CN102053744A - 触摸屏控制装置、触摸屏控制电路及触摸屏控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触摸屏控制装置、触摸屏控制电路及触摸屏控制方法。触摸屏装置包含触摸屏、触摸屏控制电路及处理器。其中，触摸屏连接触摸屏控制电路，用于输入模拟信号到触摸屏控制电路；触摸屏控制电路包含模数转换器及数字滤波器，模数转换器用于将输入的模拟信号转换为数字信号，数字滤波器用于处理模拟转换器输出的数字信号；处理器，连接触摸屏控制电路，用于处理触摸屏控制电路输出的数据。采用本发明的触摸屏控制装置及其控制方法，通过硬体电路的数字滤波器自动选择不同算法处理坐标数据，有效降低了触摸屏的噪声影响，且大幅度降低处理器对触摸屏坐标数据的处理，大大减轻了处理器的负担，加快了触摸屏控制装置的响应速度。

Description

触摸屏控制装置、触摸屏控制电路及触摸屏控制方法

技术领域

本发明涉及触摸屏领域，尤其涉及一种触摸屏控制装置、触摸屏控制电路及触摸屏控制方法。

背景技术

触摸屏是人机交互场合的输入设备，与能实现输入的键盘和能点击的鼠标不同，用户可以在触摸屏幕直接选择。如具有触摸屏的手机、PDA等通信设备，用户可直接手写输入，操作简单直观。触摸屏输入比通过键盘或鼠标输入操作更为直观，且控制芯片成本较低。下面以电阻触摸屏为例来介绍触摸屏控制装置的工作原理。

如图1所示，电阻触摸屏控制装置一般包含电阻触摸屏、触摸屏控制控制电路、及处理器。触摸屏控制单元将触摸屏输入的模拟信号X+和Y+的电压值转换为数字信号值，并向处理器发送这些数字信号值。此时X+和Y+的电压是对外部噪声很敏感的模拟值。

如图2所示，电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，该电阻薄膜屏为一种多层的复合薄膜，具体由上、下导电层及位于两导电层之间的隔离层组成。两导电层均以玻璃或有机玻璃作为基层，上导电层内表面涂有一层ITO透明导电薄膜，下导电层内表面也涂有ITO透明导电薄膜。且上导电层的外表面有硬化处理、光滑防刮的塑料层。在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点组成的隔离层把两层导电层隔开绝缘，其中隔离层为粘性绝缘液体材料，如聚脂薄膜。电阻触摸屏的两层ITO薄膜工作面必须是完整的，在每个工作面的两条边线涂上电极，电极选用导电性能极好的材料(如银粉墨)构成，其导电性能大约为ITO的1000倍，一端接电源电压，一端接地，就能在工作面的一个方向上形成均匀连续的平行电压分布。

如图3所示，触摸屏工作时，上下导电层相当于电阻网络。当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标。比如，在顶层的电极(X+，X-)上加上电压，则在顶层导电层上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，在下层就可以测得接触点处的电压，再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系，知道该处的X坐标。然后，将电压切换到底层电极(Y+，Y-)上，并在顶层测量接触点处的电压，从而知道Y坐标。

在检测到触摸时，由处理器控制启动获取触摸电坐标数据的过程，每获取一个点坐标数据，处理器会控制触摸屏控制电路进行两次A/D采样。如图4所示，触摸屏控制电路首先将驱动电压加到Y+Y-端，然后对X+端采样，得到Y方向的坐标数据；接着驱动电压加到X+X-端，对Y+采样得到X方向的坐标数据，上述X，Y坐标数据通过数字接口送入到处理器中进行后续处理。

上述内容详细介绍了传统触摸屏控制装置的工作原理。但实际工作时，触摸屏通常安装在LCD显示器的表面，而来自LCM(LCD以及背光驱动)模组的噪声很容易对触摸屏造成干扰。此外，作为人机输入界面，触摸屏通过人的点击或者触摸进行信号输入，机械震动也会产生噪声和寄生效应，还有使用者和环境不同产生的静电效应和电磁效应等。这些触摸屏噪声通常发生在触摸屏控制装置的模拟输入电路中，严重降低了触摸输入控制装置的可靠性和精度。当触摸屏手机使用时，由于上述噪声的存在，容易造出触摸的误操作以及降低手写识别率等，如进行手写操作时候产生了明显的“飞笔”现象。

为了降低乃至消除触摸屏的噪声，许多解决方案已被提出，如中国公开专利CN 1503118“用于放置触摸屏的噪声装置和方法”的发明申请就提出了一种利用时钟电路来控制接收数据来减低噪声的解决方案，但是该发明申请使用了一整套特定的装置来降低触摸屏的噪声，实现相对复杂，而且成本高；如中国公开专利CN101246407“一种电阻式触摸屏中控制静电噪声的方法以及相应的触摸屏”需要采用特定的扫描信号来扫描触摸屏来控制减低静电噪声的解决方案，通用性不强；又如中国公开专利CN101498975“一种处理触摸屏飞点的数字滤波方法”公开了一种利用限幅取平均值的算法来减低噪声的解决方案，但该解决方案利用处理器通过软件的方式来实现，增加处理器的处理负担，且通过限幅取平均值的算法取得的数据仍不能较好的减低噪声的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低触摸屏噪声影响的触摸屏控制装置、触摸屏控制电路及触摸屏控制方法。

本发明提供一种触摸屏控制装置，它包含触摸屏、触摸屏控制电路及处理器。其中，触摸屏连接触摸屏控制电路，用于输入模拟信号到触摸屏控制电路；触摸屏控制电路包含模数转换器及数字滤波器，模数转换器用于将输入的模拟信号转换为数字信号，数字滤波器用于处理模拟转换器输出的数字信号；处理器，连接触摸屏控制电路，用于处理触摸屏控制电路输出的数据。

本发明还提供一种触摸屏控制电路，它包含模数转换器及数字滤波器。其中，模数转换器用于将输入的模数信号转换为数字信号，数字滤波器用于处理模拟转换器输出的数字信号。

本发明还提供一种触摸屏控制方法，应用于包含触摸屏控制电路及数字滤波器的触摸屏控制装置，它包含步骤：输入模拟信号到触摸屏控制电路；转换模拟信号为数字信号；利用所述数字滤波器处理所述数字信号。其中，上述数字滤波器用于采用加权平均算法、取中间值算法、取算术平均值算法及相近数据取算术平均算法中的一种算法处理所述数字信号。

采用本发明的触摸屏控制装置及其控制方法，通过硬体电路的数字滤波器来处理坐标数据来降低噪声影响，相对于传统技术利用处理器通过软件模拟的方式来处理坐标数据来降低噪声影响来说，不需要特别的处理器控制指令，大幅度降低处理器对触摸坐标的处理，极大减轻了处理器的负担；且不需要特别的外围软件和硬件更改，可用于各种触摸屏控制装置，通用性极强。

附图说明

图1为一种现有技术的触摸屏控制装置的示意图；

图2为一种现有技术的电阻式触摸屏结构示意图；

图3为图1所示的电阻式触摸屏测量位置的工作原理示意图；

图4为图1所示的触摸屏控制电路工作流程示意图；

图5为传统触摸屏控制装置结构示意图；

图6为本发明触摸屏控制装置结构示意图；

图7为本发明触摸屏控制装置的数字滤波器工作原理示意图。

具体实施方式

为了降低乃至消除触摸屏噪声的影响，本发明提供一种如图6所示触摸屏控制装置，它包含触摸屏、触摸屏控制电路及处理器。其中，触摸屏控制电路主要包含模数转换器及数字滤波器，其中模数转换器用于将触摸屏输入的模拟信号转换为数字信号。如图5所示传统的触摸屏控制装置相比，本发明在触摸屏控制电2增加了一个硬件电路的数字滤波器。该数字滤波器通过改变自身结构及参数，实现各种算法来处理模数转换器输入的坐标数字信号，减低或消除触摸屏噪声的影响从而消除“飞笔”现象。

下面详细介绍数字滤波器处理数字信号的方法。本发明的数字滤波器为一种自适应滤波器，可以采用FIR(有限冲激响应)或IIR(无限冲激响应)结构来实现。本发明以FIR滤波器结构来实现本发明的自适应滤波器作为具体实施例，其具体结构如图7所示。

图7中，x[n]为输入的坐标数字信号，X[n]为输出数字信号，d[n]为x[n]的延迟信号即之前输入数字滤波器的坐标数字信号，e[n]则是d[n]和X(n)的误差信号，通过判定e[n]是否超过内部的错误阈值ET(即是否偏离正常的触摸轨迹)，来选取不同算法和内部滤波器的传输函数。

(1)如果e[n]未超过内部的错误阈值ET(在正常的轨迹范围内)，则数字滤波器不处理该坐标数字信号，而直接输出X[n]＝x[n]；

(2)如果e[n]超过内部的错误阈值ET(出现飞笔)，则根据误差信号e[n]的大小自动选择算术平均，加权平均，取中间值和相近数据取平均等算法处理上述坐标数字信号，从而降低误差信号e[n]，使之不超过错误阈值ET，然后选取此时的X[n]作为降噪滤波处理的坐标数字信号输出。

下面详细介绍采用有限冲激响应数字滤波器的算术平均，加权平均，取中间值和相近数据取平均等算法。一般来说FIR(有限冲激响应)数字滤波器的传输函数可以如下表达：

$X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{bn}*x(k-n)$

其中：

X(k)：降噪处理后的坐标数据

x(k)：原始坐标数据

bn：数字滤波器系数

N-1：数字滤波器阶数

该数字滤波器由如下几种实现形式：

(1)算术平均算法：

令bn＝1/N，N＝4则传输函数为

$X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}x(k-n)/4=\frac{x\left(k\right)+x(k-1)+x(k-2)+x(k-3)}{4}$

(2)加权平均算法：

在触摸屏系统中，触摸屏刚刚施加驱动电压时容易受到较多的噪声干扰，因此对N个原始坐标数据来说，前几个原始坐标数据容易受到噪声的影响，而后几个受到噪声的影响较小，因此加权平均滤波器的滤除噪声的性能更好，其传输函数如下：

bn＝0(前一个或几个x(k))

bn＝1/M(后面的x(k))其中M为加权平权的样本数，M＜N

如果M＝2，N＝4，则传输函数为：

$X\left(k\right)=\frac{x\left(k\right)+x(k-1)}{2}$

(3)取中间值算法：

当飞笔现象产生的时候，由于噪声的干扰，触摸屏控制电路输出的坐标会突变，选取中间值就可以避免上述现象产生。

对滤波器系数bn来说当x(k)为中间值时，bn＝1，其余bn＝0，如果N＝3，则该算法的流程如下：

[1]三个原始数据分别为：x(k)，x(k-1)和x(k-2)；

[2]首先比较x(k)和x(k-1)，两者之间的较大者为xH较小者为xL；

[3]两者之间的较大者xH再与x(k-2)比较；若xH小于x(k-2)，则X(k)＝xH；

[4]若xH大于x(k-2)，则比较x(k-2)与xL，两者之间的较大者为X(k)。

(4)相近数据取算术平均算法：

另外一种常用的取平均的算法对相近数值的原始坐标数据取平均，丢弃掉变化较大的原始坐标数据。例如N＝3，选取三个原始坐标采样点，两两之间比较，对于数值相近的两个原始坐标数据其加权系数为bn＝1/2，而数值变化较大的坐标数据其加权为bn＝0。算法流程如下：

[1]选取三个原始坐标数据x(k)，x(k-1)和x(k-2)；

[2]产生三者之间的差值：d1＝|x(k)-x(k-1)|，d2＝|x(k-1)-x(k-2)|，d3＝|x(k-1)-x(k-2)|；

[3]找出d1，d2和d3之间的最小值；

[4]相近两个坐标数据取平均赋于X(k)。

本发明采用自适应数字滤波器实现上述各种算法功能，该滤波器根据输入的原始坐标以及是否存在触摸轨迹偏差，自动调节数字滤波器本身结构和系数选取上述滤波器传输函数的一种，从而实现最优化滤波，消除掉由于触摸屏噪声干扰导致的飞笔现象，提高手写识别率。

本发明利用硬体电路的数字滤波器来处理坐标数据，相对于传统技术利用处理器通过软件模拟的方式来处理坐标数据来说，不需要特别的处理器控制指令，大幅度降低处理器对触摸坐标的处理，减轻了处理器的负担；且不需要特别的外围软件和硬件更改，可用于各种触摸屏控制装置，通用性强。

本发明仅以电阻触摸屏控制装置作为具体实施例，但本发明利用硬体电路的数字滤波器来滤波处理坐标数据降低或消除触摸屏噪声的设计思想可用于其它各种类型的触摸屏控制装置，如电容式触摸屏装置；本发明具体实施例中以有FIR滤波器作为具体实施例，但实际上也可以采用IIR滤波器来实现；且本发明仅列举上述四种算法来优化处理坐标数据，其它利用数字滤波器实现其它算法来优化坐标数据的作法应当不脱离本发明的保护范围。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种触摸屏控制装置，包含：

触摸屏控制电路，包含模数转换器，所述模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号；

触摸屏，用于输入所述模拟信号到所述触摸屏控制电路；

处理器，连接所述触摸屏控制电路，用于处理触摸屏控制电路输出的数据；

其特征在于，所述触摸屏控制电路还包含与所述模数转换器相连的数字滤波器，所述数字滤波器用于处理所述数字信号。

2.如权利要求1所述的触摸屏控制装置，其特征在于，所述数字滤波器用于采用加权平均算法、取中间值算法、取算术平均值算法及相近数据取算术平均算法中的一种算法处理所述数字信号。

3.如权利要求1所述的触摸屏控制装置，其特征在于，所述数字滤波器还用于产生误差信号。

4.如权利要求3所述的触摸屏控制装置，其特征在于，所述数字滤波器用于依据所述误差信号自动选择加权平均算法、取中间值算法、取算术平均值算法及相近数据取算术平均算法中的一种算法处理所述数字信号。

5.如权利要求3所述的触摸屏控制装置，其特征在于，所述数字滤波器用于依据所述误差信号直接输出所述数字信号。

6.如权利要求1所述的触摸屏控制装置，其特征在于，所述数字滤波器为有限冲激响应数字滤波器。

7.一种触摸屏控制电路，包含用于将输入的模数信号转换为数字信号的模数转换器，其特征在于，所述触摸屏控制电路还包含与所述模数转换器相连的数字滤波器，所述数字滤波器用于处理所述数字信号。

8.如权利要求7所述的触摸屏控制电路，其特征在于，所述数字滤波器用于采用加权平均算法、取中间值算法、取算术平均值算法及相近数据取算术平均算法中的一种算法处理所述数字信号。

9.如权利要求7所述的触摸屏控制电路，其特征在于，所述数字滤波器还用于产生误差信号。

10.如权利要求9所述的触摸屏控制电路，其特征在于，所述数字滤波器用于依据所述误差信号自动选择加权平均算法、取中间值算法、取算术平均值算法及相近数据取算术平均算法中的一种算法处理所述数字信号。

11.如权利要求9所述的触摸屏控制电路，其特征在于，所述数字滤波器用于依据所述误差信号直接输出所述数字信号。

12.如权利要求7所述的触摸屏控制电路，其特征在于，所述数字滤波器为有限冲激响应数字滤波器。

13.一种触摸屏控制方法，应用于包含触摸屏控制电路及数字滤波器的触摸屏控制装置，其特征在于，包含步骤：

输入模拟信号到所述触摸屏控制电路，

转换所述模拟信号为数字信号，

利用所述数字滤波器处理所述数字信号，所述数字滤波器用于采用加权平均算法、取中间值算法、取算术平均值算法及相近数据取算术平均算法中的一种算法处理所述数字信号。

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