基于ADC电压检测的多点触摸电路的制作方法

本实用新型是一种基于ADC(模数转换)电压检测的多点触摸电路，涉及环状多点触摸电路和新型矩阵式多点触摸电路。

背景技术：
：

现有市场上存在着很多单通道或多通道的触摸芯片，触摸控制已成为常见的控制方式，被广泛使用。单键触摸芯片，成本低廉，批量只需几角钱；多通道触摸芯片虽然增加了触摸通道，但成本高，设计难度大。

现有的触摸技术主要分为电阻式、电容式、红外线式和表面声波式触摸，以此为基础又产生了许多新兴的技术，它们通过特殊的算法和复杂的技术最多支持两个触摸点，其中真正意义上达到多点触摸的是利用矩阵式键盘保证各个工作节点互不干扰的矩阵多点触摸技术，但是由于矩阵多点触摸需大量电极和接口，成本高、设计难度大，对走线、板子形状、触摸点与触摸点之间、触摸点与芯片距离等都有严格要求，且需对有效触摸面积进行复杂的计算，并有触摸盲区的缺陷以及需要复杂的算法。

(1)对于触摸点很多的系统中，单个触摸芯片很难满足要求，需多个芯片配合使用；(2)多通道触摸芯片信号输出个数对应触摸点个数，因此当有很多个触摸点时会产生众多触摸信号，即使之后再进行译码，也会保留很多的信号线；(3)多通道触摸芯片对触摸焊盘及芯片与焊盘之间的连线等有很高的要求，走线的好坏对整个触摸系统的影响较大。

在多点触摸技术高速发展的今天，低成本、易设计、高性能是人们的需求。本实用新型设计的基于ADC电压检测的多点触摸电路能够实现这些要求。

技术实现要素：
：

为了解决背景技术中存在的问题，深入研究多点触摸技术，从一种简单成熟的单点触摸单元电路设计出多点触摸电路。目的在于解决触摸系统中存在众多触摸点时，设计难度大、走线不方便、成本高等问题。此外本实用新型的环状多点触摸电路中的触摸系统大大减少了端口和电极；从原矩阵触摸技术得到启发，设计出新型矩阵式多点触摸电路。此电路原理简单、方便系统设计，成本低廉、可靠性高、器材易得。

本实用新型采用的技术方案是：

现有市场上存在着众多的单键触摸芯片，成本低廉，批量只需几角钱；同时市场上存在大量内部具有AD模数转换器的单片机，本实用新型通过触摸不同单键触摸单元的触摸芯片，产生触摸信号，从而PMOS管导通，通过设置PMOS管源极对应的不同电阻值，PMOS管源极对应的A点输出不同的电压，再通过单片机的AD功能，检测电压值，显示/输出控制模块显示输出电压，通过不同的电压值从而判断哪个触摸点被触摸。

本实用新型触摸系统中存在着众多的触摸点，每个触摸点由单独的触摸芯片控制作为一个单键触摸单元，如图2所示。本实用新型采用TTP223单键触摸芯片，成本低廉、功能稳定，由AHLB管脚选择直接模式的高电平或者低电平有效，由TOG管脚选择输出模式，通过触摸芯片4脚即AHLB脚和6脚即TOG脚配置触摸芯片1脚输出，低电平有效，即触摸点T1有触摸时，输出低电平，否则输出高电平。触摸芯片输出引脚1接PMOS管的门极，PMOS管的特点是低电平导通，高电平截止，因此有触摸信号时，触摸芯片1脚输出低电平，从而PMOS管导通，PMOS管的源极接电阻RS，当PMOS管导通时，A端有电压输出。各单键触摸单元除了匹配电阻RS值不同，其他条件相同，所以当其触摸点被触摸时每个单键触摸单元对应的A点输出的电压不同。

基于图2设计了如图3所示的多点触摸电路的电压检测结构图，Q1、Q2、Q3、Q4端为PMOS管的门极，每个PMOS管的门极都与图2单键触摸单元中TTP223芯片的输出端Q端相连，组成四个独立的单键触摸单元，四个单键触摸单元的连接方式如图2，其仅四个匹配电阻RS1、RS2、RS3、RS4不同。当某个触摸点被触摸时，该单键触摸单元的触摸芯片Q端输出低电平，从而与Q端相连的PMOS管导通，因为每个触摸点对应的匹配电阻RS1、RS2、RS3、RS4不同，所以电压检测点A的电压不同，计算公式为V_A＝5V*RS/(RS+R)，若设R＝1KΩ、AD检测电压范围0-3.3V，忽略PMOS管压降，则计算得到各电阻值如下表格：

设计电路时依次选择触摸单元对应的电阻。

如图4所示为本实用新型的单片机AD触摸检测电路图。图3和图5的电压检测信号点A接单片机的AD转换引脚A1或A2；图6的电压检测信号点A1、A2分别接单片机的AD转换引脚A1和A2，通过单片机的AD功能，检测电压值，显示/输出控制模块显示输出电压。将这些预设的电阻分压值用数组保存起来，通过查表的方法与输出电压对照从而判断哪个触摸点被触发。

本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)解决了触摸系统中存在众多触摸点时，设计难度大、走线不方便的问题；(2)节省开发时间和开发成本；(3)节省触摸系统的整体成本。(4)由于触摸单元是单键触摸，工作相互独立，相比于其他多点触摸要求多个触摸单元共同工作可靠性更高。(5)相比于现有的矩阵多点触摸技术此方案不仅可以达到多点触摸的效果而且无需对有效触摸面积进行复杂的计算，无触摸盲区的缺陷且不需要复杂的算法。(6)本实用新型多点触摸电路可以很大程度上减小电极和端口，减少成本，环状多点触摸电路的电极和端口更少。(7)本实用新型各个工作单元彼此独立，在一个触摸单元中不会误触摸或触摸到多个触摸点；(8)本实用新型通过单个触摸芯片能达到多点触摸的效果。

附图说明：

图1是本实用新型的整体框图；

图2是本实用新型的单键触摸单元电路图；

图3是本实用新型的多点触摸电压检测结构图；

图4是本实用新型的单片机AD触摸检测电路图；

图5是本实用新型的环状多点触摸电路结构图；

图6是本实用新型的新型矩阵式多触摸点电路结构图。

具体实施方案：

如图1是系统的整体结构框图，电路主要由电源模块、单片机模块、触摸模块、显示/输出控制模块和复位/时钟模块组成。电源为5V直流电源即可，单片机可选择带AD功能的ATMEGA8，自带8通道10位AD功能，复位电路选择上电复位，时钟信号选择内部振荡方式，也可以选择其他型号的，触摸模块是由单键触摸单元(如图1)电路组成的多点触摸模块，每个单键触摸单元电路的PMOS管源极匹配不同的电阻，则电压检测点A、A1、A2将输出不同的电压，再通过单片机的AD功能，检测电压值，显示/输出控制模块显示输出电压，通过不同的电压值从而判断哪个触摸点被触发。

如图2所示，TTP223是触摸键检测IC，提供一个触摸点，工作电压是2.0-5.5V，本设计电路的工作电压设置为5V。TTP223由AHLB管脚选择直接模式的高电平或者低电平有效，由TOG管脚选择输出模式，本设计电路设置为S1 S2为0 1点动低电平有效模式(如图2)，即图2中的触摸点T1有触摸时，管脚Q输出低电平，则PMOS管导通，则A点输出对应的电压，公式为V_A＝5V*RS/(RS+R)，因为匹配电阻RS1、RS2、RS3、RS4对应的电阻不同，则输出不同的电压，无触摸时输出TTP223的Q管脚输出高电平，PMOS管截止。电路中的Cs用来调节灵敏度，Cs值越小，则灵敏度越好，灵敏度的调节必须依据PCB上的实际应用情况，值域为0-50Pf，本电路中Cs为40pF。

如图3所示为本实用新型多点触摸电路的电压检测结构图，图3由四个图2中的单键触摸单元电路加下拉电阻R组成，Q1、Q2、Q3、Q4端为PMOS管的门极，每个PMOS管的门极都与图2单键触摸单元中TTP223芯片的输出端Q端相连，组成四个独立的单键触摸单元，四个单键触摸单元的连接方式如图2，其仅四个匹配电阻RS1、RS2、RS3、RS4不同。在上表中选取单键触摸单元1到单键触摸单元4对应的匹配电阻RS的值，则触摸不同的触摸单元时，电压检测点A的电压不同，基于此原理设计了图5环状多点触摸电路和图6新型矩阵式多点触摸电路。

本发明可采用单片机ATMEGA8，自带8通道10位AD功能，电压检测值通过单片机AD功能检测出不同的电压值，显示/输出控制模块显示输出电压。将这些预设的电阻分压值用数组保存起来，通过查表的方法与输出电压对照从而判断哪个触摸点被触发。

如图5所示为本实用新型的环状多点触摸电路结构图，方便环形触摸区设计，只需要3根电路线就可连接所有触摸点。3根电路线分别为电源线、地线、电压检测信号线。图4中的M1、M2、M3、M4模块是由四个图2中的单键触摸单元组成，每个单键触摸单元的匹配电阻RS1、RS2、RS3、RS4不相同，取触摸单元1到触摸单元4对应的电阻值，电压计算值如上表格，当某个单键触摸单元的触摸点被触摸时，TTP223的Q管脚输出低电平，PMOS管导通，电压检测点A输出对应的电压，再将环状多点触摸电路的电压检测点A与单片机的A1引脚相连，即与图4中的A1端相连，经过单片机的AD转换，检测电压值，显示/输出控制模块显示输出电压，将这些预设的电阻分压值用数组保存起来，通过查表的方法与输出电压对照从而判断哪个触摸点被触发。

如图6所示为本实用新型的新型矩阵式多点触摸电路结构图，该电路将触摸单元M1-M16作为检测组1，对应的电压检测点为A1，触摸单元M17-M24作为检测组2，对应的电压检测点为A2。该触摸电路连接方式与图5的新型环状触摸电路原理基本相同，区别在于该电路设计触摸点较多，如果只通过一路AD转换，每个触摸点之间的电压变化过小，不利于单片机电压检测，因此可以分2路进行AD转换，即图6中的电压检测点A1、A2分别与图4单片机的A1、A2相连接，通过单片机的AD转换，检测电压值，显示/输出控制模块显示输出电压，将这些预设的电阻分压值用数组保存起来，通过查表的方法与输出电压对照从而判断哪个触摸点被触发。

单键触摸芯片不一定选用TTP223，也可选用其他的单键触摸芯片。