摸后，还包括去抖确定：连续对对应的电容进行扫描，当放电时间大于初始放电时间的次数达到预定值，则确认该导电层被触摸。

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