一种基于ts20型芯片的触摸键盘的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于TS20型芯片的触摸键盘，包括触摸单元和与触摸单元连接的主控单元；所述的触摸单元包括1～20个触摸输入元件，及与触摸输入元件连接的触摸芯片，所述的触摸芯片为TS20型芯片，所述的触摸芯片的引脚并行连接有用于调整灵敏度大小的电容。本实用新型触摸键盘采用了新型的TS20型芯片，具有性能稳定的特点，并可以依据的不同适应环境，配置不同参数的并行电容和串行电阻，使其在不同应用环境中，具有相应的灵敏度和抗干扰能力（即消除外部噪声）。本实用新型触摸键盘还摒弃了老式按键易损坏的难点；同时可以联接最多至20个触摸感应盘、滚轮或滑条。
【专利说明】一种基于TS20型芯片的触摸键盘
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种键盘结构，更具体地说是指一种触摸键盘。
【背景技术】
[0002]随着社会的飞速发展，人们的生活质量要求越来越高，大到每天的衣食住行，小到一个键盘，都在不断地更新换代，科研人员致力研究出一款经济、高效、快捷、方便的键盘！一款让人舒心的键盘主要包括它的功能和外观，功能是首当其冲的关键点，一种带触摸键盘的个人支付终端，涉及个人支付应用领域，作为输入设备的触摸键盘起着重要的作用，触摸感应的操作面板因为其坚固、耐磨损、可以绝缘、隔尘、隔水，而且外观美观新颖而迅速在很多领域被应用，成为近年的热门技术。但很多采用了触摸感应面板的产品都遇到了诸如生产调试困难，触摸感应面板工作不稳定，在潮湿，强干扰环境下容易误动，造成客户退货的难题。其中不乏国内的知名企业，有些更是把此项技术“打入冷宫”。
[0003]因此，有必要基于新型的IC芯片开发出更可靠的触摸键盘产品。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于TS20型芯片的触摸键盘。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]一种基于TS20型芯片的触摸键盘，包括触摸单元和与触摸单元连接的主控单元；所述的触摸单元包括I?20个触摸输入元件，及与触摸输入元件连接的触摸芯片，所述的触摸芯片为TS20型芯片，所述的触摸芯片的引脚并行连接有用于调整灵敏度大小的电容。其中的TS20型芯片包括电容测量输入单元(与电容式的触摸输入元件连接)，电压调整及环境自适应单元(可以外接串行电阻和并行电容)，以及RISC处理器及输出单元(输出信号，与主控MCU连接)。
[0007]其进一步技术方案为:所述触摸芯片的引脚还串行连接有用于消除外部噪声的电阻。
[0008]其进一步技术方案为:所述的电阻为1K，所述的电容为18pF。
[0009]其进一步技术方案为:所述的触摸输入元件为触摸感应盘、滚轮和/或滑条。
[0010]其进一步技术方案为:所述的触摸输入元件为触摸感应盘；所述触摸感应盘为直径在8?12mm之间的圆形结构。
[0011]其进一步技术方案为:所述主控单元包括主控MCU和与主控MCU连接的通讯模块；所述的通讯模块与主机通讯连接。
[0012]其进一步技术方案为:所述的主控MCU为STM32F103C8T6型芯片。
[0013]其进一步技术方案为:所述的通讯模块为串行通讯模块和/或USB通讯模块。
[0014]其进一步技术方案为:还包括与主控单元连接的信息输出单元。
[0015]其进一步技术方案为:所述的信息输出单元包括用于显示图文信息的显示屏、用于显示设备工作状态的LED指示灯和用于提示感应盘输入信息的蜂鸣器。
[0016]本实用新型与现有技术相比的有益效果是:本实用新型触摸键盘采用了新型的TS20型芯片，具有性能稳定的特点，并可以依据的不同适应环境，配置不同参数的并行电容和串行电阻，使其在不同应用环境中，具有相应的灵敏度和抗干扰能力(即消除外部噪声)。本实用新型触摸键盘还摒弃了老式按键易损坏的难点；同时可以联接最多至20个触摸感应盘、滚轮或滑条。触摸感应盘的尺寸为直径在8-12mm的圆形，与触摸物(手指和拇指)尺寸相当，显著提高了触摸电容，有效的抵抗外部电磁干扰和噪声影响。
[0017]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型一种基于TS20型芯片的触摸键盘具体实施例的电路方框图；
[0019]图2为图1所述实施例中的TS20型芯片的方框图；
[0020]图3为图1所示实施例的工作流程图。
[0021]附图标记
[0022]10触摸单元11 触摸输入元件
[0023]12触摸芯片121电容测量输入单元
[0024]122电 压调整及环境自适应单元
[0025]123 RISC处理器及输出单元
[0026]13电容14 电阻
[0027]20主控单元21 主控MCU
[0028]221 串行通讯模块222 USB通讯模块
[0029]30主机40 信息输出单元
[0030]41显示屏42 LED指示灯
[0031]43蜂鸣器
【具体实施方式】
[0032]为了更充分理解本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
[0033]如图1-图2所示的本实用新型一种基于TS20型芯片的触摸键盘具体实施例，它包括触摸单元10和与触摸单元10连接的主控单元20 ;触摸单元10包括I~20个触摸输入元件11，及与触摸输入元件11连接的触摸芯片12，触摸芯片12为TS20型芯片，触摸芯片12的引脚并行连接有用于调整灵敏度大小的电容13。TS20型芯片包括电容测量输入单元m (与电容式的触摸输入元件连接)，电压调整及环境自适应单元122 (可以外接串行电阻和并行电容)，以及RISC处理器及输出单元123 (输出信号，与主控MCU连接)。触摸芯片12的引脚还串行连接有用于消除外部噪声的电阻14。
[0034]本实施例为一款用于银行支付的U盾型触摸键盘，其中的电阻14为1K，电容13为18pF，适合于此类触摸感应盘的使用环境。
[0035]本实施例中，触摸输入元件11为触摸感应盘；并且，触摸感应盘为直径在8~12mm之间的圆形结构，与触摸物(手指和拇指)尺寸相当，可以显著提高触摸电容，有效的抵抗外部电磁干扰和噪声影响。主控单元20包括主控MCU21和与主控MCU21连接的通讯模块；通讯模块与主机30通讯连接。主控MCU21为STM32F103C8T6型芯片。本实施例中，通讯模块同时采用了串行通讯模块221和USB通讯模块222。USB通讯模块主要应用于与电脑设备(即主机)进行数据通信，如可作为模拟键盘、模拟鼠标等操作。串口通讯模块，与外设(如电脑、读卡器等)设备进行数据通信，达到数据共享作用。
[0036]还包括与主控单元20的主控MCU21连接的信息输出单元40。信息输出单元40包括用于显示图文信息的显示屏41、用于显示设备工作状态的LED指示灯42和用于提示感应盘输入信息的蜂鸣器43。还包括电源模块等常用的周边电路。
[0037]其中，韩国ADS公司的ADS-TS20型芯片，其稳定的内部复位电路提供数字块复位脉冲，且芯片复位无需外部元件，使得电路设计简单，成本更低。触摸板内嵌入标准的噪音消除电路，并通过芯片CS引脚的并行电容来调节灵敏度的大小，再通过软件对寄存器进行相应的配置以达到最佳的灵敏状态。同时芯片CS引脚的串行连接电阻避免了从外部激增和防静电故障的现象，有效地消除了外部噪声的影响。具体介绍如下:
[0038]I芯片概述:该系列触摸感应IC,通过精心的结构设计,主控功能设计,可实现防水防尘、密封隔离、坚固美观的操作界面。一个IC可实现多个触摸感应按键及滚轮/滑条。可根据需要灵活使用。
[0039]2特性概述:
[0040]2.1外围电路简单，外围元件少:IC内部集成了自主设计的专用测试电路、自校准电路和RISC处理器。外围元件少。
[0041]2.2生产免调试和优良的长期工作稳定性:确定灵敏度设定电容Csel的值后系统便无需校准。系统可以自动克服由于静电放电，电磁干扰，温度变化，湿气和污染物在表面堆积带来的干扰，提供良好的精确性和各种环境下的操作一致性。可以让产品进行长途运输并能在各种环境下使用。独特的补偿算法和高强度的抗干扰设计可以保证产品长期工作时不会出现误动现象。
[0042]2.3可以用于间距较小的密集键盘:相邻按键抑制功能可以防止相邻按键的误动作。即当同一根手指一次触摸到两个或两个以上按键时，只有手指占据面积最大的按键做出反应，手指占据面积相对较小的按键则被抑制，不做反应，如果手指占据的两个或两个以上的按键的面积相同，则这些按键都不做反应。按键的最小间隙可以达到0.5_。
[0043]2.4优良的防水能力:采用特殊的防水设计。键盘不仅可以防溅水、漫水而且可以在完全被水淹没后正常使用，不同于目前一般的感应按键面板溅水、漫水时容易误动，积水后反应迟钝。或手指按下后出现错误的反应。
[0044]2.5优良的抗电磁干扰能力:在家电和一般应用场合的产品上应用时。用户使用单面PCB板即可获得良好的抗射频信号干扰的能力。可以轻松对抗包括GSM手机在内的绝大多数射频干扰源对感应按键的干扰。
[0045]2.6独特的线长自修正功能:目前市場上的同类产品，普遍存在着感应灵敏度随着感应按键到IC引脚的连线长度不同而有很大差异的现象。我们独创的线长自修正技术可以自动修正这种差异。用户不需复杂的调整就能获得整个感应面板各个按键几乎一致的感应灵敏度。
[0046]2.7满足工业应用规格要求:可以为用户提供更可靠的性能，和更宽的应用范围。[0047]3产品技术参数:
[0048]普通版本:工作电压:3.3V<Vcc<5.5V ；3.3V时工作电流1.2mA
[0049]低功耗版:工作电压:2.2V〈Vcc〈5.5V，3.3V时工作电流1.2mA，休眠时电流:10-18uA
[0050]输出电压范围GND〈Vout〈Vcc
[0051]感应厚度(绝缘介质):0 - 20mm
[0052]有效触摸反映时间:小于10ms
[0053]工作温度:一40℃—+85°C
[0054]储存温度:一50°C—+125°C
[0055]4改造内容
[0056]芯片外围元件使用参数:电阻:1K ;电容:18pF。
[0057]采用0Ω电阻作为模拟地与数字地的转换电阻，更好地区分了模拟地和数字地。
[0058]触摸芯片的通信线宽采用5mil值，且远离地层，到电极走线达到最短约为50mil。
[0059]相关无缘负载尽可能靠近控制芯片，极大地避免了元件与走线产生耦合的风险。
[0060]对于触摸按键，与相邻按键走线的间距最小达到5mm，具有邻键抑制功能。
[0061]元器件的走线层与触摸感应盘的走线层分开，降低对地的寄生电容，保证良好的屏蔽效果。
[0062]触摸感应盘设计为直径1mm大小的圆形状,与触摸物(手指、拇指等)的面积大小相当，显著地提高触摸电容值。
[0063]硬件元件的排布和自主布线，以及按键触摸感应盘的大小形状设计，有效地抵抗外部电磁干扰和噪声影响。
[0064]主控MCU (即微控制器)主要负责把触摸芯片采集返回的数据，经过加密处理反馈到其他设备中，此微控制器被编程为:
[0065]步骤一、激活触摸芯片，并且驱动外围的其他设备进行，如液晶屏、LED灯等，并且使触摸芯片处于休眠模式；
[0066]步骤二、等待收到键盘应用信号，若收到键盘应用信号(如设备间的约定协议)，则通过信号内容判断识别，若为键盘应用模式，则激活触摸芯片，使能位工作模式，同时开启中断监控程序；若不为键盘应用模式，则继续处于休眠模式；
[0067]步骤三、使能触摸芯片为工作模式后则开启触摸盘检测电路，触摸芯片处于检测来自触摸盘的脉冲信号的状态；
[0068]步骤四、当触摸芯片检测到来自触摸盘的脉冲信号时，触摸芯片则立即产生中断脉冲，微控制器接收到中断脉冲，开始采集触摸芯片反馈回来的键值数据；
[0069]步骤五、对触摸芯片采集反馈回来的数据进行按键值解码，再通过对解码数据进行加密处理，得到需要的密文数据，把密文数据通过通信模块传输到其他设备中；
[0070]步骤六、传输完毕之后，重新关闭中断监控程序，使能触摸芯片处于休眠模式，等待下一次的工作信号。
[0071]图3为本实用新型的主控MCU的工作流程图，结合图3，说明如下:
[0072]MCU (主控MCU)初始化TS20触摸芯片的通信接口，并且初始化外部中断，然后MCU进入休眠状态，等待收到激活TS20触摸芯片的应用信号。[0073]当MCU收到了激活TS20触摸芯片的应用信号，MCU则判断是否为触摸键盘应用的激活信号，如果激活信号合法，则开启TS20触摸芯片为工作模式，如果不合法，则继续休眠等待下一次的激活信号。
[0074]当TS20触摸芯片被激活后，则MCU开启触摸盘检测电路、启动外部中断。
[0075]并且对触摸芯片采集反馈回来的数据进行按键值解码，再通过对解码数据进行加密处理，得到需要的密文数据，把密文数据通过通信模块传输到其他设备中。
[0076]当密文数据传输完毕后，则关闭外部中断，然后TS20触摸芯片进入休眠状态，等待下一次的激活信号唤醒。
[0077]于其它实施例中，触摸输入元件还可以是滚轮和/或滑条。
[0078]于其它实施例中，主控MCU也可以是其它型号的芯片。
[0079]综上所述，本实用新型触摸键盘采用了新型的TS20型芯片，具有性能稳定的特点，并可以依据的不同适应环境，配置不同参数的并行电容和串行电阻，使其在不同应用环境中，具有相应的灵敏度和抗干扰能力(即消除外部噪声)。本实用新型触摸键盘还摒弃了老式按键易损坏的难点；同时可以联接最多至20个触摸感应盘、滚轮或滑条。触摸感应盘的尺寸为直径在8-12mm的圆形，与触摸物(手指和拇指)尺寸相当，显著提高了触摸电容，有效的抵抗外部电磁干扰和噪声影响。
[0080]上述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
【权利要求】
1.一种基于TS20型芯片的触摸键盘，其特征在于包括触摸单元和与触摸单元连接的主控单元；所述的触摸单元包括I?20个触摸输入元件，及与触摸输入元件连接的触摸芯片，所述的触摸芯片为TS20型芯片，所述的触摸芯片的引脚并行连接有用于调整灵敏度大小的电容。
2.根据权利要求1所述的一种基于TS20型芯片的触摸键盘，其特征在于所述触摸芯片的引脚还串行连接有用于消除外部噪声的电阻。
3.根据权利要求2所述的一种基于TS20型芯片的触摸键盘，其特征在于所述的电阻为1K，所述的电容为18pF。
4.根据权利要求1所述的一种基于TS20型芯片的触摸键盘，其特征在于所述的触摸输入元件为触摸感应盘、滚轮和/或滑条。
5.根据权利要求1所述的一种基于TS20型芯片的触摸键盘,其特征在于所述的触摸输入元件为触摸感应盘；所述触摸感应盘为直径在8?12_之间的圆形结构。
6.根据权利要求1?5任一项所述的一种基于TS20型芯片的触摸键盘,其特征在于所述主控单元包括主控MCU和与主控MCU连接的通讯模块；所述的通讯模块与主机通讯连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于TS20型芯片的触摸键盘，其特征在于所述的主控MCU 为 STM32F103C8T6 型芯片。
8.根据权利要求6所述的一种基于TS20型芯片的触摸键盘，其特征在于所述的通讯模块为串行通讯模块和/或USB通讯模块。
9.根据权利要求6所述的一种基于TS20型芯片的触摸键盘，其特征在于还包括与主控单元连接的信息输出单元。
10.根据权利要求9所述的一种基于TS20型芯片的触摸键盘，其特征在于所述的信息输出单元包括用于显示图文信息的显示屏、用于显示设备工作状态的LED指示灯和用于提不感应盘输入信息的蜂鸣器。
【文档编号】G06F3/02GK203825561SQ201420072542
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】张亚军, 欧阳俊, 丘祖国 申请人:广东华大集成技术有限责任公司