CN107463288B - 一种数字输入系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字输入系统及实现方法，系统包括：无源笔和数位板，所述无源笔包括：第一谐振电路、第二谐振电路，所述第一谐振电路，用以产生频率可变的第一谐振信号，所述第二谐振电路，用以产生频率可变的第二谐振信号，所述数位板，用以根据所述第一谐振电路测量出所述无源笔的位置和/或位于所述无源笔上的按键状态，以及，根据所述第二谐振电路，测量所述无源笔的笔压。本发明中的系统，通过在无源笔端采用两套LC谐振电路，并通过数位板可计算坐标及测量按键状态、计算压感。相比于现有技术，精度高、实时性强。

Description

一种数字输入系统及实现方法

技术领域

本发明涉及计算机外围设备的数位板领域，特别涉及一种数字输入系统及实现方法。

背景技术

数位板，又名绘图板、绘画板、手绘板等等，是计算机输入设备的一种，通常是由一块板子和一支压感笔组成，它和手写板等作为非常规的输入产品相类似，都针对一定的使用群体。与手写板所不同的是，数位板主要针对设计类的办公人士。用作绘画创作方面，就像画家的画板和画笔，比如在电影中常见的逼真的画面和栩栩如生的人物，就是通过数位板一笔一笔画出来的。数位板主要面向设计、美术相关专业师生、广告公司与设计工作室以及Flash矢量动画制作者。在技术层面上，数位板的主要功能是把手写轨迹转化为X、Y坐标数据及压力数据，然后输入计算机等，配合相应的驱动程序及应用软件，可以将所写的轨迹及轨迹的粗细直接反映到计算机中。

数位板的原理大致如下：

在硬件上采用的是电磁式感应原理，在光标定位及移动过程中，完全是通过电磁感应来完成的。在数位板的板子内设置有一块电路板，上面有横竖均衡排列的天线，当笔尖在数位板上移动的时候，天线通过接收笔的电磁信号，每条天线离笔尖的距离不同，其感应到的信号强弱也不相等，通过多点定位，数位板芯片就可以精确的确定数位板笔尖的位置。数位板的光标移动过程中笔不需要接触数位板就可以移动，感应高度一般为10毫米。有源无线的数位板原理和无源无线的有一定区别，有电池的笔本身可以释放出一定的电磁场，而无电池的笔则通过将数位板产生的磁场反射来完成。压感产生于笔中的压力敏感电容或电感，压感通过电磁场信号反馈到数位板上。

目前，无源数位板方案的供应商主要有台湾精元公司及日本的WACOM公司，台湾精元的方案中，测量笔压感的方法是：由电路板中的天线依次向无源笔发射多种频率信号，然后再接收笔中谐振的信号，然后通过对比发射各种频率后笔返回的信号的大小来确定笔的谐振频率的大小来确定压感。而WACOM公司的压力采用的是数位笔，由数位笔直接测量压力电容的大小变化来确定大小，然后将压感值通过数字调制信号返还给数位板。

由上可知，精元公司的方案由于需发射接收多种频率，其在检测笔及计算压力时耗时较长，并且由于采用比率的方式计算压力，从而造成其精度较低；然而WACOM公司的方案，由于数位笔计算压力后通过数字调制信号返还给数位板，其过程也耗时较长，且两者单位时间内报告数均不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种在无源笔端采用两套LC谐振电路，并通过数位板可计算坐标及测量按键状态、计算压感的新型数字输入系统。

另外，本发明中的压感计算方法采用变频法，当接收到的频率与一基准频率混频后滤出两者的差频，然后通过测量差频的变化来得出无源笔中谐振频率的变化来测压感，其测量精度高，实时性强。

解决上述技术问题，本发明提供了一种数字输入系统，包括：无源笔和数位板，

所述无源笔包括：第一谐振电路、第二谐振电路，

所述第一谐振电路，用以产生频率可变的第一谐振信号，

所述第二谐振电路，用以产生频率可变的第二谐振信号，

所述数位板，用以根据所述第一谐振电路测量出所述无源笔的位置和/或位于所述无源笔上的按键状态，以及，

根据所述第二谐振电路，测量所述无源笔的笔压。

更进一步，在所述数位板包括：天线阵列、信号发生器、发射开关以及模拟多选一开关，

所述天线阵列分别与所述发射开关和所述模拟多选一开关连接，所述信号发生器通过所述发射开关与所述天线阵列连接，

在测量坐标时，将所述发射开关闭合，所述模拟多选一开关与所述天线阵列中的任一条天线相连，同时发射第一频率范围内的第一频率信号，

当所述第一频率信号持续一设定时长，则断开所述发射开关，并通过所述信号发生器产生第一基准频率信号；

当无源笔在板附近时，所述天线阵列将接收所述无源笔的第一谐振信号，所述第一频率信号为：{(最小第一频率+最大第一频率)/2}。本申请中的最小第一频率～最大第一频率可用F₁min～F₁max表示，F₁min～F₁max是笔第一谐振电路的谐振频率范围，F₁min为笔第一谐振电路的最低谐振频率，F₁max为笔第一谐振电路的最高谐振频率。

在本申请中的第一基准频率信号是指比上述F₁min低一定频率的频率或者比F₁max高一定频率的频率。其作用是与接收到的谐振频率混频后得到两者的差值。

更进一步，在所述数位板还包括：第一预处理单元，

所述第一预处理包括：放大器、带通滤波器、有源整流器、峰值保持器以及模/数转换器，

所述第一预处理中通过所述放大器将接收到的所述第一谐振信号放大，通过所述带通滤波器滤除干扰信号，再通过所述有源整流器换为直流信号，以及通过所述峰值保持器测量出峰值，

最后通过所述模/数转换器转化成数字信号。

更进一步，在所述数位板还包括：第二预处理单元，

所述第二预处理单元包括：波形整形器、数字混频器、低通滤波器、波形整形器以及频率测定器，

通过所述波形整形器整形成方波，输入到所述数字混频器，

在所述数字混频器中与所述第一基准频率信号进行混频，

混频后的信号输入低通滤波器滤除基准频率的信号、笔谐振频率的信号或者任一一种谐波信号，得到第一谐振信号与所述第一基准频率的差频信号，

最后，将所述差频信号输入所述波形整形器，并通过所述频率测定器测量整形后的信号频率。

更进一步，在坐标测量后，将所述发射开关闭合，所述模拟多选一开关与所述天线阵列中的接通测量坐标时返回信号最强的一条天线相连，然后发射第二频率范围内的第二频率信号，

当所述第二频率信号持续一设定时长，则断开所述发射开关，并通过所述信号发生器产生第二基准频率信号，

当无源笔在板附近时，所述天线阵列将接收所述无源笔的第二谐振信号，所述第二频率信号为：{(最小第二频率+最大第二频率)/2}。

上述的{(最小第二频率+最大第二频率)/2}，本申请中的最小第二频率～最大第二频率可用F2min～F2max表示，F2min～F2max是笔第一谐振电路的谐振频率范围，F2min为笔第一谐振电路的最低谐振频率，F2max为笔第一谐振电路的最高谐振频率。

更进一步，在所述数位板还包括：第三预处理单元，

所述三预处理单元包括：放大器、带通滤波器、波形整形器、数字混频器、低通滤波器、波形整形器以及频率测定器，

将接收到的第二谐振信号信号通过所述放大器放大，通过带通滤波器进行带通滤波滤除干扰信号后进入波形整形器

在所述波形整形器中将波形整形成方波后输入到所述数字混频器，

在所述数字混频器与与所述第二基准频率信号进行混频，

混频后的信号输入低通滤波器滤除基准频率的信号、笔谐振频率的信号或者任一一种谐波信号，得到第二谐振信号与所述第二基准频率的差频信号，

最后，将所述差频信号输入所述波形整形器，并通过所述频率测定器测量整形后的信号频率。

更进一步，数字输入系统还包括：一MCU控制器，所述MCU控制器用以,

根据信号频率的变化判断所述无源笔是否有按键按下，

根据信号大小比例来对所述无源笔定位，

根据信号频率的变化检测出所述无源笔的笔压。

当所述无源笔在笔尖压下时，所述无源笔的谐振电路(第二谐振电路)中的电容值或者电感值将会发生变化，引起谐振的频率变，并且笔尖的压力越大，频率值变化的越多，则可根据检出的频率变化来计算出所述无源笔上的笔压。

同理，当所述无源笔上有按键按下时，将有电容并联入第一谐振电路，同样会引起频率的变化，则通过检出的频率变化值可以确定是否有按键及哪颗按键按下。

更进一步，数字输入系统还包括：通过USB、ICC、UART或者SPI串行总线接口中的一种或者多种连接的上位机。

更进一步，在所述第二谐振电路中通过一压力可变电感或者一压力可变电容来改变所述无源笔的谐振频率。

基于上述，本发明还提供了一种数字输入方实现方法，包括：无源笔和数位板，还进行如下操作：

在所述无源笔设置第一谐振电路和第二谐振电路，

将所述第一谐振电路配置为产生频率可变的第一谐振信号，

将所述第二谐振电路配置为产生频率可变的第二谐振信号，

还通过设置一数位板，根据所述第一谐振电路测量出所述无源笔的位置和 /或位于所述无源笔上的按键状态，以及，

根据所述第二谐振电路，测量所述无源笔的笔压。

本发明的有益效果：

在本发明中的新型数字输入系统中，通过采用变频法测量时，当接收到的频率与一基准频率混频后滤出两者的差频，然后通过测量差频的变化来得出无源笔中谐振频率的变化来测压感，其测量精度高，实时性强。根据实际实验，若变频后频率变化为10KHz到20KHz,周期变化为50uS,则MCU至少需采样1 个脉冲就能超过测量精度。

附图说明

图1是本发明一实施例中的数字输入系统结构示意图；

图2是图1中的数位板结构示意图；

图3是图2中的操作方法流程示意图；

图4是图1中的数位板的一优选实施例中的示意图；

图5是图1中的数位板的另一优选实施例中的示意图；

图6是图5的具体处理流程示意图；

图7是图1中的数位板的再一优选实施例中的示意图；

图8是图1中的优选实施方式示意图；

图9是本发明一实施例中的数字输入实现方法流程示意图；

图10是本发明数字输入系统实现原理示意图；

图11是图9中的无源笔内部结构示意图；

图12是本发明一优选数字输入系统结构示意图。

具体实施方式

现在将参考一些示例实施例描述本公开的原理。可以理解，这些实施例仅出于说明并且帮助本领域的技术人员理解和实施例本公开的目的而描述，而非建议对本公开的范围的任何限制。在此描述的本公开的内容可以以下文描述的方式之外的各种方式实施。

如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。

图1是本发明一实施例中的数字输入系统结构示意图，本实施例中的一种数字输入系统，包括：无源笔100和数位板200，所述无源笔100包括：第一谐振电路1001、第二谐振电路1002，所述第一谐振电路1001，用以产生频率可变的第一谐振信号，所述第二谐振电路1002，用以产生频率可变的第二谐振信号，所述数位板，用以根据所述第一谐振电路1001测量出所述无源笔100 的位置和/或位于所述无源笔上的按键状态，以及，根据所述第二谐振电路 1002，测量所述无源笔的笔压。通过在无源笔100中采用变频法测量时，当接收到的频率与一基准频率混频后滤出两者的差频，然后通过测量差频的变化来得出无源笔中谐振频率的变化来测压感，其测量精度高，实时性强。

作为本实施例中的优选，请参考图2和图3在所述数位板200包括：天线阵列2001、信号发生器2002、发射开关2003以及模拟多选一开关2004，所述天线阵列2001分别与所述发射开关2003和所述模拟多选一开关2004连接，所述信号发生器2002通过所述发射开关2003与所述天线阵列2001连接，具体步骤如下：

步骤S300在测量坐标时，将所述发射开关2003闭合，所述模拟多选一开关2004与所述天线阵列2001中的任一条天线相连，同时发射第一频率范围内的第一频率信号，

步骤S301当所述第一频率信号持续一设定时长，则断开所述发射开关2003，并通过所述信号发生器2002产生第一基准频率信号；

步骤S302当无源笔在板附近时，所述天线阵列2001将接收笔的第一谐振信号，所述第一频率信号为：{(最小第一频率+最大第一频率)/2}。本领域技术人员能够明了，本实施例中的最小第一频率～最大第一频率可用F₁min～F₁max 表示，F₁min～F₁max是笔第一谐振电路的谐振频率范围，F₁min为笔第一谐振电路的最低谐振频率，F₁max为笔第一谐振电路的最高谐振频率。在本实施例中的第一基准频率信号是指比上述F₁min低一定频率的频率或者比F₁max高一定频率的频率。其作用是与接收到的谐振频率混频后得到两者的差值。

作为本实施例中的优选，请参考图4在所述数位板还包括：第一预处理单元2010，所述第一预处理单元2010包括：放大器2006、带通滤波器2007、有源整流器2008、峰值保持器2009以及模/数转换器2010，所述第一预处理单元2010中通过所述放大器2006将接收到的所述第一谐振信号放大，通过所述带通滤波器2007滤除干扰信号，再通过所述有源整流器2008换为直流信号，以及通过所述峰值保持器2009测量出峰值，最后通过所述模/数转换器2010 转化成数字信号，根据各天线的反馈的信号大小比例来对所述无源笔定位。

在上述实施例中，优选地，系统中还包括：通过USB、ICC、UART或者SPI 串行总线接口中的一种或者多种连接的上位机。

在上述实施例中，优选地，在所述第二谐振电路中通过一压力可变电感或者一压力可变电容来改变所述无源笔的谐振频率。

作为本实施例中的优选，图5是图1中的数位板的另一优选实施例中的示意图，在所述数位板200还包括：第二预处理单元2011，所述第二预处理单元2011包括：波形整形器2012、数字混频器2013、低通滤波器2014、波形整形器2015以及频率测定器2016，通过所述波形整形器2012整形成方波，输入到所述数字混频器2013，在所述数字混频器2013中与所述第一基准频率信号进行混频，混频后的信号输入低通滤波器2014滤除基准频率的信号、笔谐振频率的信号或者任一一种谐波信号，得到第一谐振信号与所述第一基准频率的差频信号，最后，将所述差频信号输入所述波形整形器2015，并通过所述频率测定器2016测量整形后的信号频率，根据信号频率的变化判断所述无源笔是否有按键按下。

在上述实施例中，优选地，系统还包括：通过USB、ICC、UART或者SPI 串行总线接口中的一种或者多种连接的上位机。

在上述实施例中，优选地，在所述第二谐振电路中通过一压力可变电感或者一压力可变电容来改变所述无源笔的谐振频率。

优选地，请参考图6，上述实施例中的具体处理方法包括如下步骤：

步骤S600在坐标测量后，将所述发射开关闭合，所述模拟多选一开关与所述天线阵列中的接通测量坐标时返回信号最强的一条天线相连，然后发射第二频率范围内的第二频率信号，

步骤S601当所述第二频率信号持续一设定时长，则断开所述发射开关，并通过所述信号发生器产生第二基准频率信号，

步骤S602当无源笔在板附近时，所述天线阵列将接收笔的第二谐振信号，所述第二频率信号为：{(最小第二频率+最大第二频率)/2}。

作为本实施例中的优选，请参图7，在所述数位板200还包括：第三预处理单元2030，所述三预处理单元2030包括：放大器2006、带通滤波器2007、波形整形器2012、数字混频器2013、低通滤波器2014、波形整形器201以及频率测定器2016，将接收到的第二谐振信号信号通过所述放大器2006放大，通过带通滤波器2007进行带通滤波滤除干扰信号后进入波形整形器2012，在所述波形整形器2012中将波形整形成方波后输入到所述数字混频器2013，在所述数字混频器2013与所述第二基准频率信号进行混频，混频后的信号输入低通滤波器2014滤除基准频率的信号、笔谐振频率的信号或者任一一种谐波信号，得到第二谐振信号与所述第二基准频率的差频信号，最后，将所述差频信号输入所述波形整形器2015，并通过所述频率测定器2016测量整形后的信号频率，根据信号频率的变化检测出所述无源笔的笔压。计算压力的方式采用变频法，即接收到的频率与一基准频率混频后滤出两者的差频，然后通过测量差频的变化来得出笔谐振频率的变化来测压感。优点是测量精度高，实时性强

在上述实施例中，优选地，系统还包括了：通过USB、ICC、UART或者SPI 串行总线接口中的一种或者多种连接的上位机。

在上述实施例中，优选地，在所述第二谐振电路中通过一压力可变电感或者一压力可变电容来改变所述无源笔的谐振频率。

在本实施例中的一种数字输入系统，包括：无源笔和数位板，所述无源笔包括：第一谐振电路、第二谐振电路，所述第一谐振电路，用以产生频率可变的第一谐振信号，所述第二谐振电路，用以产生频率可变的第二谐振信号，所述数位板，用以根据所述第一谐振电路测量出所述无源笔的位置和/或位于所述无源笔上的按键状态，以及，根据所述第二谐振电路，测量所述无源笔的笔压，系统还包括了：一MCU控制器，如图8所示，所述MCU控制器用以进行如下的操作：

步骤S800根据信号频率的变化判断所述无源笔是否有按键按下，

步骤S801根据信号大小比例来对所述无源笔定位，

步骤S802根据信号频率的变化检测出所述无源笔的笔压。

当所述无源笔在笔尖压下时，所述无源笔的谐振电路(第一谐振电路或第二谐振电路)中的电容值或者电感值将会发生变化，引起谐振的频率变，并且笔尖的压力越大，频率值变化的越多，则可根据检出的频率变化来计算出所述无源笔上的笔压。同理，当所述无源笔上有按键按下时，将有电容并联入第一谐振电路，同样会引起频率的变化，则通过检出的频率变化值可以确定是否有按键及哪颗按键按下。

请参考图9是本发明一实施例中的数字输入实现方法流程示意图一种数字输入方实现方法，包括：无源笔和数位板，还进行如下操作：

步骤S900在所述无源笔设置第一谐振电路和第二谐振电路，

步骤S901将所述第一谐振电路配置为产生频率可变的第一谐振信号，

步骤S902将所述第二谐振电路配置为产生频率可变的第二谐振信号，

步骤S903通过设置一数位板，根据所述第一谐振电路测量出所述无源笔的位置和/或位于所述无源笔上的按键状态，

步骤S904根据所述第二谐振电路，测量所述无源笔的笔压。

在一些实施例中，上述方法在所述数位板包括：天线阵列、信号发生器、发射开关以及模拟多选一开关，

所述天线阵列分别与所述发射开关和所述模拟多选一开关连接，所述信号发生器通过所述发射开关与所述天线阵列连接，

在测量坐标时，将所述发射开关闭合，所述模拟多选一开关与所述天线阵列中的任一条天线相连，同时发射第一频率范围内的第一频率信号，

当所述第一频率信号持续一设定时长，则断开所述发射开关，并通过所述信号发生器产生第一基准频率信号；

当无源笔在板附近时，所述天线阵列将接收笔的第一谐振信号，所述第一频率信号为：{(最小第一频率+最大第一频率)/2}。

在一些实施例中，上述方法在所述数位板还包括：第一预处理单元，

所述第一预处理单元包括：放大器、带通滤波器、有源整流器、峰值保持器以及模/数转换器，

所述第一预处理中通过所述放大器将接收到的所述第一谐振信号放大，通过所述带通滤波器滤除干扰信号，再通过所述有源整流器换为直流信号，以及通过所述峰值保持器测量出峰值，

最后通过所述模/数转换器转化成数字信号。

在一些实施例中中，在所述数位板还包括：第二预处理单元，

所述第二预处理单元包括：波形整形器、数字混频器、低通滤波器、波形整形器以及频率测定器，

通过所述波形整形器整形成方波，输入到所述数字混频器，

在所述数字混频器中与所述第一基准频率信号进行混频，

混频后的信号输入低通滤波器滤除基准频率的信号、笔谐振频率的信号或者任一一种谐波信号，得到第一谐振信号与所述第一基准频率的差频信号，

最后，将所述差频信号输入所述波形整形器，并通过所述频率测定器测量整形后的信号频率。

在一些实施例中，上述方法在坐标测量后，将所述发射开关闭合，所述模拟多选一开关与所述天线阵列中的接通测量坐标时返回信号最强的一条天线相连，然后发射第二频率范围内的第二频率信号，

当所述第二频率信号持续一设定时长，则断开所述发射开关，并通过所述信号发生器产生第二基准频率信号，

当无源笔在板附近时，所述天线阵列将接收笔的第二谐振信号，所述第二频率信号为：{(最小第二频率+最大第二频率)/2}。

在一些实施例中，上述方法在所述数位板还包括：第三预处理单元，

所述三预处理单元包括：放大器、带通滤波器、波形整形器、数字混频器、低通滤波器、波形整形器以及频率测定器，

将接收到的第二谐振信号信号通过所述放大器放大，通过带通滤波器进行带通滤波滤除干扰信号后进入波形整形器，

在所述波形整形器中将波形整形成方波后输入到所述数字混频器，

在所述数字混频器与与所述第二基准频率信号进行混频，

混频后的信号输入低通滤波器滤除基准频率的信号、笔谐振频率的信号或者任一一种谐波信号，得到第二谐振信号与所述第二基准频率的差频信号，

最后，将所述差频信号输入所述波形整形器，并通过所述频率测定器测量整形后的信号频率。

请参考图10-图12，无源笔中的第一谐振电路1001用来测量无源笔的位置及笔身上的按键是否有按下，当按下开关时，无源笔的谐振频率会发生变化，设其频率变化范围为F₁min～F₁max。无源笔中的第二谐振电路1002用来测量笔压，可以通过压力可变电感或者压力可变电容来改变其谐振频率。无源笔采用两套LC谐振电路，一套为计算坐标及测量按键用，一套为计算压感用。由于采用两套LC谐振电路，结合第一点，只需发射两个频率即可计算出坐标及压感。

原理如下：

先测量坐标，发射开关闭合，模拟多选一开关2004选择接通其中一条天线，然后发射一F₁min--F₁max间的频率，为保证效果，优选为(F₁min+F₁max)/2, 发射一段时间后，断开发射开关，信号发生器再产生一个频率为F₁min-ΔF或者F₁max+ΔF的基准信号F₁，如有无源笔在范围内，则无源笔的谐振信号会被板子的天线接收，接收到的信号通过放大，带通滤波滤除干扰信号，然后再通过有源整流转换为直流信号到峰值保持电路测出其峰值，再将其信号峰值通过模/数转换成数字信号，MCU通过计算各天线返回的信号大小比例来定位。

带通滤波器滤除掉干扰后的信号经波形整形成方波后输入到数字混频模块与信号发生器产生的F₁频率的基准信号进行混频，混频后的信号通过低通滤波滤除基准频率的信号、笔谐振频率的信号、各种谐波信号后得出笔谐振信号和基准信号的差频，然后将些差频进行波形整形后由MCU来测量其频率来判断是否有按键按下。

坐标测量后，发射开关闭合，模拟多选一开关选择接通测量坐标时返回信号最强的一条天线，然后发射一F₂min--F₂max间的频率，为保证效果，最好为(F₂min+F₂max)/2,发射一段时间后，断开发射开关，信号发生器再产生一个频率为F₂min-ΔF或者F₂max+ΔF的基准信号F₂，接收到的无源笔的信号通过放大，带通滤波滤除干扰信号，波形整形成方波后输入到数字混频模块与信号发生器产生的F₂频率的基准信号进行混频，混频后的信号通过低通滤波滤除基准频率的信号、笔谐振频率的信号、各种谐波信号后得出笔谐振信号和基准信号的差频，然后将些差频进行波形整形后由MCU来测量其频率的变化来测出压力。

区别于现有技术，本实施例中的系统采用变频法测压感的优点在于，如果采用直接测量接收频率变化的方法测量压感的话，由于无源板工作频率均较高，其频率变化时，其周期变化很小，如笔的频率为500KHz到510KHz时，其周期变化只有40nS,如果用的MCU为32位CONTEX M3内核的STM32F103,其时钟最高为72MHz,也就是其时钟周期为14nS,若预设的压感为2048阶，MCU至少需采样356个脉冲(500K是约为710uS)才能达到测量精度。但采用变频法测量时，若变频后，其频率变化为10KHz～20KHz,其周期变化为50uS,MCU至少需采样1个脉冲(最慢约100uS)就能超过测量精度.如采用的是51系列的单片机，由于其时钟周期更低，需计数的脉冲需更多，也就是测量的时间需更长。

区别于现有技术，背景技术中的台湾精元公司的方法，由于采用比例法来测量压感，在笔身没有按键时，至少要发射三个频率，然后通过接收发射各个频率时笔返回的信号，然后通过比例计算来得到压感值。由于要发射多个频率来计算压感，所以其每次耗费时间较长，使得整体的扫描速度会下降。并且由于其用比例法计算压感，其值并不准确。

本实施例中采用的为直接测量到频率变化的大小，其结果比精无的方案要精确。并且由于台湾精元公司的方案笔只采用唯一谐振电路，当有按键存在时，要使按下按键和测有按下按键压笔尖过程中频谱不重合，其频率范围需翻倍。当检测是否有笔及计算压感时，因笔的频谱不确定，需发射多个频率的信号，其扫描的速度会更加降低。

区别于现有技术，背景技术中的日本的WACOM公司的方案，定位完位置后，笔需要足够的能量才能将压力和按键数据返回完成，在测返还数据前，板子需发射足够长时间的信号给笔充满能量，再加上笔将压力数据及笔按键数据是以数字调制的信号返给板子，其过程本身就比较漫长，造成其整体的扫描速度较慢。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA) 等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

总体而言，本公开的各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任意组合实施。一些方面可以以硬件实施，而其它一些方面可以以固件或软件实施，该固件或软件可以由控制器、微处理器或其它计算设备执行。虽然本公开的各种方面被示出和描述为框图、流程图或使用其它一些绘图表示，但是可以理解本文描述的框、设备、系统、技术或方法可以以非限制性的方式以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备或其一些组合实施。

此外，虽然操作以特定顺序描述，但是这不应被理解为要求这类操作以所示的顺序执行或是以顺序序列执行，或是要求所有所示的操作被执行以实现期望结果。在一些情形下，多任务或并行处理可以是有利的。类似地，虽然若干具体实现方式的细节在上面的讨论中被包含，但是这些不应被解释为对本公开的范围的任何限制，而是特征的描述仅是针对具体实施例。在分离的一些实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地执行。相反对，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分离地实施或是以任何合适的子组合的方式实施。

Claims (8)

1.一种数字输入系统，其特征在于，包括：无源笔和数位板，

所述无源笔包括：第一谐振电路、第二谐振电路，

所述第一谐振电路，用以产生频率可变的第一谐振信号，

所述第二谐振电路，用以产生频率可变的第二谐振信号，

所述数位板，用以根据所述第一谐振电路、基于接收到的第一谐振信号的大小比例测量出所述无源笔的位置，并且根据所述第一谐振电路、基于接收到的第一谐振信号的频率的变化测量出位于所述无源笔上的按键状态，以及，

根据所述第二谐振电路，基于接收到的第二谐振信号的频率的变化测量所述无源笔的笔压，

其中，所述数位板包括：天线阵列、信号发生器、发射开关以及模拟多选一开关，

所述天线阵列分别与所述发射开关和所述模拟多选一开关连接，所述信号发生器通过所述发射开关与所述天线阵列连接，

在测量坐标时，将所述发射开关闭合，所述模拟多选一开关与所述天线阵列中的任一条天线相连，同时发射第一频率范围内的第一频率信号，

当所述第一频率信号持续一设定时长，则断开所述发射开关，并通过所述信号发生器产生第一基准频率信号；

当无源笔在板附近时，所述天线阵列将接收笔的第一谐振信号，所述第一频率信号为：{(最小第一频率+最大第一频率)/2}，其中，最小第一频率为第一谐振电路的最低谐振频率，最大第一频率为第一谐振电路的最高谐振频率，

所述数位板还包括：第二预处理单元，

所述第二预处理单元包括：放大器、带通滤波器、波形整形器、数字混频器、低通滤波器、波形整形器以及频率测定器，

在第二预处理单元中通过放大器将接收到的第一谐振信号放大，通过带通滤波器滤除掉干扰信号，经滤波后的信号通过波形整形器整形成方波，输入到数字混频器，

在数字混频器中与所述第一基准频率信号进行混频，

混频后的信号输入低通滤波器滤除基准频率的信号、笔谐振频率的信号或者任意一种谐波信号，得到第一谐振信号与所述第一基准频率的差频信号，

最后，将第一谐振信号与第一基准频率的差频信号输入波形整形器，并通过频率测定器测量整形后的信号频率。

2.根据权利要求1所述的数字输入系统，其特征在于，在所述数位板还包括：第一预处理单元，

所述第一预处理单元包括：放大器、带通滤波器、有源整流器、峰值保持器以及模/数转换器，

所述第一预处理单元中通过放大器将接收到的所述第一谐振信号放大，通过带通滤波器滤除干扰信号，再通过所述有源整流器转换为直流信号，以及通过所述峰值保持器测量出峰值，

最后通过所述模/数转换器转化成数字信号。

3.根据权利要求1所述的数字输入系统，其特征在于，在坐标测量后，将所述发射开关闭合，所述模拟多选一开关与所述天线阵列中的接通测量坐标时返回信号最强的一条天线相连，然后发射第二频率范围内的第二频率信号，

当所述第二频率信号持续一设定时长，则断开所述发射开关，并通过所述信号发生器产生第二基准频率信号，

当无源笔在板附近时，所述天线阵列将接收笔的第二谐振信号，所述第二频率信号为：{(最小第二频率+最大第二频率)/2}，其中，最小第二频率为第二谐振电路的最低谐振频率，最大第二频率为第二谐振电路的最高谐振频率。

4.根据权利要求3所述的数字输入系统，其特征在于，在所述数位板还包括：第三预处理单元，

所述第三预处理单元包括：放大器、带通滤波器、波形整形器、数字混频器、低通滤波器、波形整形器以及频率测定器，

在第三预处理单元中，将接收到的第二谐振信号通过放大器放大，通过带通滤波器进行带通滤波滤除干扰信号后进入波形整形器，

在波形整形器中将波形整形成方波后输入到数字混频器，

在数字混频器与所述第二基准频率信号进行混频，

混频后的信号输入低通滤波器滤除基准频率的信号、笔谐振频率的信号或者任意一种谐波信号，得到第二谐振信号与所述第二基准频率的差频信号，

最后，将第二谐振信号与第二基准频率的差频信号输入波形整形器，并通过频率测定器测量整形后的信号频率。

5.根据权利要求1-4任一项所述的数字输入系统，其特征在于，还包括：一MCU控制器，所述MCU控制器用以,

根据信号频率的变化判断所述无源笔是否有按键按下，

根据信号大小比例来对所述无源笔定位，

根据信号频率的变化检测出所述无源笔的笔压。

6.根据权利要求1-4任一项所述的数字输入系统，其特征在于，还包括：通过USB、I CC、UART或者SPI串行总线接口中的一种或者多种连接的上位机。

7.根据权利要求1-4任一项所述的数字输入系统，其特征在于，在所述第二谐振电路中通过一压力可变电感或者一压力可变电容来改变所述无源笔的谐振频率。

8.一种数字输入实现方法，其利用数字输入系统实现，所述数字输入系统包括：无源笔和数位板，其特征在于，所述方法进行如下操作：

在所述无源笔设置第一谐振电路和第二谐振电路，

将所述第一谐振电路配置为产生频率可变的第一谐振信号，

将所述第二谐振电路配置为产生频率可变的第二谐振信号，

还通过设置一数位板，根据所述第一谐振电路、基于接收到的第一谐振信号的大小比例测量出所述无源笔的位置，并且根据所述第一谐振电路、基于接收到的第一谐振信号的频率的变化测量出位于所述无源笔上的按键状态，以及，

根据所述第二谐振电路，基于接收到的第二谐振信号的频率的变化测量所述无源笔的笔压，

其中，所述数位板包括：天线阵列、信号发生器、发射开关以及模拟多选一开关，

所述天线阵列分别与所述发射开关和所述模拟多选一开关连接，所述信号发生器通过所述发射开关与所述天线阵列连接，

在测量坐标时，将所述发射开关闭合，所述模拟多选一开关与所述天线阵列中的任一条天线相连，同时发射第一频率范围内的第一频率信号，

当所述第一频率信号持续一设定时长，则断开所述发射开关，并通过所述信号发生器产生第一基准频率信号；

当无源笔在板附近时，所述天线阵列将接收笔的第一谐振信号，所述第一频率信号为：{(最小第一频率+最大第一频率)/2}，其中，最小第一频率为第一谐振电路的最低谐振频率，最大第一频率为第一谐振电路的最高谐振频率，

所述数位板还包括：第二预处理单元，

所述第二预处理单元包括：放大器、带通滤波器、波形整形器、数字混频器、低通滤波器、波形整形器以及频率测定器，

在第二预处理单元中通过所述放大器将接收到的第一谐振信号放大，通过所述带通滤波器滤除掉干扰信号，经滤波后的信号通过所述波形整形器整形成方波，输入到所述数字混频器，

在所述数字混频器中与所述第一基准频率信号进行混频，

混频后的信号输入低通滤波器滤除基准频率的信号、笔谐振频率的信号或者任意一种谐波信号，得到第一谐振信号与所述第一基准频率的差频信号，

最后，将所述差频信号输入所述波形整形器，并通过所述频率测定器测量整形后的信号频率。

Images