CN102902383B - 触摸笔及其信号传输方法、触摸控制器及其信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及触控技术领域，提供了一种触摸笔及其信号传输方法、触摸控制器及其信号检测方法。其中触摸笔信号传输方法包括：检测触摸笔笔尖是否承受压力或者触摸笔上的按键是否按下；检测到触摸笔笔尖承受压力或者触摸笔上的按键按下，发送第一触摸信号，所述第一触摸信号用于计算触摸笔当前所处的触摸屏坐标位置以及用于触摸笔与触摸控制器的时序同步；对检测到的触摸笔笔尖所承受的压力值和/或触摸笔上的按键的按键值进行编码，根据所述编码发送第二触摸信号。本发明能够实现触摸笔的多种应用功能。

Description

触摸笔及其信号传输方法、触摸控制器及其信号检测方法

技术领域

本发明涉及触控技术领域，特别是涉及一种触摸笔及其信号传输方法、触摸控制器及其信号检测方法。

背景技术

由于支持多点触摸技术，电容触摸屏成为触摸屏产品的新宠。越来越多的设备所采用的屏幕由电阻屏向电容屏转化。以中国为代表的东方国家由于象形文字和传统习惯，多数用户依然习惯用手写输入方式，但用手在电容触摸屏上进行手写输入时，会出现如下两个问题：(1)丢点：当用户进行手写时，笔迹会产生严重缺失；(2)溢点：手指抬起后，经常会产生严重的多余笔迹。当手指湿润时，丢点或溢点现象会更加严重，根本无法实现输入。因此，对电容触摸笔的需求日益强烈。如图1和图2所示，手指或触摸笔100在触摸屏终端的触摸传感器101上输入信息，触摸屏终端的触摸控制器102对输入信息解析后予以响应。

图1中手触摸时，触摸传感器的垂直极线(Y)作为驱动线接收触摸控制器的驱动信号，水平极线(X)作为感应线接收感应信号，感应信号发送给触摸控制器，触摸传感器处于“互容”状态。图2中触摸笔触摸时，触摸传感器的垂直极线(Y)和水平极线(X)均作为感应线接收感应信号，感应信号发送给触摸控制器，触摸传感器处于“自容”状态。

现有的电容式触摸笔分成无源和有源两种类型。无源类型的电容式触摸笔实际上只是简单的替代手指的触摸。目前的有源电容式触摸笔，也只能发射单一的驱动信号，该驱动信号仅仅用于建立触摸笔与触摸传感器之间耦合，并不能传递触摸笔的多种应用功能，现有技术中也没有公开能传递触摸笔的多种应用功能的触摸笔信号传输方法以及相应的触摸控制器的信号检测方法。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种能传递触摸笔的多种应用功能的触摸笔及其信号传输方法、触摸控制器及其信号检测方法。

本发明采用的技术方案是：

一种触摸笔信号传输方法，所述方法包括：

检测触摸笔笔尖是否承受压力或者触摸笔上的按键是否按下；

检测到触摸笔笔尖承受压力或者触摸笔上的按键按下，发送第一触摸信号，所述第一触摸信号用于计算触摸笔当前所处的触摸屏坐标位置以及用于触摸笔与触摸控制器的时序同步；

对检测到的触摸笔笔尖所承受的压力值和/或触摸笔上的按键的按键值进行编码，根据所述编码发送第二触摸信号。

一种触摸笔，所述触摸笔采用上述触摸笔信号传输方法进行信号传输。

一种触摸控制器信号检测方法，所述方法包括：

检测第一触摸信号，根据检测到的第一触摸信号的起始位置或结束位置进行触摸笔与触摸控制器的时序同步；

检测第二触摸信号，解码检测到的第二触摸信号，得到触摸笔笔尖所承受的压力值和/或触摸笔上的按键的按键值。

一种触摸控制器，所述触摸控制器采用上述触摸控制器信号检测方法进行信号检测。

本发明通过检测压力或按键，在存在压力或按键时先发送第一触摸信号计算触摸笔坐标并进行时序同步，再根据压力值和/或按键值进行编码以发送第二触摸信号，通过第二触摸信号传递的压力值和/或按键值能够实现触摸笔的多种应用功能。

附图说明

图1是现有技术提供的利用手指在触摸终端的触摸传感器上进行输入的示意图；

图2是现有技术提供的利用触摸笔在触摸终端的触摸传感器上进行输入的示意图；

图3是本发明实施例1提供的触摸笔信号传输方法示意图；

图4是本发明实施例1提供的触摸信号的示意图；

图5是本发明实施例1提供的触摸控制器信号检测方法示意图；

图6是本发明实施例1中触摸笔的脉冲时序超前于触摸控制器的检测时序时的检测示意图；

图7是本发明实施例1中触摸笔的脉冲时序滞后于触摸控制器的检测时序时的检测示意图；

图8是本发明实施例1中触摸笔的脉冲时序与触摸控制器的检测时序同步时的检测示意图；

图9是本发明实施例2提供的触摸信号的波形示意图；

图10是本发明实施例3提供的触摸信号的示意图；

图11是图10中的触摸信号的一优选实施方式的波形示意图；

图12是图11中的第二触摸信号的发送电路框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下的“笔端”均指“触摸笔端”，“屏端”均指“触摸屏端”。

实施例1：

本实施例提供了一种触摸笔信号传输方法。请参阅图3所示，为本发明实施例1提供的触摸笔信号传输方法示意图。本实施例中，触摸笔发送给触摸屏端的信号包括第一触摸信号和第二触摸信号，第一触摸信号用于计算触摸笔当前所处的触摸屏坐标位置以及用于笔端与屏端的时序同步，第二触摸信号用于传输笔端检测到的笔尖所承受的压力值以及触摸笔上的按键的按键值。上述按键用于设置触摸笔的书写模式、书写字体等，如书写字体中的楷体、隶书、宋体等等。

本实施例提供的触摸笔信号传输方法包括如下步骤：

步骤S101：检测是否有压力或有按键按下。若有，执行步骤S102；否则，执行步骤S105。

笔端在每个周期内，首先检测触摸笔是否承受压力或者触摸笔上的按键是否按下。

步骤S102：发送第一触摸信号。

在该步骤中，检测到触摸笔笔尖承受压力或者触摸笔上的按键按下，发送第一触摸信号，该第一触摸信号用于计算触摸笔当前所处的触摸屏坐标位置以及用于触摸笔与触摸控制器的时序同步。在本实施例中，第一触摸信号采用固定频率，其持续发送时间为1.2ms。

步骤S103：压力值和/或按键值编码。

在该步骤中，对检测到的触摸笔笔尖所承受的压力值和/或触摸笔上的按键的按键值进行编码。

步骤S104：根据编码发送第二触摸信号。

第二触摸信号可以采用二进制编码值方式发送，或者采用多个脉冲依次发送，或者采用多个脉冲叠加发送。在本实施例中，第二触摸信号采用二进制编码值方式发送。

请参阅图4所示，为本发明实施例1提供的触摸信号的示意图。本实施例中，第一触摸信号与第二触摸信号频率相同，扫描周期(也即检测是否有压力或按键的周期)为10ms。一个扫描周期内，如果有压力或按键，第一触摸信号持续发送1.2ms；第一触摸信号发送结束后700us开始发送第二触摸信号，按时间单元依次发送第二触摸信号的二进制编码值的每一个Bit位，该时间单元为300us，当Bit位的值为1时，在300us内发送持续时间为80us的脉冲，余下的220us不发送脉冲，当Bit位的值为0时，在300us内均不发送脉冲。

触摸控制器(也即屏端控制芯片)在检测完1.2ms长的第一触摸信号后，切换为检测第二触摸信号，此时只扫描触摸传感器的水平极线X或者垂直极线Y，本实施例中采用扫描水平极线X的方式，每100us扫描一帧，在对应笔端的一个300us的时间单元内，共扫描了3帧。当一个时间单元内笔端没有发送脉冲时，屏端会检测到“0，0，0”，即本时间单元发送的编码为0。当一个时间单元内有持续发送80us脉冲时，屏端检测到的数据可能有两种情况：①80us脉冲时间刚好在屏端的一次扫描周期内，则屏端的三帧数据中有一个为1，如“1，0，0”；②如果由于笔端与屏端时序的同步有偏差，80us脉冲刚好处于屏端连续两帧扫描之间，则屏端的三帧数据中有两个连续的1，如“1，1，0”。以上两种情况都表明本时间单元内发送的数据为1。

由于触摸笔的信号发送电路在有脉冲输出时的耗电会远远大于没有脉冲输出时的耗电，为了省电，需要进行如下处理：在二进制编码方式中，应尽量减少Bit位的值为1的概率，而增加Bit位为0的编码概率。本实施例中，压力和按键值共32个编码值，即5Bit位完成编码，其中编码0到3分配给触摸笔上的两个按键，4到31为触摸笔的压力等级。触摸笔在实际使用过程中，压力等级小的时间会远远小于压力等级较大的时间，有按键的时间会远远小于无按键的时间，因此在实际应用中，应减少压力等级大的压力值所对应的二进制编码值中的1的个数，减少无按键的按键值所对应的二进制编码值中的1的个数。因此，为了减少正常使用时发送编码中的1的个数，对压力值与按键值进行如表1所示的编码：

表1采用二进制编码值方式的编码表

压力及键值	编码后的值	二进制值	码重	说明
					0	0	00000	0	无按键
1	31	11111	5	KEY1按下
					2	30	11110	4	KEY2按下
3	29	11101	4	同时按下
					4	27	11011	4	压力等级4

5	23	10111	4	压力等级5
					6	15	01111	4	压力等级6
7	28	11100	3	压力等级7
					8	26	11010	3	压力等级8
9	25	11001	3	压力等级9
					10	22	10110	3	压力等级10
11	21	10101	3	压力等级11
					12	19	10011	3	压力等级12
13	14	01110	3	压力等级13
					14	13	01101	3	压力等级14
15	11	01011	3	压力等级15
					16	7	00111	3	压力等级16
17	24	11000	2	压力等级17
					18	20	10100	2	压力等级18
19	18	10010	2	压力等级19
					20	17	10001	2	压力等级20
21	12	01100	2	压力等级21
					22	10	01010	2	压力等级22
23	9	01001	2	压力等级23
					24	6	00110	2	压力等级24
25	5	00101	2	压力等级25
					26	3	00011	2	压力等级26
27	16	10000	1	压力等级27
					28	8	01000	1	压力等级28
29	4	00100	1	压力等级29
					30	2	00010	1	压力等级30

31

1

00001

1

压力等级31

步骤S105：进入省电状态，等待下一次检测时间到。

在该步骤中，没有检测到触摸笔承受压力或者没有检测到触摸笔上的按键按下或者发送第二触摸信号后，进入省电状态，并等待下一次检测时间到。

在步骤S105后，返回执行步骤S101。

综上所述，在步骤S101中，检测的结果有如下4种：

①只有压力：首先发送第一触摸信号，用于计算触摸笔当前所处的坐标位置及时序同步，发送完第一触摸信号后，对压力值进行编码，再根据编码值发送相应的第二触摸信号；

②只有按键：也即压力值为0，但有按键，说明此时触摸笔在悬空操作状态，没有进行触摸操作，但有进行按键操作。首先发送第一触摸信号，用于计算触摸笔当前所处的的坐标位置及时序同步，发送完第一触摸信号后，对按键值进行编码，再根据编码值发送相应的第二触摸信号；

③同时有压力与按键：首先发送第一触摸信号，用于计算触摸笔当前所处的的坐标位置及时序同步，发送完第一触摸信号后，对压力值与按键值进行编码，再根据编码值发送相应的第二触摸信号；

④压力值为0，也没有按键按下：说明此时触摸笔处于无操作状态，则不用发送第一触摸信号与第二触摸信号，直接进入到省电状态，下一次检测时间到后再开始下一次的检测。

本实施例还提供了一种触摸笔，该触摸笔采用上述方法进行信号传输。

本实施例还提供了一种触摸控制器信号检测方法。请参阅图5所示，为本发明实施例1提供的触摸控制器信号检测方法示意图。本实施例中，触摸控制器信号检测方法包括如下步骤：

步骤S201：检测第一触摸信号，根据检测到的第一触摸信号的起始位置或结束位置进行触摸笔与触摸控制器的时序同步。

与上述触摸笔信号传输方法相应的，触摸控制器首先检测第一触摸信号，根据第一触摸信号的起始或结束位置来进行时序同步，再检测第二触摸信号，解码第二触摸信号，得到压力值及按键值数据。触摸控制器为了能够准确检测到第一触摸信号和第二触摸信号，需要实时根据第一触摸信号的起始或结束位置来同步笔端和屏端时序。在检测第一触摸信号时，按时间单元检测，时间单元为500us，一个时间单元内扫描一次触摸传感器的水平极线X和垂直极线Y。此时可能会有以下三种情况：

①笔端的脉冲时序超前于屏端的检测时序：请参阅图6所示，为本发明实施例1中触摸笔的脉冲时序超前于触摸控制器的检测时序时的检测示意图，当屏端开始检测时，笔端的脉冲已经发送了一段时间，本次屏端只能检测到笔端脉冲的后半部分信号，为了能完全同步，屏端下一次检测需提前开始：若检测到的信号长度为N us，则提前时间长度为(1200-N+500)us，下次即可将笔端脉冲信号的起始位置调整到离采样开始后500us位置。

②屏端的检测时序超前于笔端的脉冲时序：请参阅图7所示，为本发明实施例1中触摸笔的脉冲时序滞后于触摸控制器的检测时序时的检测示意图，当屏端本次的检测快完成时，笔端才开始发送脉冲，本次扫描屏端只能检测到触摸笔所发送信号的前半部分，为了能完全同步，屏端下一次检测需延后开始：若检测到的信号长度为N us，因为共扫描四次触摸传感器的水平极线X和垂直极线Y，扫描时间为500us×4＝2000us，则延后时间长度为(2000-500-N)us，下次即可将笔端脉冲信号的起始位置调整到离采样开始后500us位置。

③屏端开始检测后，触摸笔才开始发送脉冲，且触摸笔的脉冲持续处于屏端的检测过程中：请参阅图8所示，为本发明实施例1中触摸笔的脉冲时序与触摸控制器的检测时序同步时的检测示意图，此时两端同步有效，屏端下一次检测时间无需调整。

因此，在本步骤中，当触摸笔的脉冲时序超前于触摸控制器的检测时序时，触摸控制器将下一次信号检测提前；当触摸控制器的检测时序超前于触摸笔的脉冲时序时，触摸控制器将下一次信号检测延后。

步骤S202：检测第二触摸信号，解码检测到的第二触摸信号，得到触摸笔所承受的压力值和/或触摸笔上的按键的按键值。

在该步骤中，第二触摸信号采用二进制编码值方式发送，按时间单元检测第二触摸信号，时间单元为300us，每100us扫描一次触摸传感器的水平极线X或者垂直极线Y，一个时间单元内扫描三次触摸传感器的水平极线X或者垂直极线Y。本实施例中采用扫描水平极线X的方式。

本实施例还提供了一种触摸控制器，该触摸控制器采用上述的方法进行信号检测。

本实施例通过检测压力或按键，在存在压力或按键时先发送第一触摸信号计算触摸笔坐标并进行时序同步，再根据压力值和/或按键值进行编码以发送第二触摸信号，通过第二触摸信号传递的压力值和/或按键值能够实现触摸笔的多种应用功能。

实施例2：

本实施例提供了一种触摸笔及其信号传输方法、触摸控制器及其信号检测方法。本实施例与实施例1的区别在于：第二触摸信号采用多个脉冲依次发送。下面仅对本实施例与实施例1不同的地方进行描述。

本实施例中，第二触摸信号采用两个频率组合，且分为两个时间单元发送。具体地，第二触摸信号包括第一脉冲和第二脉冲，按时间单元依次发送第一脉冲和第二脉冲，时间单元为300us，第一触摸信号发送结束后700us开始发送第一脉冲，第一脉冲的持续发送时间为100us，第一脉冲发送结束后100us开始发送第二脉冲，第二脉冲的持续发送时间为100us；第一触摸信号的频率为500KHz。不同频率的第一脉冲和第二脉冲组合成多种编码，编码的个数由频率的个数来决定，例如第一脉冲的频率可从M个频率中选择，第二脉冲的频率可从N个频率中选择，则一共可以实现M×N个编码值。

请参阅图9所示，为本发明实施例2提供的触摸信号的波形示意图。每一个扫描周期内，如果有压力或按键，先发送1.2ms500K的脉冲F作为第一触摸信号，等待700us后，再发送100us的第一脉冲Fi，等待100us后再发送100us的第二脉冲Fj。本实施例中，压力和按键编码共32个，其中0到3为按键值编码，4到31为压力值编码，为了能够发送32个编码，第一脉冲Fi和第二脉冲Fj的频率分别从6个频率值中选择，编码表如表2所示：

表2采用多个脉冲依次发送的编码表

相应的，触摸控制器先检测1.2ms的第一触摸信号，再检测第二触摸信号中的两个频率值，通过检测到的频率值组合来解出相应的编码值。

实施例3：

本实施例提供了一种触摸笔及其信号传输方法、触摸控制器及其信号检测方法。本实施例与实施例1的区别在于：第二触摸信号采用多个脉冲叠加发送。

请参阅图10所示，为本发明实施例3提供的触摸信号的示意图。本实施例中，第二触摸信号采用多个频率的脉冲F1、F2……Fx叠加，在一个时间单元内发送，输出脉冲Sx的频率为F1、F2……Fx的频率叠加，多个频率指频率个数大于等于2。在本发明一优选实施方式中，第二触摸信号采用两个频率叠加，请参阅图11所示，为图10中的触摸信号的一优选实施方式的波形示意图，其中第二触摸信号包括第一脉冲F1(三角形标识)和第二脉冲F2(菱形标识)，它们在时域上进行混合，形成触摸信号(方块标示)。触摸笔按时间单元叠加发送F1和F2，时间单元为300us，第一触摸信号发送结束后700us开始同时发送F1和F2，通过外围电路将F1和F2叠加输出后发送，F1和F2的持续发送时间为100us。不同频率的F1和F2组合成多种编码，编码的个数由频率的个数来决定，例如F1的频率可从M个频率中选择，F2的频率可从N个频率中选择，则一共可以实现M×N个编码值。在本实施例中，第一触摸信号的频率为500KHz；F1和F2的频率分别从6个频率值中选择，不同频率的F1和F2组合成多种编码。在一个扫描周期内，触摸控制器先检测压力值和按键，如果有压力值或按键值，先发送1.2ms第一触摸信号，再把压力值或按键值转换为编码值，在编码表中查找可以得到F1及F2的频率值，1.2ms发送完成后等待700us，再同时从两个脉冲输出口输出F1及F2，通过外围电路将两个频率叠加输出到发送电路。第二触摸信号的发送电路框图如图12所示。编码表如表3所示：

表3采用多个脉冲叠加发送的编码表

屏端检测完1.2ms第一触摸信号后，再等待700us检测第二触摸信号，检测到两个不同的频率，根据两个频率的组合可以获取到触摸笔所发送的编码值。

在上述实施例中，频率与时间主要是根据实施例所采用的芯片的采样频率范围与采样时间(500us一个周期)来设计的，但本发明并不限于上述频率与时间，只要能实现本发明的目的，采用其他的频率与时间的技术方案均可行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种触摸笔信号传输方法，其特征在于，所述方法包括：

检测触摸笔笔尖是否承受压力或者触摸笔上的按键是否按下；

检测到触摸笔笔尖承受压力或者触摸笔上的按键按下，发送第一触摸信号，所述第一触摸信号用于计算触摸笔当前所处的触摸屏坐标位置以及用于触摸笔与触摸控制器的时序同步；

对检测到的触摸笔笔尖所承受的压力值和/或触摸笔上的按键的按键值进行编码，根据所述编码发送第二触摸信号；

所述第二触摸信号采用二进制编码值方式发送，或者采用多个脉冲依次发送，或者采用多个脉冲叠加发送；

所述第一触摸信号采用固定频率，第一触摸信号的持续发送时间为第一时间段；

当所述第二触摸信号采用二进制编码值方式发送时：

所述第一触摸信号发送结束后经过第一间隔时间开始发送第二触摸信号，按发送时间单元依次发送第二触摸信号的二进制编码值的每一个Bit位，当Bit位的值为1时，在发送时间单元内发送持续时间为第二时间段的脉冲，发送时间单元减去第二时间段所剩下的第三时间段不发送脉冲，当Bit位的值为0时，在发送时间单元内均不发送脉冲；或者，

当所述第二触摸信号采用多个脉冲依次发送时：

所述第二触摸信号包括第一脉冲和第二脉冲，按发送时间单元依次发送第一脉冲和第二脉冲，第一触摸信号发送结束后经过第一间隔时间开始发送第一脉冲，第一脉冲的持续发送时间为第一脉冲时间段，第一脉冲发送结束后经过第二间隔时间开始发送第二脉冲，第二脉冲的持续发送时间为第二脉冲时间段；或者，

当所述第二触摸信号采用多个脉冲叠加发送时：

所述第二触摸信号包括第一脉冲和第二脉冲，按发送时间单元叠加发送第一脉冲和第二脉冲，第一触摸信号发送结束后经过第一间隔时间开始同时发送第一脉冲和第二脉冲，通过外围电路将第一脉冲和第二脉冲叠加输出后发送，第一脉冲和第二脉冲的持续发送时间分别为第一脉冲时间段和第二脉冲时间段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述第二触摸信号采用二进制编码值方式发送时：在对检测到的触摸笔笔尖所承受的压力值和/或触摸笔上的按键的按键值进行编码的步骤中，减少压力等级大的压力值所对应的二进制编码值中的1的个数，减少无按键的按键值所对应的二进制编码值中的1的个数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一脉冲和第二脉冲的频率分别从若干预设频率值中选择，不同频率的第一脉冲和第二脉冲组合成多种编码。

4.一种触摸笔，其特征在于，所述触摸笔采用权利要求1～3任一项所述的方法进行信号传输。

5.一种触摸控制器信号检测方法，其特征在于，所述方法包括：

检测第一触摸信号，根据检测到的第一触摸信号的起始位置或结束位置进行触摸笔与触摸控制器的时序同步；

检测第二触摸信号，解码检测到的第二触摸信号，得到触摸笔的笔尖压力值以及按键值；

在进行触摸笔与触摸控制器的时序同步时，当触摸笔的脉冲时序超前于触摸控制器的检测时序时，触摸控制器将下一次信号检测提前；或者，

当触摸控制器的检测时序超前于触摸笔的脉冲时序时，触摸控制器将下一次信号检测延后；

当所述第二触摸信号采用二进制编码值方式发送时：按第二检测时间单元检测第二触摸信号，一个第二检测时间单元内扫描三次触摸传感器的水平极线X或者垂直极线Y；或者，

当所述第二触摸信号采用多个脉冲依次发送或者叠加发送时：所述第二触摸信号包括依次发送的第一脉冲和第二脉冲或者叠加发送的第一脉冲和第二脉冲，通过检测到的第一脉冲频率值和第二脉冲频率值解出相应的编码值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在检测第一触摸信号时，按第一检测时间单元检测，一个第一检测时间单元内扫描一次触摸传感器的水平极线X和垂直极线Y。

7.一种触摸控制器，其特征在于，所述触摸控制器采用权利要求5～6任一项所述的方法进行信号检测。