CN102177653A - 串口界面式振动电机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用串口界面方式的振动电机驱动装置，其特征在于：该装置包括在发生Event时，从主处理器接收Effect命令（数字数据形式的Effect数字数据或Effect生成命令数据）的串口界面；从所述串口界面接收到Effect命令后生成时钟脉冲的时钟生成部；基于所述串口界面发送Effect命令及所述时钟生成器发送的时钟脉冲，导出与所述振动电机谐振频率具有相同频率的Effect数据的Effect数据生成器；将所述Effect数据转换为振动电机驱动信号的D/A转换部等振动电机驱动信号生成部以及根据所述振动电机驱动信号生成触觉反馈的振动电机。本发明可将1个振动电机驱动装置适用于各种谐振频率振动电机通过精密的谐振频率调节可提高振动力，通过准确精密的振动电机驱动及振幅调节还能提高产品的触觉反馈特性，使不具备PWM信号输出功能的主处理器也能具备触控功能。并且，通过接收波形、振幅、周期等追加信息在内的Effect生成命令数据，在振动电机驱动装置生成硬件性指定Effect波形，因此主处理器无需生成Effect数字数据，在最大程度内减少了主处理器发送的控制信号量的同时又能生成多种触觉反馈，从而显著降低了主处理器的负荷。

Description

串口界面式振动电机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种利用振动电机生成触觉反馈的振动电机驱动装置，其特征在于：不使用传统的PWM控制方式，而是采用串口界面在发生各种Event时,在生成各种触觉反馈的同时，通过控制启动振动电机的谐振频率使其适用于更多类型的振动电机。并可通过调节谐振频率提高振动力，因其能够准确精密的控制振动力，所以适用于便携式终端机等采用振动电机生成各种触觉反馈的所有电子产品。
背景技术
最近如便携式终端机等各种电子产品中，在处于特定Event状态时（按键或游戏时），为使振动、铃声、LED灯亮等单纯方式具有差别化的UI(User Interface)功能并使其发挥到极致，通过触觉反馈具备触控（Haptic）功能，依靠感觉进行传递的触控手机及电子产品深受广大用户的喜爱和推崇。
本发明是与启动触控功能振动电机的驱动装置的动作及控制方式相关的发明，图1为启动传统振动电机的驱动装置结构图。
如图1所示，传统的振动电机驱动装置200从主处理器100接收PWM信号后，通过固定分频器210和XOR(Exclusive Or Gate : 220)来分配所输入的PWM频率再经增幅器240内部的电容式积分器扩增至转换信号和非转换信号形态来导出启动振动电机300所需的实际的振动电机驱动波形。
而这种传统的振动电机驱动装置存在一个问题，即PWM信号通过固定分频器210、XOR220及增幅器240内部的积分器只能生成可启动交流振动电机（LRA Motor等）的固定谐振频率，而具有多种谐振频率的振动电机则无法使用。
需特别注意的是，采用PWM控制方式时应对好主处理器100的时钟频率和振动电机300的谐振频率，而不同种类的振动电机其谐振频率也不尽相同，因此对好频率也是非常有技术难度的一项工作。
并且，即使是谐振频率相同的振动电机，在生产过程中也会出现稍微不同的谐振频率，而传统的方式无法对这种个别振动电机的谐振频率偏移实施更为精密细致的调整，因而限制了振动电机振动力的提高。
并且，将PWM Duty转换为调整电机振动强度的振幅时，无法实施准确细密的振幅调整来启动AC电机(LRA Motor)和DC电机(ERM Motor)，这也是传统方式存在的一种弊端。
因PWM信号从主处理器100输出，因此主处理器100应具备PWM功能，而不具备PWM信号输出功能的处理器则无法使用或需要在周围回路上安装众多配件来充当驱动装置，这也是其存在的缺点。
发明内容
技术问题
本发明以解决上述存在的问题为出发点，其目的之一在于：提供一种振动电机谐振频率控制装置，使一个振动电机驱动装置适用于具有多种谐振频率的振动电机。
本发明的另一目的是：通过调制振动电机原有的谐振频率来提高振动电机的振动力，再采用D/A转换器生成振动电机驱动振幅，以此来更加准确和精密地操控振动电机。
本发明还有一个目的：采用串口界面来操控振动电机的驱动装置，即使不具有PWM模块的处理器也能使用该驱动装置，还可通过串口界面，在接收到振动信号的波形、周期等追加信息在内的生成Effect的命令数据后，即使在没有显示振幅值的连续性的Effect数字数据的状态下也能在振动电机驱动装置生成硬件性的指定性Effect波形，在降低主处理器生成Effect控制信号的量的同时生成各种触觉反馈，从而显著降低主处理器的负荷。
技术方案
为达到上述目的，本发明提供的串口界面振动电机驱动装置其特征在于：本装置包括发生Event时从主处理器接收序列数据形态的Effect命令数据的串口界面部（所述Effect命令为Effect数字数据或Effect生成命令数据）；从所述串口界面接收驱动信号时生成时钟脉冲的时钟生成部；基于从串口界面接收到的Effect命令及所述时钟生成部接收到的时钟信息来导出与所述振动电机谐振频率相同的Effect数据的Effect数据生成部；包括将所述Effect数据转换为振动电机驱动信号的D/A转换部在内的振动电机驱动信号生成部以及根据所述振动电机驱动信号生成触觉反馈的振动电机。
所述Effect命令为Effect数字数据时，Effect数字数据相当于所述振动电机的振幅值，所述Effect数据生成部宜安装：保存控制振动电机谐振频率的时钟计数值或谐振频率值的谐振频率寄存器、保存所述振动电机型号信息的电机型号寄存器、临时保存所述振幅值，振动电机为DC电机状态时直接导出振幅值，所述振动电机为AC电机状态时在每个振动电机谐振频率的1/2周期导出所述振幅值的动作控制寄存器等数字逻辑部、从所述谐振频率寄存器读取振动电机谐振频率信息，对所述时钟生成部输入的时钟脉冲加以计数，当计数值达到所述振动电机谐振频率需要的时钟个数的1/2时将HIGH 或low值交叉输出至所述动作控制寄存器的计数及比较部。
并且，所述主处理器宜将开始初始动作时得到的振动电机的型号信息及谐振频率信息设置在所述电机型号寄存器及谐振频率寄存器上。所述Effect命令属于Effect生成命令数据时，所述Effect生成命令数据宜包括波形信息、周期信息、追加信息中的任何一个以上的信息。
所述Effect数据生成部件宜包括：与Effect生成命令数据中的信息相对应的波形数据生成部、比较所述振动电机的谐振频率信息和所述时钟生成部输入的时钟计数值，其计数值达到振动电机谐振频率所需时钟个数的1/2时交叉导出HIGH或low对应值来生成与振动电机的谐振频率具有相同频率脉冲波的计数及比较部、输入端连接到所述计数及比较部和波形数据生成部，将波形数据生成部输出的波形数据载入到所述计数及比较部所认可的脉冲波并转换处理为Effect数字数据后输出到所述D/A转换部的调制部。
有益效果
同上所述，本发明通过控制振动电机谐振频率，使一个振动电机驱动装置适用于具有多种谐振频率的振动电机，可通过精密调制谐振频率来提高振动力，通过调整振动电机的驱动及振幅可提高产品的触觉反馈。
采用以串口界面等数字化值来操控振动电机驱动装置的方式，即使未具备PWM信号输出功能的主处理器也能轻松持有触控功能，使生成触觉反馈的系统环境制约显著减少，从而加大振动电机的选择面，提高开发者的的开发便利。
还通过串口界面，在接收振动信号的波形、周期或追加信息等数据时在振动电机驱动装置上生成硬件性Effect波形，从而降低主处理器控制信号量的同时，生成多种触觉反馈，也显著降低了主处理器的负荷。
附图说明
图1为传统PWM控制方式的振动电机驱动装置结构图。
图2为本发明提供的串口界面方式的振动电机驱动装置结构图。
图3为Effect数据生成部实施例详细结构图。
图4为Effect数据生成部另一示例详细结构图。
图5为Effect生成命令的数据结构示例图。
图6为根据图4实施例生成的波形数据示例图。
主要图面符号说明>
10：主处理器                  11：串口界面
12：控制开关                  20：振动电机驱动装置
21：串口界面                  23：时钟生成部
25：振动电机驱动信号发生部    27：增幅部
30：振动电机                  40：存储器
50：Effect数据生成部          60：D/A转换部
70：数字逻辑部                71：动作控制寄存器
73：电机型号寄存器            75：谐振频率寄存器
80：计数及比较部              90：波形数据生成部
95：调制部。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明。
图2为本发明所提供的采用串口界面方式的振动电机驱动装置结构图。
如图2所示，本发明所提供的串口界面方式的振动电机驱动装置20夹置于主处理器10和振动电机30之间。
主处理器10发生生成Effect（振动电机触觉反馈）的Event时，将该Effect命令（Effect数字数据或Effect生成命令数据）传输至振动电机驱动装置200，不使用传统的PWM信号而采用12C等串口界面21，可适用于未具备PWM模块的主处理器。Effect命令为Effect数字数据时相当于显示振动电机30振幅的实际数字值；Effect命令为Effect生成命令数据时，有可能包括振动电机30驱动信号的波形、周期或追加信息等内容。
前项参照图3，后项参照图4示例将做详细说明。
振动电机的驱动装置20通过串口界面21从主处理器10接收Effect命令（Effect数字数据或Effect生成命令）后生成启动振动电机的驱动信号并传输至振动电机，其架构包括串口界面21、时钟生成部23、振动电机驱动信号生成部25及增幅部27。
串口界面21是从主处理器10接收序列数据的部件，本实施例使用了12C，但只要能接收数字数据，可使用任何形式的串口界面。
时钟生成部23是输出内部动作及振动电机30谐振频率生成用的标准时钟脉冲的部件，可通过调整输出时钟的频率来加大可变性。对于利用时钟生成部23生成的时钟脉冲发出振动电机驱动信号的动作可通过图3及图4加以了解。
振动电机驱动信号生成部25包括：基于从串口界面21接收到的Effect命令（Effect数字数据或Effect生成命令数据）及时钟生成部23发送的时钟脉冲来导出与振动电机30谐振频率相同的Effect数据的Effect数据生成部50和将Effect数据转换为振动电机驱动信号的D/A转换部60，对于Effect数据生成部50的具体组成将以图3和图4实施例为参照加以说明。
增幅部27对已转换的模拟信号加以增幅后发送至振动电机300，振动电机300接收到增幅部27的输出信号后生成与主处理器100的Effect命令及Effect数据生成部50发送的Effect数据相对应的触觉反馈。
图3是Effect生成部实施例的详细结构图，图3中的Effect数据是振动电机30振幅的实际数字值，Effect数据生成部将接收到的Effect命令数字值导出为符合振动电机30型号或谐振频率波形的数字值。
如图3所示，这一实施例中，Effect数据生成部50包括数字逻辑部70和计数及比较部80。
数字逻辑部70由存储振动电机30型号信息的电机型号寄存器73、保存控制振动电机30谐振频率的时钟计数值或谐振频率值的谐振频率寄存器75及根据电机型号及计数及比较部80的输出信号将Effect数字数据即振幅值传输至D/A转换部60的动作控制寄存器71组成。
电机型号寄存器73是存储振动电机30型号信息的部件，保存显示振动电机30是否是AC电机或DC电机的相关信息。
谐振频率寄存器75是保存控制谐振频率的时钟计数值或谐振频率值的部件，谐振频率值可用振动电机30产品规格指定的固有谐振频率进行设置，为突出振动力特点的变化，也可在适当范围内变更（+/-）谐振频率加以设置。
动作控制寄存器71在Effect命令属于Effect数字数据时，将接收到的振幅值临时进行保存。振动电机30为DC电机时直接导出振幅值，振动电机为AC电机时以计数及比较部80发送的信号为基础，在每个谐振频率的1/2周期导出相当于High或low值的振幅值。
计数及比较部80从谐振频率寄存器75读取振动电机30的谐振频率信息，并对时钟生成部23输入的时钟脉冲加以计数，并在每个振动电机30的谐振频率1/2周期将HIGH或low值交叉输入到动作控制寄存器75。
参照图2及图3，下面对生成触觉反馈的振动电机驱动装置的动作做更详尽说明。
主处理器10在打开系统电源时（或打开重置开关等初始操作时），通过12C等串口界面对振动电机驱动装置内的寄存器设置振动电机型号(ERM or LRA)和振动电机谐振频率等必要设定值。此时，谐振频率寄存器75的设置值如上所述，可用振动电机30产品规格指定的固有谐振频率进行设置，或为突出振动力特点的变化，也可在适当范围内变更（+/-）谐振频率加以设置。
初始设置完毕后，在系统操作过程中为生成Effect（振动电机的触觉反馈）而发生特定Event时（按键或Game时）主处理器10通过12C等串口界面将反映Effect生成振幅值的Effect命令的数字数据传输至电动电机驱动装置20。
振动电机驱动装置20通过内部12C等串口界面21接收振幅值并将其发送至振动电机驱动信号生成部25。
数字逻辑部70在系统实施初始动作时，振动电机设置为ERM Type(DC Motor)的状态下，将接收到的振幅值传递至D/A转换部60，将数字数据转换为模拟数据，并利用增幅部27转换成启动振动电机的实际振动电机驱动信号即DC波形并输出至振动电机30。
而数字逻辑部70在系统初始阶段，如振动电机设置为LRA Type(AC Motor)时，计数及比较部80对时钟生成部23输入的时钟脉冲加以计数，与保存在谐振频率寄存器75的时钟计数值（或谐振频率值）进行比较。此时，时钟数值与谐振频率所需时钟个数的1/2值（信号的 (+)(-）转换基准点)进行比较后如更小或相同时将High(Low)值输出至动作控制寄存器71，如时钟数大于谐振频率所需时钟个数的1/2值时，将与上述输出值相反的Low(High)值输出至动作控制寄存器71后生成AC 电机的谐振频率信号。
此时，根据High或Low，将主处理器10发送的振幅值即Effect数字数据以High和low相当值传递至D/A转换部60后将数字数据转换为模拟数据，通过增幅部27变换为启动振动电机的实际振动电机驱动信号即AC波形并输入至振动电机30。
此时，计数及比较部80相计的时钟值与谐振频率一个周期的时钟数相同时，计数及比较部80会从0开始重新计数并反复执行直至振动电机驱动装置停止动作。
振动电机300根据振动电机驱动装置200发出的驱动信号，生成与主处理器100发送的Effect数字数据相对应的触觉反馈。
根据本实施例，主处理器10输入的Effect数字数据就是显示振幅值的数据值，因此根据数据值的大小可精确控制振幅值，这是它的一个优点。
图4为Effect数据生成部另一个实施例的详细结构图，图5是本实施例使用的Effect生成命令数据的数据结构图例，图6是根据图4实施例生成的波形数据图例。图4实施例中，Effect生成命令数据是包括振动电机驱动信号的波形、频率或追加信息等内容，Effect数据生成部生成与已接收到的Effect生成命令数据相对应的Effect数字数据波形。
如图4所示，根据另一实施例，Effect数据生成部50其架构包括：与Effect生成命令数据所包括的信息（波形、周期或追加信息）相对应的波形数据生成部90、对时钟生成部23输入的时钟加以计数并与振动电机30 谐振频率信息进行比较，时钟计数值每次达到振动电机30谐振频率所需时钟个数的1/2时交叉输入HIGH 或low相应值来生成与振动电机30谐振频率具有相同频率的脉冲波的计数及比较部80、输入端连接到波形数据生成部90和计数及比较部80，将波形数据生成部输出的波形数据载入到计数及比较部所认可的脉冲波并转换处理为Effect数字数据后输出到D/A转换部60的调制部95。
虽然未在图4加以显示，但波形数据生成部90的内部或后端宜配备与图3具有相同功能的寄存器71、83、75，在此种情况下， Effect命令为Effect生成命令数据时动作控制寄存器71会临时保存已存在的硬件性Effect波形振幅值。
图5是Effect生成命令数据为8Bit时的示例，例如在8Bit中，上级2Bit显示波形信息，中间的3Bit显示周期信息，下级3Bit显示其他追加信息。虽然未以图示加以说明，波形数据生成部90中应内置将Effect生成命令数据分配到各信息领域的数据传递部和根据各Bit值生成具有规定波形、周期或追加功能的波形数据的硬件回路。
例如，事先设置上级2Bit为00时为正弦波、01时为三角波、10时为锯齿波、11时为球形波，波形数据生成部90根据上级2Bit值生成硬件性波形。
根据相同原理，中间的3Bit和下级3Bit也可分为8种情况的周期及追加功能，生成具有指定周期及振幅的波形数据。
根据这种原理，也可得出如图6所示的波形状态。图6中的实线显示的是模拟转换后的振动电机驱动信号，表示振动电机的振动强度。波形数据生成部90的输出信号为分离值形态的波形数据，例如有可能是周期T,最大振幅Am的锯齿波形分离值波形。
参照图4及图5，利用振动电机生成触觉反馈的振动电机驱动装置其详尽的动作相关说明如下。
首先，内存400中设置有发生特定Event时生成相应触觉反馈的Effect命令（Effect数字数据或Effect生成命令数据）值。
在系统操作过程中，为生成Effect（振动电机的触觉反馈）而发生特定Event（按键或Game时）时，主处理器10从内存40读取与Event相对应的Effect命令（Effect数字数据或Effect生成命令数据）后通过12C等串口界面发送至振动电机驱动装置20。
振动电机驱动装置20采用12C等串口界面21来接收显示振幅值的Effect数字数据或控制硬件化的Effect波形的Effect命令数字数据，并将其传输至振动电机驱动信号生成部25。即，波形数据生成部90其接收到的Effect命令为Effect数字数据时对振幅值进行分析，如接收到的Effect命令为Effect生成命令数据时则对所包括的波形、周期信息或追加信息加以分析后生成与之相对应的波形数据。调制部95将波形数据生成部90生成的波形数据载入计数及比较部80生成的谐振频率后转换为Effect数据后发送至所述D/A调制部60。
之后的步骤与图3所示实施例相同，故省略详细说明。
本实施例的优点在于：发生Event时，可将一个振动电机驱动装置使用于各种谐振频率的振动电机，可通过精密的谐振频率调节提高振动力，还能通过准确精密的振动电机驱动及振幅调节提高产品的触觉反馈特性，使不具备PWM信号输出功能的主处理器也能具备触控功能。
本发明还有一个优点：每当发生Event时，主处理器只需输入1次波形、周期或追加信息等数据，即可在振动电机驱动装置生成硬件性指定Effect波形，因此在最大程度内减少了主处理器发送的控制信号的量，又能生成多种触觉反馈，从而能够显著降低主处理器的负荷。
虽然本发明以上述详尽的实施例做了说明，但在不超出发明宗旨和范畴的情况下可进行修正或变更。随之，所提交的专利申请范围包括此类修正或变更。

Claims (5)

1.一种采用串口界面方式的振动电机驱动装置，其特征在于：本装置包括发生Event时从主处理器接收序列数据形态的Effect命令数据的串口界面部（所述Effect命令为Effect数字数据或Effect生成命令数据）；从所述串口界面接收驱动信号时生成时钟脉冲的时钟生成部；基于从串口界面接收到的Effect命令及所述时钟生成部接收到的时钟信息来导出与所述振动电机谐振频率具有相同频率的Effect数据的Effect数据生成部；包括将所述Effect数据转换为振动电机驱动信号的D/A转换部在内的振动电机驱动信号生成部以及根据所述振动电机驱动信号生成触觉反馈的振动电机。
2.根据权利要求1所述，该串口界面方式的振动电机驱动装置的特征在于：所述Effect命令为Effect数字数据时，Effect数字数据相当于所述振动电机的振幅值，所述Effect数据生成部包括：保存控制振动电机谐振频率的时钟计数值或谐振频率值的谐振频率寄存器、保存所述振动电机型号信息的电机型号寄存器、临时保存所述振幅值，振动电机为DC电机状态时直接导出振幅值，所述振动电机为AC电机状态时在每个振动电机谐振频率的1/2周期导出所述振幅值的动作控制寄存器等数字逻辑部、从所述谐振频率寄存器读取振动电机谐振频率信息，对所述时钟生成部输入的时钟脉冲加以计数，当计数值达到所述振动电机谐振频率所需时钟个数的1/2时将HIGH 或low相应值交叉输出至所述动作控制寄存器的计数及比较部。
3.根据权利要求2所述，该串口界面方式的振动电机驱动装置的特征在于：所述主处理器将初始动作时得到的振动电机的型号信息及谐振频率信息设置在所述电机型号寄存器及谐振频率寄存器上。
4.根据权利要求1所述，该串口界面方式的振动电机驱动装置的特征在于：所述Effect命令属于Effect生成命令数据时，所述Effect生成命令数据包括波形信息、周期信息、追加信息中的任何一个以上的信息。
5.根据权利要求4所述，该串口界面方式的振动电机驱动装置的特征在于：所述 Effect数据生成部包括与Effect生成命令数据中的信息相对应的波形数据生成部、比较所述振动电机的谐振频率信息和所述时钟生成部输入的时钟计数值，其计数值达到振动电机谐振频率所需时钟个数的1/2时交叉导出HIGH或low对应值来生成与振动电机的谐振频率具有相同频率脉冲波的计数及比较部、输入端连接到所述计数及比较部和波形数据生成部，将波形数据生成部输出的波形数据载入到所述计数及比较部所认可的脉冲波并转换处理为Effect数字数据后输出到所述D/A转换部的调制部。
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