基于K60单片机的红外多点触摸屏硬件设计

1、基于 K60 单片机的红外多点触摸屏硬件设计【摘 要】红外触摸屏不受电压、电流和静电干扰， 透光率好，适用于戴手套操作环境和开车等环境，得到广泛 应用。 本文根据红外触摸屏的检测原理， 以飞思卡尔 K60 单 片机为核心，设计低成本、高集成度的红外触摸屏的红外发 送及数据采集硬件系统。【关键词】红触摸屏； K60 单片机；扫描0 引言 红外触摸屏是在触摸屏的四周布满红外接收管和红外 发射管，这些红外管在触摸屏的表面排列呈一一对应的位置 关系，形成一张由红外线布成的光网，当有物体（可以是手 指，带手套的手或任何触摸物体）进入红外光网阻挡住某处 的红外线发射接收时，此点的横竖两个方向的接收红外管接

2、 收到的红外线的强弱就会发生变化，设备通过了解红外线的 接收情况的变化就能知道何处进行了触摸。1 硬件系统设计系统的核心以飞思卡尔公司的 K60 芯片为主控制器， 它 首先控制移位寄存器 74HC164 和译码器 74HC138 来完成接 收管和发射管的矩阵扫描。然后控制信号处理模块，不断循 环采集接收管的电压幅度值。当有触摸物进入触摸区域时， 由于对光线的遮挡，对应的接收管采集到的电压值必然发生 变化，此时通过与之前的值进行比较和运算，就可计算出触 摸点的坐标。最后再将得到的坐标数据通过 USB 发送给 PC 机，最终实现触摸定位功能。2 单片机选择硬件系统以 Kinetis 60 微控制器

3、为核心，具有处理速度 快，功耗低，成本低等优点， 其片内 128KB 的 RAM ，512KB 的 FLASH ，高达 16 位精度 A/D 采样模块和多通道的 DMA 模块完全满足了系统开发的需要。同时K60 包含 DSP 内核，通过库函数调用，方便进行数学运算以及数字信号处理，可 以减轻硬件负担，加快信号处理速度，减小响应时间。3 红外发送与接收电路设计3.1 红外发射及扫描电路红外发射及扫描电路如图 1 所示。工作原理是通过 74HC164和74HC138构成n*n （实验以8*8做测试）扫描电 路。74HC164为移位寄存器，它每次只使一个输出脚为高电 平，74HC138为38译码器，

4、它每次只使一个输出脚为低电 平。图中 Cn， Cn+1 为 74HC164 输出脚， COUTn 、COUTn+1 为 74HC138 输出脚。当 Cn 输入低脉冲、 COUTn 为低电平 时，红外发射管点亮。改变 Cn 和 COUTn ，即可使不同发射 管点亮，扩展此电路即可实现 n*n 扫描。图 1 红外发射及扫描电路3.2 接收及放大电路接收及放大电路如图 2 所示。电路利用了三极管的开关 特性来实现接收管部分的矩阵扫描。取样电阻 R109 接在光 敏三极管的集电极，当接收管接收到相应波长的红外光时， 会产生一定大小的光电流， R109 将电流信号转换成电压信 号， Qn 接入 74LS

5、151 数据选择器输入端，将电压信号输出。 电路中的 Cn 与发射电路是相接的，这样就能保证发射管和 对应的接收管同时工作。74LS151 为互补输出的 8 选 1 数据选择器，它配合 74HC164 也能实现 n*n 路矩阵扫描输出， 其输出引脚为 Y 脚， 该引脚接到下一级的放大器进行放大处理。图 2 红外接收基本电路 红外接收管被有效光照射后产生毫伏级别的电压信号， 需要对信号进行放大才能满足模数转换器 AD 的信号采集范 围。我们选择低噪声、低失真的放大器 AD8330 对模拟光电 信号进行放大，在高增益下通过高速转换，使其适合于作为 模数转换系统的前置放大，并且频带宽度折中较小，设计

6、中 可以灵活的使用整个动态范围，而不会影响带宽或者产生失 真。4 串口通信 本红外触摸屏采用串口通信方式，把计算出的坐标信息 发送给主控设备。设计中，采用 RS-232 通信协议，应用MAX3232 芯片吧单片机的 TTL 电平转换为 RS-232 电平。 应用串口通信，通信协议简单，硬件实现方便。5 电源电路由于主控芯片需要 3.3V 的电压，因此需要对电源电压 进行降压处理。本系统采用 LM1117-3.3V 进行稳压处理， LM1117-3.3V 是一个正向低压降稳压器，其输出固定电压为 3.3V ，允许最大工作电流为 800MA ，而且芯片内还集成了过 热保护和限流电路，因此能保证正常

7、、稳定的给整个系统供 电。最后，稳压芯片的滤波电容要靠近引脚，数字地和模拟 地要分开。6 总结 系统扫描方面占用的时间最多，约为总体时间的90%，因此本文重点放在减少扫描时间上。系统调试过程中发现对 元器件精确度要求比较高，特别是运算放大器抗噪声能力和 抗漂移能力要求很高。接收光信号产生的微弱电流非常小， 转化的电压值也很小，如果精确度和抗噪声能力不够的话， 有用信号会被噪声所湮没，所以本文又增加了滤波电容，减 少环境光对系统的干扰。【参考文献】1 曾一雄.基于 STM32 的抗强光多点红外触摸屏的设计 与实现 D. 电子科技大学， 2013.2 吴娟.红外多点触摸技术的关键问题研究D. 合肥工 业大学， 2012.3 刘建军，叶新林，刘新斌 . 一种识别红外触摸技术上 多个触摸点的方法P.中国：CN101075168A.4 Shneiderman B.Touch screens now offer compelling uses J.Software， IEEE ， 1 991 （ 8）： 93-94， 1 07 .5 P. Dietz ， D. Leigh. Diamondtouch ： a multi-user touch technologyC/Proceedings of the 14th annual AC