CN102707842B - 一种红外触摸屏接收电路及红外触摸屏 - Google Patents

一种红外触摸屏接收电路及红外触摸屏 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种红外触摸屏接收电路及红外触摸屏，涉及触控技术领域，为加快扫描速度而设计，包括多个接收管单元，每个所述接收管单元都包含至少一个接收管；与所述接收管的驱动端连接的、用于控制所述接收管驱动的接收管驱动控制电路；用于传输所述接收管的输出信号的至少一条信号总线；与所述接收管的信号输出端连接的、用于控制所述接收管的信号输出端是否与所述信号总线连通的多个可控开关，不同的所述接收管单元通过不同的所述可控开关连接到所述信号总线上；用于控制所述可控开关的接通与断开的可控开关控制电路。本发明提供的接收电路，应用与红外触摸屏，可以减少扫描时接收信号的响应时间，同时能够降低电路板的宽度。

Description

一种红外触摸屏接收电路及红外触摸屏
技术领域
本发明涉及红外触摸技术领域，尤其涉及一种使用总线结构并能够加快扫描速度的红外触摸屏接收电路及红外触摸屏。
背景技术
在现有技术中，红外触摸屏包括安装在红外触摸屏边框的电路板上的红外发射管阵列和红外接收管阵列，红外发射管阵列和红外接收管阵列在触摸面板两侧相对安装，红外发射管阵列和红外接收管阵列的驱动和驱动方式，都是使用安装在红外触摸屏边框的电路板上的逻辑电路芯片来解析由微控制器系统所产生的扫描地址信息，然后通过矩阵结构来驱动或驱动每一对红外发射和接收对管，从而实现一次触摸检测。在红外触摸屏接收电路中，如图1所示，横向一般为红外接收管的控制端，控制端的一条控制线驱动控制一行红外接收管，纵向为红外接收管的信号输出端，输出当前被驱动的一行红外接收管的接收信号到信号处理电路，纵向的信号线的数量与横向的红外接收管相同，这种矩阵结构的驱动电路一般需要大量的控制线和信号线，对于尺寸较大的红外触摸屏，布线非常复杂，一方面很难缩减印刷电路板的宽度，以适应现在显示设备尤其是液晶显示器越来越窄的边框尺寸；另一方面大量的布线也不容易保证触摸屏的成品率和可靠性。
专利号为200610083246.5的中国专利申请公开了一种使用总线方式驱动红外发射管或红外接收管的技术方案，解决了因为布线复杂而产生的各种问题。但是该技术方案中，一次只驱动一对红外发射管和红外接收管，完成一次扫描检测后，再驱动下一对红外发射管和红外接收管，这种方式只能一次扫描每对红外发射管和红外接收管，尤其是对于一对多的扫描方式，驱动一个红外发射管，需要依次驱动相应的多个红外接收管进行扫描，由于红外接收管被驱动之后，要使其接收到信号达到稳定会有一个响应的时间，如果依次驱动各个红外接收管，每个接收管接收信号达到稳定的响应时间都会叠加起来，占用了较长的扫描时间，因此极大地限制了红外触摸屏的扫描速度。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种使用总线结构并能够实现快速扫描的红外触摸屏接收电路及红外触摸屏，也即提供一种能够减少连接线占用的面积并减少接收信号的响应时间的红外触摸屏接收电路及红外触摸屏。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种红外触摸屏接收电路，包括
多个接收管单元，每个所述接收管单元都包含至少一个接收管；
与所述接收管的驱动端连接的、用于控制所述接收管驱动与否的接收管驱动控制电路，所述接收管驱动控制电路具有多个用于控制接收管驱动的控制端，每一个所述接收管单元与至少一个控制端相连接；
用于传输所述接收管的输出信号的至少一条信号总线；
与所述接收管的信号输出端连接的、用于控制所述接收管的信号输出端是否与所述信号总线连通的多个可控开关，不同的所述接收管单元通过不同的所述可控开关连接到所述信号总线上；
用于控制所述可控开关的接通与断开的可控开关控制电路，所述可控开关控制电路具有多个用于控制所述可控开关的控制端，分别与各个可控开关相连接。
如上所述的红外触摸屏接收电路，优选地，所述接收管驱动控制电路为串行控制电路。
如上所述的红外触摸屏接收电路，优选地，所述可控开关控制电路为串行控制电路。
如上所述的红外触摸屏接收电路，优选地，所述串行控制电路中包含多个串行单元，每一个所述串行单元包含一个时钟控制端、一个数据输入端和一个数据输出端，多个所述串行单元的时钟控制端连接在一起，前一个所述串行单元的数据输出端与后一个所述串行单元的数据输入端相连接。
如上所述的红外触摸屏接收电路，优选地，每一个所述接收管单元与多个所述串行单元中的n个所述串行单元的数据输出端相连接，不同的所述接收管单元连接到不同的所述串行单元的数据输出端，其中n为大于或等于1的正整数。
如上所述的红外触摸屏接收电路，优选地，所述信号总线为m条，每一个所述接收管单元中的接收管分成m组，各个组中最多包含n只接收管，每组中的各个接收管的驱动端分别连接到不同的所述串行单元的数据输出端，信号输出端通过可控开关连接到同一信号总线，每一个所述接收管单元中不同组的接收管连接到不同的信号总线，其中m为大于或等于1的正整数。
如上所述的红外触摸屏接收电路，每一个所述接收管单元中的接收管分成m组，各个组中包含n只接收管。
如上所述的红外触摸屏接收电路，作为一种优选方式，所述信号总线为4条，每一个所述接收管单元中的接收管分成4组，每组包含3只接收管。
本发明还提供一种红外触摸屏，包括上述任一项所述的接收电路。
本发明提供一种红外触摸屏接收电路及红外触摸屏，一方面，将接收管分成多个接收管单元，分别连接到接收管驱动控制电路的不同控制端，各个接收管单元相互独立，可以同时驱动一个或多个接收管单元，由于每个接收管接收信号都有一个响应时间(即信号达到稳定的时间)，这个响应时间往往比较长，而响应时间在整个扫描时间中占用较大的比重，如果同时驱动多个接收管单元，这些被驱动的接收管接收到的信号基本同时达到稳定，因此可以减少响应时间，进而加快扫描速度；另一方面，每个接收管单元都通过一个可控开关与信号总线相连接，多个接收管单元中的接收管可以共用同一条信号总线，不需要在印刷电路板上布局很多信号线，因此可以减少印刷电路板的宽度；另外，每一个接收管单元分别通过可控开关来控制信号的传输，在初始化时可以通过接通所有可控开关，同时对每一个接收管单元进行初始化，大大提高了初始化的速度。
附图说明
图1为现有技术中红外触摸屏的一种接收电路示意图；
图2为本发明提供的红外触摸屏接收电路的功能框图；
图3为图2的一部分详细电路示意图。
具体实施方式
下面结合实施方式和附图对本发明进行清楚完整地描述。
在本发明中，涉及到的红外触摸屏包括发射电路和接收电路，其中发射电路上安装有发射管阵列，用于发射红外光，接收电路上安装有接收管阵列，用于接收发射管发射的信号，通过发射管阵列和接收管阵列之间的光线的遮挡情况识别触摸点，一般情况下，为了提高触摸识别精度或者实现多点触摸，对发射管和接收管的扫描采用一对多的扫描方式，即每次扫描驱动一个发射管，并依次驱动多个接收管，将多个接收管接收到的信号通过信号线传输到信号调理系统中，这种一对多的扫描方式一次只驱动一个发射管，对发射电路要求比较简单，发射电路中发射管的驱动方式可以采用现有技术中的矩阵结构，也可以采用现有技术中其他的驱动方式，由于本发明对发射电路没有限制，因此在本说明书中只对接收电路的结构做详细说明。
如图2所示，为本发明提供的红外触摸屏接收电路的功能框图，该接收电路包括多个接收管单元、一个接收管驱动控制电路、至少一条信号总线，多个可控开关和一个可控开关控制电路，其中，一个接收管单元中包含多个接收管(对于小触摸屏，一个接收管单元只包括一个接收管也是可行的)，接收管单元用于接收安装在红外触摸屏的对边的发射电路上的发射管发射的红外信号。接收管驱动控制电路与接收管单元内的接收管的驱动端相连接，用于控制接收管的驱动或关闭，该接收管驱动控制电路具有多个用于控制接收管驱动的控制端(由于起到控制作用，因此叫控制端，该控制端实际上也是接收管驱动控制电路的输出端，也可以叫数据输出端)，每个接收管单元与接收管驱动控制电路的至少一个控制端相连接，如果接收管是高电平有效，那么当接收管驱动控制电路的控制端输出高电平时，驱动与其连接的接收管，本发明中将施加电压或信号后能够使接收管驱动的一端称为驱动端，将接收管输出信号的一端称为信号输出端，若接收管为正向导通的二极管，那么阳极为驱动端，阴极为信号输出端。每一个接收管单元内的接收管的输出信号通过信号总线传输至信号调理系统，信号总线传输信号的过程也是读取接收管接收到的红外信号的过程，信号调理系统对读取的信号进行调理后传输至微控制器，微控制器对调理后的信号进行处理，可以识别触摸点；为了防止不同接收管单元的输出信号传输到同一条信号总线上造成信号串扰，通过可控开关来控制接收管单元的信号输出端与信号总线的连通，也即通过可控开关来控制接收管的输出信号是否通过信号总线传输，可控开关的一端与所述接收管的信号输出端连接，另一端连接到信号总线上，不同的接收管单元都通过不同的可控开关与信号总线相连接。可控开关的接通与断开通过一个可控开关控制电路控制，可控开关控制电路具有多个用于控制可控开关的控制端，这些控制端分别与各个可控开关相连接，当需要读取接收管单元中接收管的输出信号时，通过可控开关控制电路的控制，依次接通与每一个接收管单元相连接的相应的可控开关，使接收管接的输出信号通过信号总线传输至信号调理系统，信号传输至信号调理系统后的信号调理、信号处理、触摸识别等过程可以采用现有技术中的任一种方法，由于是现有技术，本发明中不再赘述。
本发明中的可控开关可以为模拟开关。
当红外触摸屏工作时，由于接收管从驱动到接收到最佳信号都有一个响应时间(也即接收单的信号达到稳定的时间)，由于各个接收管单元相互独立，可以同时驱动多个接收管单元，使不同的接收管单元同时开始工作，处于驱动状态的接收管的最大响应时间为响应最慢的一个接收管的响应时间，而不是各个接收管响应时间的总和，因此可以减少接收管的总的响应时间，使用信号总线读取信号，大大减少了印刷电路板上的走线，因此本发明在保证不太多的走线的同时也能够加快扫描速度。
为了使电路简单，接收管驱动控制电路可以为串行控制电路，如图3所示，框线301所围成的部分为串行控制电路的串行控制原理图，串行控制电路中包括多个串行单元302，本发明中的串行单元可以为寄存器或触发器，每一个串行单元302具有一个时钟控制端303、一个数据输入端304和一个数据输出端305，所有串行单元302的时钟控制端303都连接在一起，前一个串行单元的数据输出端305与后一个串行单元的数据输入端304相连接，也即串行单元之间通过数据输入端和数据输出端串行连接，这样组成一个移位寄存器，从每一个串行单元的数据输出端引出一个连接端，即为接收管控制电路的控制端。使用时，将外部编写好的程序代码烧录到微控制器中，微控制器根据程序代码向数据输入端输入数据，微控制器(MCU)从时钟控制端303向串行单元输入时钟信号，当遇到上升沿(上升沿有效)或下降沿(下降沿有效)时，每一个串行单元就会把左侧前一时刻的值赋给右侧，也即使输入数据从左向右移动，相当于一个先进先出的移位寄存器，这样，由于烧录到微控制器中的程序代码可以任意编写，因此可以使串行单元的数据输出端输出任意数值，串行单元的数据输出端(即接收管驱动控制电路的控制端)与接收管的驱动端相连接，因此也可以为接收管任意赋值。假设输入数据用“1”和“0”来表示，其中“1”表示高电平，“0”表示低电平，图3中各个串行单元的数据输入端的数据分别为0、1、0、0、1、0、0，如果接收管对高电平有效，则与串行单元的数据输出端A相连接的接收管被驱动，微控制器根据程序代码，向第一个串行单元的数据输入端输入一个0，当时钟输入端的时钟信号的上升沿(上升沿有效)或下降沿(下降沿有效)来临时，各个串行单元的数据输入端的数据分别移到数据输出端，而数据输入端的数据变为0、0、1、0、0、1、0，则与串行单元的数据输出端B相连接的接收管被驱动。由此根据串行单元的数据输入端的输入数据并根据时钟控制端的信号来控制接收管的驱动与关闭，由于所有串行单元的时钟控制端全都连在一起，因此这些赋值操作是同时发生的，这种串行控制电路结构简单，实现方便。
优选地，可控开关控制电路也可以采用图3中的串行控制电路来控制可控开关，在读取接收管信号时，由于信号传输采用总线的方式，为了防止信号串扰，一次最多只能使一个可控开关接通，但是在对接收管进行初始化时，可以同时接通所有可控开关，同时对各个接收管单元进行初始化，也即可以同时对各个接收管单元进行充放电，大大减少了初始化占用的时间。
可选地，接收管驱动控制电路和可控开关控制电路也可以采用并行控制电路，只是并行控制的电路复杂度比较高。
如图3所示，框线306和框线307所围成的部分分别为图2中接收管单元和信号总线的细节电路图，作为一种优选的实施方式，本发明提供的接收电路共包含4条信号总线，每一个接收管单元包含12只接收管，并将这12只接收管分成4组，每组包含3只接收管，也即，在图3中，第1、2、3只接收管为第一组，第4、5、6只接收管为第二组，第7、8、9只接收管为第三组，第10、11、12只接收管为第四组，以第一个接收管单元为例，第一个接收管单元中每一组的3只接收管的驱动端分别与串行控制电路的三个串行单元的数据输出端(即控制端)A、B、C相连接，信号输出端连接在一起通过可控开关连接到同一条信号总线，第一个接收管单元中每一组的第一只接收管连接到第一个串行单元的数据输出端A、每一组的第二只接收管连接到第二个串行单元的数据输出端B、每一组的第三只接收管连接到第三个串行单元的数据输出端C，不同组的接收管通过可控开关与不同的信号总线相连接，即第一组接收管的接收的信号通过信号总线a传输，第二组接收管接收的信号通过信号总线b传输，第三组接收管接收的信号通过信号总线c传输，第四组接收管接收的信号通过信号总线d传输，这种连接方式一次至驱动每一组中的一只接收管，读取信号时，被驱动的接收管的输出信号可以通过不同的信号总线传输，可以避免信号串扰。其他接收管单元与串行控制电路和信号总线的连接方式相同，只是不同接收管单元连接到不同的串行单元。
需要说明的是，如果安装在印刷电路板上的接收管的总数量不能均匀地分成若干个包含相等数量接收管(如12只)的接收管单元，可以使位于印刷电路板两端的两个接收管单元包含的接收管的数量与其他接收管单元的数量不同，或者使位于一端的一个接收管单元包含的接收管的数量与其他接收管单元的数量不同，这种方式可以使触摸屏中间区域的扫描线尽量均匀，提高中间区域的触摸效果。
当上述接收电路处于工作状态时，如果接收管对高电平有效，对于每一个接收管单元，如图3，可以首先给串行单元的A端赋予高电平，分别驱动接收管单元中与A端相连接的4只接收管，使其接收信号，当接收信号达到稳定后，接通与当前驱动的接收单元相连接的可控开关，使信号分别通过4条信号线传输到微控制器系统内，然后可以依次驱动与B端和C端相连接的接收管；对于不同的接收管单元，由于接收管单元之间相互独立，可以通过控制线同时驱动一个或多个接收管单元，即可以同时使不同的接收管单元中的接收管开始工作，可以使驱动的接收管接收到的信号达到稳定的时间(响应时间)基本相同，当被驱动的接收管的信号稳定时，才开始读取信号。对于每一个接收管单元，按照图3所示的电路连接方式，同时可以间隔均匀的驱动各个接收管，如同时可以驱动每一个接收管段元中的第1只、第4只、第7只、第10只接收管，因此能够获得均匀的扫描线，对接收管进行间隔扫描也能够获得倾斜角度较大的扫描线，这样在触摸识别时能够提高精度。当需要读取某个接收管单元的信号时，接通相应的可控开关，使该接收管单元接收到的信号输出到信号总线，通过信号总线传输至微控制器系统，微控制器系统中的信号处理单元对接收到的信号进行处理，从而识别出用户在触摸面板上的操作。
本发明提供的红外触摸屏接收电路，首先，各个接收管单元相互独立，可以同时驱动多个接收管单元，因此能够减少接收管总的响应时间，从而提高扫描速度；其次，由于对应同一条信号总线每次只接通一个可控开关，因此不同接收管单元的输出信号可以通过相同的信号总线传输，避免了使用大量信号线，因此可以减少印刷电路板的宽度；再次，接收管驱动控制电路和可控开关控制电路都采用串行控制电路，减少了全局走线，能够进一步减少印刷电路板的宽度；最后，将接收管阵列分成多个相互独立的单元，然后通过可控开关与信号总线连接，在对接收管初始化阶段，可以接通所有可控开关，同时对每一个接收管单元进行初始化，因此可以大大提高初始化的速度。
需要说明的是，每一个接收管单元中的接收管的数量不一定为12只，具体的数量可以由同一个接收管单元连接的接收管驱动控制电路的控制端的数量和信号总线的数量来决定，如果信号总线的数量为m，同一个接收管单元连接的接收管驱动控制电路的数据输出端的数量为n，那么接收管单元中包含的接收管的数量可以为m×n只，并按照接收管的安装顺序均匀分成m组，每一组中的n只接收管的驱动端分别与接收管驱动控制电路的n个控制端相连接，信号输出端连接在一起通过可控开关与一条信号总线相连接，每一条信号总线都与每一个接收管单元中的一组接收管相对应，如，信号总线a都与每一个接收管单元内的第一组接收管相对应，作为每一个接收管单元中第一组接收管的公共传输通道，其中m≥1，n≥1，且m和n都为正整数，具体的电路连接方式可以与图3所示的方式相同，当然，也可以采用其他的电路连接方式，如与同一条控制线相连接的接收管的位置间隔不均匀。
本发明中提到的“连接”关系可以为直接连接关系或间接连接关系，如接收管驱动控制电路的控制端与接收管驱动端的连接可以是直接连接，也可以是在接收管驱动控制电路的输出端与接收管驱动端之间增加电阻、电容、二极管、三极管等电子元器件或电路后的间接连接。
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，如每个接收管单元中各个组的接收管的数量不同，与同一个串行单元相连接的接收管的数量也不同，或者同一个串行单元的数据输出端所连接的接收管的位置间隔不均匀，或者每个接收管单元中包含的接收管的数量不相同等，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (9)

1.一种红外触摸屏接收电路，其特征在于，包括
多个接收管单元，每个所述接收管单元都包含至少一个接收管；
与所述接收管的驱动端连接的、用于控制所述接收管驱动与否的接收管驱动控制电路，所述接收管驱动控制电路具有多个用于控制接收管驱动的控制端，每一个所述接收管单元与至少一个控制端相连接；
用于传输所述接收管的输出信号的至少一条信号总线；
与所述接收管的信号输出端连接的、用于控制所述接收管的信号输出端是否与所述信号总线连通的多个可控开关，不同的所述接收管单元通过不同的所述可控开关连接到所述信号总线上；
用于控制所述可控开关的接通与断开的可控开关控制电路，所述可控开关控制电路具有多个用于控制所述可控开关的控制端，分别与各个可控开关相连接。
2.根据权利要求1所述的红外触摸屏接收电路，其特征在于，所述接收管驱动控制电路为串行控制电路。
3.根据权利要求1所述的红外触摸屏接收电路，其特征在于，所述可控开关控制电路为串行控制电路。
4.根据权利要求2或3所述的红外触摸屏接收电路，其特征在于，所述串行控制电路中包含多个串行单元，每一个所述串行单元包含一个时钟控制端、一个数据输入端和一个数据输出端，多个所述串行单元的时钟控制端连接在一起，前一个所述串行单元的数据输出端与后一个所述串行单元的数据输入端相连接。
5.根据权利要求4所述的红外触摸屏接收电路，其特征在于，每一个所述接收管单元与多个所述串行单元中的n个所述串行单元的数据输出端相连接，不同的所述接收管单元连接到不同的所述串行单元的数据输出端，其中n为大于或等于1的正整数。
6.根据权利要求5所述的红外触摸屏接收电路，其特征在于，所述信号总线为m条，每一个所述接收管单元中的接收管分成m组，各个组中最多包含n只接收管，每组中的各个接收管的驱动端分别连接到不同的所述串行单元的数据输出端，信号输出端通过可控开关连接到同一信号总线，每一个所述接收管单元中不同组的接收管连接到不同的信号总线，其中m为大于或等于1的正整数。
7.根据权利要求6所述的红外触摸屏接收电路，其特征在于，每一个所述接收管单元中的接收管分成m组，各个组中包含n只接收管。
8.根据权利要求7所述的红外触摸屏接收电路，其特征在于，所述信号总线为4条，每一个所述接收管单元中的接收管分成4组，每组包含3只接收管。
9.一种红外触摸屏，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的接收电路。
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