CN106104666A - 具有电容式触摸接口的lcd控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成电路装置，其具有：触摸控制器，其包括至少一个输入；液晶显示器LCD控制器，其包括多个输出；外部接口，其包括多个外部引脚；及多路复用器，其可在第一模式中操作以将所述多个外部引脚与所述LCD控制器的所述多个输出连接且可在第二模式中操作以将所述多个外部引脚中的至少一者与所述触摸控制器连接。

Description

具有电容式触摸接口的LCD控制器
技术领域
本发明涉及具有人-装置接口的控制器，特定来说涉及显示器控制器。
背景技术
控制器(例如微控制器或其它系统单芯片)仍通常需要与外部组件介接，特定来说需要人-装置接口。此类人-装置接口的典型实例是液晶显示器(LCD)及电容式触摸接口。LCD(特定来说分段式LCD)及电容式触摸接口通常需要许多引脚来与相应控制器耦合。
发明内容
需要一种具有包含经减少数目个必需引脚的人-装置接口的控制器。
根据一实施例，一种集成电路装置可包括：触摸控制器，其包括至少一个输入；液晶显示器(LCD)控制器，其包括多个输出；外部接口，其包括多个外部引脚；及多路复用器，其可在第一模式中操作以将所述多个外部引脚与所述LCD控制器的所述多个输出连接且可在第二模式中操作以将所述多个外部引脚中的至少一者与所述触摸控制器连接。
根据所述集成电路装置的另一实施例，所述集成电路装置可进一步包括可操作以控制所述多路复用器的中央处理单元。根据所述集成电路装置的另一实施例，所述集成电路装置可进一步包括可操作以控制所述多路复用器的状态机。根据另一实施例，所述集成电路装置是微控制器。根据另一实施例，当在所述第二模式中操作时，所述多个外部引脚的子组可连接在一起且与所述触摸控制器的所述至少一个输入连接。根据另一实施例，所述触摸控制器可为电容式分压器(CVD)控制器。根据所述集成电路装置的另一实施例，所述集成电路装置可进一步包括与所述CVD控制器及所述至少一个外部引脚耦合的模/数转换器(ADC)。根据另一实施例，所述ADC可包括与所述ADC耦合的取样电容器以及与所述取样电容器及所述CVD控制器耦合的可控制驱动器。根据所述集成电路装置的另一实施例，所述集成电路装置可进一步包括与所述CVD控制器耦合的数/模(DAC)转换器，其中所述ADC与所述多个外部引脚中的第一者耦合且所述DAC与所述多个外部引脚中的第二者连接。根据另一实施例，所述LCD驱动器与所述CVD控制器可同步。根据另一实施例，所述触摸控制器可包括充电时间测量单元、张弛振荡器或阻抗相移传感器。
根据另一实施例，一种系统可包括如上文所描述的集成电路装置，所述系统进一步包括具有分段电极及共同电极的液晶显示器，所述分段电极及所述共同电极各自与所述集成电路装置的所述外部引脚耦合。
根据另一实施例，一种系统可包括如上文所描述的集成电路装置，其中液晶显示器的分段电极及共同电极受所述集成电路装置控制。
根据另一实施例，可提供一种操作与液晶显示器(LCD)耦合的集成电路装置的方法，其中所述集成电路装置包括：触摸控制器，其包括至少一个输入；液晶显示器(LCD)控制器，其包括多个输出；外部接口，其包括与所述LCD的分段电极及共同电极耦合的多个外部引脚；及多路复用器，其可在第一模式中操作以将所述多个外部引脚与所述LCD控制器的所述多个输出连接且可在第二模式中操作以将所述多个外部引脚中的至少一者与所述触摸控制器连接，其中所述方法可包括：a)在第一时间周期内借助于所述多路复用器将所述分段电极及所述共同电极与所述LCD控制器连接，及b)在后续时间周期内将所述触摸控制器的所述至少一个输入与所述分段电极及共同电极中的至少一者连接。
根据所述方法的另一实施例，所述方法可进一步包括重复步骤a)及b)。根据所述方法的另一实施例，可由所述集成电路装置的中央处理单元控制所述多路复用器。根据所述方法的另一实施例，可由所述集成电路装置的状态机控制所述多路复用器。根据所述方法的另一实施例，所述触摸控制器可使用电容式分压器方法来确定是否已执行对所述LCD的触摸。根据所述方法的另一实施例，可使所述LCD控制器与CVD控制器同步。根据所述方法的另一实施例，所述触摸控制器可包括充电时间测量单元、张弛振荡器或阻抗相移传感器。
附图说明
图1展示根据一实施例的具有LCD显示器及微控制器的系统；
图2a及2b展示根据各种实施例的具有控制器装置的系统的较详细框图；
图3展示允许选择共同部(common)或分段部(segment)作为传感器或保护电极的增强框图的细节；及
图4展示用于LCD的示范性传感器垫布置。
具体实施方式
根据各种实施例，可提供能够与使用(举例来说)较廉价的分段式液晶显示器(LCD)及较低成本的基于按钮的电容式触摸输入的触摸屏显示器介接的控制器。图1展示具有微控制器110的实施例的系统100，所述微控制器具有与外部LCD 200耦合的集成人-装置接口。LCD 200可包括经布置以(举例来说)显示时间或其它值的多个7分段主要显示数字210，及(举例来说)用以将任何其它类型的值指示为实数或整数的次要7分段数字240。例如条形图等的图形符号220、230及其它字段250可用于指示某些操作模式或功能。显示器200是不具有特定控制器的低成本显示器且因此必须由具有集成LCD控制器120的微控制器110直接驱动。
因此，每一显示器分段电极可外部接达以连接到微控制器110。举例来说，如图1中所展示，LCD可针对m个分段电极包括m个外部引脚。如所展示，LCD 200此外可包括多个(n个)共同连接，其中相关联内部共同电极是相应LCD分段电极的相对电极。举例来说，LCD200可将外部连接分别提供到与7分段数字210相关联的共同电极215、217，与条形图230相关联的共同电极235、237，与显示器分段部240及250相关联的共同电极245及255。然而，根据其它实施例，可提供单个共同电极或多个共同电极。图1展示共同电极的一些实例，其中针对多个分段部或分段群组提供一个以上共同电极。举例来说，图形符号220及260可共享单个共同电极(未展示)。然而，根据各种实施例，特别是在分段部及共同部也用作用于电容式触摸控制的电极时，提供多个共同分段部可为有益的。根据各种实施例，分段电极及/或共同电极除了其主要LCD功能之外，也用于触摸感测。因此，LCD可用于通过触摸或靠近显示器而允许直接用户输入功能性。
控制器110可为(举例来说)具有中央处理单元140的微控制器。微控制器110此外可包括集成LCD控制器120(举例来说，状态机)及集成触摸控制器130。另外，提供允许(举例来说)在CPU 140的控制下将共同部及/或分段连接的外部引脚耦合到LCD控制器120或触摸控制器130的专用多路复用器150。然而，根据一些实施例，可实施不需要由CPU对多路复用器进行主动控制的介于触摸检测与LCD驱动器功能之间的自动时分功能。如图1中所展示，举例来说可提供简单状态机160以提供相应切换功能。状态机160将也将相应信号提供到LCD控制器120及触摸控制器130以供LCD控制器120及触摸控制器130在连接到外部引脚时自动执行其相应功能。每当已检测到触摸功能时，触摸控制器就可接着简单地起始相关联中断。因此，CPU将在维持LCD功能及触摸辨识的同时自由执行其它功能。
根据一些实施例，仅LCD显示器的选定电极可用于触摸感测。举例来说，与数字相关联的所有分段电极可由多路复用器并联耦合且与触摸控制器的单个输入耦合，同时这些电极在与LCD驱动器120连接时被单独驱动。取决于由触摸控制器应用的测量方法，仅使用共同电极或分段电极作为触摸传感器可为较有益的。根据其它实施例，分段电极与共同电极的组合可用于触摸感测。
根据一实施例，提供控制器以直接驱动LCD且评估所述显示器的电容式触摸。控制器可经配置以评估对显示器的触摸且提供(举例来说)可馈送到主机或在控制器内进一步处理的所得事件信号。为此，控制器可包括触摸控制器130，例如(举例来说)电容式分压器(CVD)控制器、充电时间测量单元CTMU、张弛振荡器、阻抗相移传感器或如此项技术中已知的确定电容式触摸的任何其它方法。
图2a及2b展示形成多路复用器以将LCD的分段电极及共同电极与相应LCD驱动器120及触摸控制器130耦合的切换电路的可能实施方案的较详细视图。图2a及2b仅展示单个7分段显示器以提供较佳总览。然而，根据各种实施例，可使用任何数目个显示器元件。此处，7分段显示器提供七个分段电极211及小数点分段电极以及两个单独共同电极215及217。另一个一般共同电极可与小数点相关联。然而，根据一些实施例，也可将共同电极215设计为更大以囊括小数点。
微控制器110包括第一多路复用器310，所述第一多路复用器允许将分段电极211与LCD驱动器120耦合或由另一多路复用器320与由CVD触摸控制器130控制的数/模转换器380耦合。类似地，共同电极可由多路复用器330或由另一多路复用器340与LCD驱动器120耦合。图2a展示具有类属触摸检测系统的框图。此处，多路复用器340的输出与触摸检测系统390耦合。图2b展示其中触摸检测系统由电容式分压器系统实施的实施例，其中多路复用器340的输出与取样电容器360耦合。取样电容器360此外与模/数转换器(ADC)350及与允许对电容器360进行预充电或放电的驱动器370耦合。ADC 350及驱动器370受触摸控制器130控制。
所述系统将经设计以使对经多路复用LCD显示器的扫描与由CVD控制器130、ADC350、驱动器370及DAC 380形成的CVD电容式触摸外围装置或任何其它检测系统390同步。根据一个实施例，可通过使用如图2a及2b的实例中所展示的一或多个选定共同电极或者一或多个分段电极来执行触摸辨识。举例来说，在一个模式中，可使用一个电极215或可将多个共同电极215、217一起切换且用于CVD测量。在CVD测量中，如图2b中所展示，所述系统允许将由(举例来说)共同电极形成的外部电容器充电到预定义电压且对内部电容器360进行放电。在预定时间之后，将两个电容串联耦合，其中所述电容器形成分压器且将取决于外部电容器的值而在内部电容器360上确立某一电压。此电压可接着由ADC 350测量以确定是否已执行触摸。也可在其中对内部电容器360进行充电且对外部电容器进行放电的相反布置中执行所述测量。存在用以执行此功能的相应切换器但并未在图2中展示。可使用驱动器370来对外部或内部电容器进行充电。
根据各种实施例，LCD的共同电极或分段电极可用于触摸辨识系统中。如果使用共同电极，那么分段电极形成寄生电容且反之亦然。任何其它未使用的电极也可形成此寄生电容。由未使用的分段部及/或共同部形成的这些寄生电容负面地影响CVD测量。因此，根据另一实施例，可用接近或等于(举例来说)将在传感器电极已与内部电容器360串联连接之后确立于所述传感器电极上的电压的电压来驱动LCD的未使用的电极或未使用的电极中的至少一些电极。因此，寄生电容效应得以最小化。此电压为已知的或可在每一测量之后动态地确定。或者，可使用固定电压(举例来说，驱动器370的供应电压的一半或输出电压的一半)作为用于未使用的电极的偏置电压。图2展示其中共同电极215、217用作传感器电极且分段电极211用作可在系统处于触摸辨识模式中时由数/模转换器380驱动的保护电极的实例。控制器装置此外可包括如图3中所展示的额外多路复用器410、420，所述额外多路复用器允许选择哪些电极(共同部或分段部)用作感测电极且哪些电极用作保护电极。可使用其它选择多路复用器来个别地选择用于任一功能的某些电极。优选地，环绕感测电极的未使用的电极可一起切换且可由DAC 380驱动以围绕所述感测电极形成保护环。图3以其它方式展示与图2相同的元件，其中虚线指示到未在图3中展示的元件的连接。
此外根据一些实施例，可提供LCD控制器120与CVD控制器130之间的同步连接Sync，如图2中所展示。此允许使用LCD共同部或分段部作为触摸传感器。如上所述，由于LCD分段部相对于LCD共同部具有大寄生电容且反之亦然，因此对于使用共同部作为触摸传感器的系统采用保护环类型驱动来驱动分段部可为必要或有益的，且反之对于使用分段部作为触摸传感器的系统也是这样。使扫描与触摸检测同步以防止系统之间的竞争也将是必要的。
LCD内的各种电极可允许各种触摸功能，包含可由触摸控制器130检测的手势。举例来说，如果用户将手指从7分段数字的顶部拖拉到底部，那么相应数字可增大或减小。如果用户将最左边数字拖拉到右边，那么整体值可穿过所述数字向下移位，(举例来说)其中最右边值‘下跌’。根据其它实施例，如果用户将其手指从最右边数字拖拉到左边，那么所述值可穿过所述数字向上移位，其中最右边值往回而以零填充。可实施其它手势解码。
参考图4阐释功能的其它实例。对于如图4的顶部区中所展示的个别指示符(FI、F2、F3及F4)：当用户触摸指示符上方的透明电容式触摸传感器时，在控制器中运行的触摸检测器外围装置或软件登记所述触摸且双态切换指示符的状态。在现有LCD分段部用作传感器元件的情况下，使用多路复用来同时提供显示及感测功能性。为避免任何类型的闪烁，可足够快以使人眼不可见地执行切换。
针对滑块，可如图4的底部区中所展示而形成共同电极：当用户触摸条形图上方的三角形共同电极230、235上的区时，可测量电极235、237两者中的电容的相对移位且使用所述比率来设定将在显示器中激活的分段部的数目。特定来说关于电极的大小及形状的各种实施例不限制于所展示的实例。而是，只要维持显示功能，即可在LCD内实施任何类型、大小及形状的共同电极。此外，尽管7分段数字展示两个相关联共同电极，但各种实施例并不限制于共同电极的所述数目。因此，如上文所提及，可在低成本LCD显示器内提供一个以上共同电极。此外，可使用点矩阵LCD，其中多个点分段部可并联连接以形成触摸传感器。因此，个别传感器可由相应切换单元形成。因此，控制器可能够不只检测简单垂直或水平移动。
各种实施例通过提供基于简单触摸的输入接口而提供较低成本解决方案及直观接口。因此，举例来说，可使用例如提供于微控制器中的用于输入的现有外围装置。各种实施例也提供简单安装及接口。如上文所论述，可将电容式触摸传感器垫提供于LCD显示器内或添加到LCD显示器的背面。特定来说根据一实施例，可运用常规技术图案化透明金属层以在LCD显示器内形成相应触摸传感器区。

Claims (21)

1.一种集成电路装置，其包括：
触摸控制器，其包括至少一个输入，
液晶显示器LCD控制器，其包括多个输出，
外部接口，其包括多个外部引脚，及
多路复用器，其可在第一模式中操作以将所述多个外部引脚与所述LCD控制器的所述多个输出连接且可在第二模式中操作以将所述多个外部引脚中的至少一者与所述触摸控制器连接。
2.根据权利要求1所述的集成电路装置，其进一步包括可操作以控制所述多路复用器的中央处理单元。
3.根据权利要求1所述的集成电路装置，其进一步包括可操作以控制所述多路复用器的状态机。
4.根据权利要求2所述的集成电路装置，其进一步包括可操作以控制所述多路复用器的状态机。
5.根据权利要求2所述的集成电路装置，其中所述集成电路装置是微控制器。
6.根据权利要求1所述的集成电路装置，其中当在所述第二模式中操作时，所述多个外部引脚的子组连接在一起且与所述触摸控制器的所述至少一个输入连接。
7.根据权利要求1所述的集成电路装置，其中所述触摸控制器是电容式分压器CVD控制器。
8.根据权利要求7所述的集成电路装置，其进一步包括与所述CVD控制器及所述至少一个外部引脚耦合的模/数转换器ADC。
9.根据权利要求8所述的集成电路装置，其中所述ADC包括与所述ADC耦合的取样电容器以及与所述取样电容器及所述CVD控制器耦合的可控制驱动器。
10.根据权利要求8所述的集成电路装置，其进一步包括与所述CVD控制器耦合的数/模DAC转换器，其中所述ADC与所述多个外部引脚中的第一者耦合且所述DAC与所述多个外部引脚中的第二者连接。
11.根据权利要求7所述的集成电路装置，其中所述LCD驱动器与所述CVD控制器同步。
12.根据权利要求1所述的集成电路装置，其中所述触摸控制器包括充电时间测量单元、张弛振荡器或阻抗相移传感器。
13.一种包括根据权利要求1所述的集成电路装置的系统，所述系统进一步包括具有分段电极及共同电极的液晶显示器，所述分段电极及所述共同电极各自与所述集成电路装置的所述外部引脚耦合。
14.一种包括根据权利要求1所述的集成电路装置的液晶显示器，其中所述液晶显示器的分段电极及共同电极受所述集成电路装置控制。
15.一种操作与液晶显示器LCD耦合的集成电路装置的方法，其中所述集成电路装置包括：触摸控制器，其包括至少一个输入；液晶显示器LCD控制器，其包括多个输出；外部接口，其包括与所述LCD的分段电极及共同电极耦合的多个外部引脚；及多路复用器，其可在第一模式中操作以将所述多个外部引脚与所述LCD控制器的所述多个输出连接且可在第二模式中操作以将所述多个外部引脚中的至少一者与所述触摸控制器连接，所述方法包括：
a)在第一时间周期内借助于所述多路复用器将所述分段电极及所述共同电极与所述LCD控制器连接，
b)在后续时间周期内将所述触摸控制器的所述至少一个输入与所述分段电极及共同电极中的至少一者连接。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括重复步骤a)及b)。
17.根据权利要求15所述的方法，其包括：由所述集成电路装置的中央处理单元控制所述多路复用器。
18.根据权利要求15所述的方法，其包括：由所述集成电路装置的状态机控制所述多路复用器。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述触摸控制器使用电容式分压器方法来确定是否已执行对所述LCD的触摸。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括：使所述LCD控制器与CVD控制器同步。
21.根据权利要求15所述的方法，其中所述触摸控制器包括充电时间测量单元、张弛振荡器或阻抗相移传感器。
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