CN104820578B - 一种计算机外设装置及驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种计算机外设装置及驱动方法。一种计算机外设装置，涉及计算机设备，解决计算机通过活动连接器触点向外设进行连续供电、同时不间断地与外设进行通信的问题。本发明计算机外设装置包含活动连接器、电源模块、数据解调单元、数据调制单元、和控制单元。活动连接器包含左、右声道输出触点；自左、右声道输出触点向外设装置的电源模块输入音频差分周期波形，所述音频差分周期波形通过频率变化承载工作指令。控制单元接收受控单元返回的状态信息，生成上传数据，通过数据调制单元把上传数据调制为音频信号。运用本发明的装置和方法供电效率高、计算机与外设装置之间能够实现自由通信。

Description

一种计算机外设装置及驱动方法

技术领域

本发明涉及计算机设备，尤其涉及计算机外设装置，及对外设装置进行控制的方法。

背景技术

计算机(包含移动终端、平板计算机、个人计算机)的音频连接装置可以扩展周边产品，即计算机外设装置。

现有技术包含通过音频连接装置向外设进行供电、控制的装置，例如通过一个声道输出方波或正弦波，整流后产生直流电压，另一个声道传送控制信号或数据给外设；再例如两个声道在一个时间段内产生方波或正弦波输送给外设整流以提供电能，在另一个时间段用于控制信号传送。弊端在于提供电能效率低、无法同时实现供电、控制。专利申请CN201310660146披露的方案就采用了类似的技术，该方案中除了存在上述问题外，移动终端还不能主动自由地和外设进行通信，而是通过话筒接收外设的数据包来确定是否下传信号；为了等候移动终端下传信号，外设还要通过开关对供电或通信通路进行切换。

发明内容

本发明提出一种计算机外设装置及驱动方法，解决计算机通过活动连接器触点持续向外设进行供电、同时能不间断地与外设进行通信的问题。

本发明的计算机外设装置包含活动连接器1、电源模块2、数据解调单元3、控制单元5。所述活动连接器1用于计算机和所述外设装置连接，包含左、右声道输出触点L、R；所述电源模块2对来自所述左、右声道输出触点持续的音频差分周期波形进行处理，产生直流电压。所述数据解调单元3从所述电源模块2引出部分音频电流进行频率解调，恢复工作指令。所述控制单元5接收所述工作指令，向受控单元6输出控制信号、接收返回的信息。

作为本发明进一步优化的方案，所述计算机外设装置进一步包含数据调制单元4，所述活动连接器1进一步包含一音频输入触点MIC；所述控制单元5接收所述受控单元6返回的状态信息，生成上传数据，通过所述数据调制单元4把所述上传数据调制为音频信号(即应答)，发送到所述音频输入触点。

本发明中计算机外设装置驱动方法，包括以下步骤：

计算机应用程序控制音频播放装置向左、右声道持续输出音频差分周期波形；

外设装置将所述音频差分周期波形转换成直流电，对所述外设装置中其他电路供电；

所述计算机改变所述音频差分周期波形的频率，向所述外设装置发出工作指令；

所述外设装置通过数据解调识别所述音频差分周期波形的频率变化，恢复所述工作指令。

作为本发明进一步优化的实施例，所述计算机外设装置驱动方法进一步包含以下步骤

所述外设装置发出应答信号，输出至所述计算机；

所述计算机根据用户界面操作和/或所述外设装置发出的应答，确定是否向外设装置发出工作指令。

运用本发明的装置和方法，能够使外设装置从音频接口获得持续的供电，在外设装置和计算机进行通信时，不停止供电，因此供电效率高。此外，计算机与外设装置之间能够实现自由通信，同时实现下传工作指令、上传工作数据。

附图说明

图1是计算机外设装置图

图2是计算机外设装置的另一实施例

图3是电源模块的实施例

图4是数据解调单元的实施例

图5是数据调制单元的实施例

图6是计算机外设驱动方法流程图

具体实施方式

下面结合附图，对具体实施方式说明如下。

如图1所示，本发明的计算机外设装置包含活动连接器1、电源模块2、数据解调单元3、控制单元5。所述活动连接器1用于计算机和所述外设装置连接；所述活动连接器1包含左、右声道输出触点(L、R)；所述计算机自所述左、右声道输出触点向所述外设装置的电源模块2持续发送音频差分周期波形，例如正弦波，所述音频差分周期波形通过频率变化承载工作指令；所述音频差分周期波形的中心频率为音频；所述“差分”是指左、右声道的波形相互反相。所述电源模块2对所述持续的音频差分周期波形进行处理，处理过程包括整流、滤波、储能，形成直流输出，实现供电。所述数据解调单元3对来自所述电源模块2的部分音频电流进行频率解调、恢复工作指令。所述控制单元5接收所述数据解调单元3的指令，通过控制接口C向受控单元6输出控制信号、接收返回的信息。所述受控单元6是从所述控制接口C接受工作指令、按指令工作并向接口C返回结果的装置，例如收音机电路、传感器电路等。

本说明书中用于限定“触点”的术语“输入”、“输出”，是相对于计算机来定义的。

作为本发明进一步优化的方案，所述计算机外设装置进一步包含数据调制单元4，所述活动连接器1进一步包含一音频输入触点MIC；所述控制单元5接收所述受控单元6返回的状态信息，生成上传数据，通过所述数据调制单元4把所述上传数据调制为音频信号(即应答)，输出到所述音频输入触点。

图2所示计算机外设装置的实施例中，所述活动连接器1为一3.5mm标准耳机插头11，所述外设装置在物理上通过耳机插座与移动终端、平板电脑或个人计算机连接；所述耳机插头11有四个触点，分别为音频输入MIC、地G、左声道输出L、右声道输出R。排列方式例如从右向左分别为MIC、G、L、R；或者G、MIC、R、L。

作为本发明进一步优化的实施例，所述外设装置中MIC和G之间的通路，包含一个开关7，还可包含一电阻8，当按下开关时，音频输入触点MIC上的直流电压会下降，所述计算机检测到电压变化，启动应用程序。所述开关7也可以是一个电子开关，由控制单元5控制。

如图3所示，外设装置中的电源模块2包含整流电路21、滤波电路22、储能电路23。来自左声道L和右声道R的音频差分周期波形进入所述电源模块2，首先通过所述整流电路21进行全波整流。全波整流输出的电流进入所述滤波电路22实现平滑滤波；再经储能电路23(储能电路可以由电容构成)实现能量存储，使输出电压Vcc维持在一个较高的水平，达到其他各单元对供电电压的需求。例如，根据设计的一阶非线性电路或者二阶非线性电路的传递特性，符合连续供电的要求，使电压维持在负载电路需要的能量幅度之上。输出电压Vcc为其他各单元3～6供电。为提高效率，所述音频差分周期波形可以为正弦波、方波、三角波等形式，但两个声道的信号应该反相。所述整流电路21的最佳实施例为高效全波整流电路。

作为本发明方案的实施例之一，从所述滤波电路22输出部分音频电流进入所述数据解调单元3。本发明方案的另一实施例，是从所述电源模块2的输入端直接引出左、右声道部分电流至所述数据解调单元3。

如图4所示数据解调单元3，包含鉴频电路31、模数转换电路32。来自滤波电路22的部分音频电流、或来自所述电源模块2输入端的部分音频电流进入所述数据解调单元3，由所述鉴频电路31实时监测所述音频电流的频率变化，形成幅变信号。所述模数转换电路32根据最大似然法则判定是0还是1，恢复工作指令，实现计算机到外设装置之间的数据通信。数据解调单元3处理后，触发控制单元5的中断信号。控制单元5中的终端服务程序查表后输出用于受控单元6的逻辑信号。所述控制单元5和所述受控单元6之间接口C的实现方式为三线方式、或I2C接口等。

图5包含数据调制单元4的实施例。所述数据调制单元4用于向计算机反馈所述控制单元5返回的上传数据，包含数模转换电路41和音频调制电路42。为了简化方案，所述音频调制电路42也可以使用低通滤波电路替代。

图6为外设装置驱动方法的流程图，包含以下步骤

第1步：启动计算机(例如移动终端、平板电脑或个人计算机)上的应用程序。启动方法有3种：1)外设硬启动：计算机检测到与音频输入触点相连的开关动作，2)外设应答启动：计算机检测到外设装置的应答后启动；3)计算机软起动：通过计算机上应用程序的图形用户界面(GUI)来启动。

第2步：应用程序控制计算机中的音频播放装置，向左、右声道持续输出音频差分周期波形，实现对外设供电。所述音频差分周期波形的峰峰振幅与输出频率符合电源模块启动工作的要求，例如其中峰峰值最大为3V，频率设定为30KHz以内，300Hz到1KHz附近。具体实施例是在计算机中预存所需频率的音频数据文件，应用程序根据需要调用音频播放程序，向左右声道分别播放指定的音频数据文件。

第3步：外设装置中电源模块对音频差分周期波形进行整流、滤波，输出直流电压，对所述外设装置中其他电路供电；

第4步：所述外设装置初始化完成后、或执行工作指令后，所述外设装置中的控制单元5通过音频输入触点向计算机发出应答，包含上电完成标志。以图1～2所示方案为例，所述控制单元5通过接口C收到所述受控单元6的状态信息后，产生上传数据，经过数据调制后通过所述音频输入触点发送至计算机。方法有2种，1)应答信号为幅度调制信号，应用程序实时监控麦克风线的电平，根据电平高低分辨出“0”或“1”，再根据01组合实现位和字的同步，从而实现由所述外设装置到计算机方向的数据通信；2)应答信号为频率变化信号，所述外设装置中的控制单元5对所述计算机发出不同速率的上传数据，经过滤波或调制后形成不同频率的应答。

第5步：所述计算机识别用户界面操作和/或来自所述外设装置的应答，确定工作指令。

第6步：当需要计算机向所述外设装置输出工作指令时，计算机改变左、右声道输出触点的音频差分周期波形频率。例如在所述计算机中预存频率不同的音频文件，应用程序根据需要调用音频播放程序，向左、右声道输出触点分别播放所需频率的音频数据文件。

第7步：数据解调，所述外设装置通过数据解调识别所述音频差分周期波形的频率变化，恢复工作指令。以图1～2所示方案为例，所述数据解调单元3处理后，通知所述控制单元5中断到达。所述控制单元5查表后通过所述控制接口C输出用于受控单元6的控制逻辑信号。在图6所示的实施例中，第7步完成后返回至第4步。

Claims (8)

1.一种计算机外设装置，其特征在于，包含活动连接器(1)、电源模块(2)、数据解调单元(3)、数据调制单元(4)、控制单元(5)；

所述活动连接器(1)包含左、右声道输出触点(L、R)，用于计算机和所述外设装置连接；

所述电源模块(2)包含整流电路(21)、滤波电路(22)、储能电路(23)；所述电源模块(2)对来自所述左、右声道输出触点持续的音频差分周期波形进行处理，产生直流电压；

数据解调单元(3)包含鉴频电路(31)、模数转换电路(32)；来自所述滤波电路(22)或电源模块(2)输入端的部分音频电流进入所述数据解调单元(3)，由所述鉴频电路(31)实时监测频率变化，形成幅变信号；所述模数转换电路(32)恢复工作指令；

所述控制单元(5)接收所述工作指令，向受控单元输出控制信号、接收返回的信息；

所述活动连接器(1)进一步包含一音频输入触点；所述控制单元(5)生成上传数据，经所述数据调制单元(4)调制为音频信号，发送到所述音频输入触点。

2.如权利要求1所述计算机外设装置，其特征在于，所述活动连接器(1)为一3.5mm标准耳机插头(11)，所述耳机插头(11)有四个触点，分别为音频输入、地、左声道输出、右声道输出。

3.如权利要求2所述计算机外设装置，其特征在于，所述外设装置中音频输入触点和地之间的通路包含开关(7)。

4.如权利要求1～3任意一项所述计算机外设装置，其特征在于，

所述数据调制单元(4)包含数模转换电路(41)；所述数据调制单元(4)包含音频调制电路(42)或低通滤波电路。

5.一种计算机外设装置驱动方法，用于权利要求1～4任意一项所述计算机外设装置，其特征在于，包括以下步骤：

计算机应用程序控制音频播放装置向左、右声道持续输出音频差分周期波形；

外设装置将所述音频差分周期波形转换成直流电，对外设装置中其他电路供电；

所述计算机改变所述音频差分周期波形的频率，向所述外设装置发出工作指令；

所述外设装置通过数据解调识别所述音频差分周期波形的频率变化，恢复所述工作指令。

6.如权利要求5所述计算机外设装置驱动方法，其特征在于，进一步包含以下步骤：

所述外设装置发出应答信号，输出至计算机；

所述计算机根据用户界面操作和/或所述外设装置发出的应答，确定工作指令。

7.如权利要求6所述计算机外设装置驱动方法，其特征在于，所述应答信号为幅度调制信号或频率变化信号。

8.如权利要求5～7任一所述计算机外设装置驱动方法，其特征在于，进一步包含以下步骤：

用以下一种或多种方法启动计算机上的应用程序：

所述计算机检测到与音频输入触点相连的开关动作；

所述计算机检测到外设装置的应答；

通过所述计算机的图形用户界面启动。