TWI288345B - Determination method of touch sensing device - Google Patents

Description

1288345 八、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係指一種觸控感應裝置之判讀方法，尤指一種電容式觸 控感應裝置之判讀方法。 【先前技術】 一般的觸控感應裝置在系統設計上可分為電阻式及電容式兩 種’以常用的電谷式觸控感應裝置來說，目前所使用的偵測方法 有三種，茲略述如下： (1) 記錄其中一個觸控按鍵的電位後再與所有按鍵的充電電位 相比較，微控制器最後會得知哪一個按鍵被按下： 書 首先微控制器會進入儲存電位基準值階段，系統會送出一連 續脈波至觸控板的等效電容，在電容的另一端會感應出一電荷能 量，此電荷會經由積分器而儲存於電容中，再藉由放大器將電容 的充電電位放大，最後經過類比/數位轉換電路而被轉換成數位信 號後存入記憶體中；之後進入按鍵掃描階段，其係將觸控板上每一 按鍵的類比/數位輸出信號與記憶體中的信號進行比較，當低於記 憶體中的信號時代表該按鍵有被觸碰到。 此方法的缺點在於如果電路板在製作過程中因板材的厚度與 銅箔不同或是不均勻時，會導致每個按鍵之等效電容的電容值亦鲁 會不均勻，也比較容易產生比對上的誤差。 (2) 將所有按鍵的充電電位進行平均後所得之值與所有按鍵的 充電電位相比較’微控制器最後得知輝一個按鍵被按下： 在進入儲存電位基準值階段先取所有按鍵之等效電容的電位 值進行平均之後再將其存入記憶體中，之後進入按鍵掃描階段， 將所有按鍵積分電容的電位值與基準電位值進行比較，當按鍵電 位值低於基準電位值則表示有按鍵被按下。 ⑶將所有按鍵的充電電位紀錄後再個別進行比較，如果比較 結果低於原先紀錄的按鍵電位值，則微控制器就會得知哪一個按 5 1288345 鍵被按下： 在儲存電位基準值階段下將所有按鍵的積分電容電位值都儲 存起來，當進入按鍵掃描階段之後，將所掃描各個按鍵的積分電 容電位值與該按鍵的基準積分電容電位值相比，若掃描按鍵模式 電位低於基準積分電容電位值時表示有按鍵被按下。 上述的三種方法之中，第一與第二種方法雖然所使用之記憶 體的空間非常低，但感應的範圍與靈敏度會隨觸控按鍵的增加而 變得非常差；這是因為觸控板上按鍵的等效電容會隨板材、板厚與 銅薄厚度之均勻度的不同，而使得等效電容的均勻度受到嚴重影 響，導致各按鍵之等效電容所充的電位有所差異，所以若與原先馨 所記錄的電位相比時常會產生誤判的現象，也較容易受到外在因 素的干擾。 第三種方法雖然可以非常有效地提高觸控感應裝置的感應範 圍與靈敏度’但如果使用在大量按鍵(例如：上百個)時於記憶體上 所占用的空間就會明顯地變多，在此同時若觸控感應裝置中的類 比/數位電路的位元越高，則其所佔用的記憶體空間則會更大，兩 相加乘使得整體裝置的處理速度變慢、運算速度降低。 職是之故，發明人鑑於習知技術之缺失，乃思及改良發明之 意念，續經悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終發明出 本案「觸控感應裝置之判讀方法」，以下為本案之簡要說明。 攀 【發明内容】 本案本案之主要目的係為了要提升電容式觸控感應裝置的债 測範圍與靈敏度。 ' —本案之另一的目的為藉由取得矩陣中χ轴線令具有最低積分 電容電位的方式來降低記憶體的使用空間，提高微控制器的 速度，並且大幅提升觸控的感應範圍以及靈敏度。 本案之主要構想係儲存電位基準值時，將每排X軸上所有 點進行比較，比較完後取最低的按鍵電位值後將其存入記憶體 1288345 中，在進入按鍵掃描階段時，將χ轴各排的按鍵電位與該排的電 位基準值作比較，當電位值低於基準值則可判定有按鍵被按下。 根據本案之主要構想，提出一種觸控感應裝置之判讀方法， 觸控感應裝置之判讀方法，其中該觸控感應裝置包括一觸控板 (Pad) ’且該觸控板至少連接於m χ n個等效電容，m為χ軸方向 上的等效電容數目，n為γ轴方向上的等效電容數目，該判讀方 法包括下列步驟：（a)針對X轴方向上其中一列的m個該等效電容 進^充電以得到m個數位信號；（b)比較該m個數位信號，並將其 中，小者作為一電位基準值;(c)重覆步驟(a^(b)，以得到所有等效 ，容的η個該電位基準值；（d)觸碰該觸控板；（e)掃瞄該觸控板，以 得到相對於至少一列之m個該等效電容的至少一電位變動值；以 及⑺比較該電位基準值與該電位變動值，以判讀該觸控板上該 中的哪一點被觸碰。 根據本案之主要構想，提出一種觸控感應裝置之判讀方法， 二中該觸控感應裝f包括m x n健鍵，且每個該按奴接於一電 谷，m為X軸方向上的按鍵數目，11為¥轴方向上的按鍵數目， =讀方法包括下列步驟：⑻針對χ轴方向上其中—列的m個該 充電以得到m個數位信號；⑻比較該m個數位信號並 Ξ = Ϊ取f者作為一電位基準值;⑹线步琢(中⑻，以得到所有 /二二，該電位基準值;⑹觸碰該觸控板;⑻掃猫該觸控板，以 發々一列之m個該電容的至少一電位變動值;以及⑴ 基準值與該電位變動值，以判讀該觸控板上該列中的 哪一點被觸碰。 本案得藉由下順纽詳細綱，俾得更深人之了解: 【實施方式】 採行的原理為’首先必須存人各個χ軸上其中某 必μ 值當作電位基準值，此按鍵之積分電容電位值 觸i時上各按鍵之充電電位的比較，當有手 的電何犯1將會被手指吸引，而此時按鍵的充電電 1288345 位必定低於原按鍵的電位基準值，此時微控制器就可以 鍵中那一點按鍵被按下。 現以配合第-圖及第二圖之本案實施方式的結構圖及 來作說明： 請參閱第一圖，其為本案電容式觸控感應裝置之結構示意 圖，如圖所示，本案觸控感應裝置可以由一觸控板(Pad)(&接於= χη個等效電容)或是mxn個按鍵所構成其中，m為χ軸方向上的 電容或等效電容的數目，η為Υ轴方向上的電容或等效電容的數 β 在微控制器控制系統動作的流程上大致可分為(1偷存雷^其 準值以及(2)按鍵掃描等兩個階段； 土 ⑴儲存電位基準值階段 a·先由微控制器的輸出端輪出一第一連續脈波至其中一列的 m個電容或等效電容上。 b·該第一脈波經由等效電容或是按鍵的電容後由另一端會感 應出一第一能量，並存入積分器中。 c·將積分器所輸出的一第一波形輸入至運算放大器以進行信 號放大。 ° d·運算放大器的輸出在經由類比/數位轉換電路轉換成一第一 數位信號後，該值會被存入記憶體中。 e·繼續掃描直到該列(χ軸)上所有按鍵的積分電容電位皆轉換 為該第一數位信號後，將其存入記憶體中。 f·最後將同一列(X轴)上所有按鍵的數位信號進行比較，並電 位取低的留下並存入記憶體中。 g·將此值乘上一定的比例數(如95%或90%;此處乘上一定的 比例數’係為了能夠自由控制靈敏度的高低；比例數如果設定的越 低，則觸控的靈敏度會下降；若設定的太高，則可能會因為一點干 擾即導致微控制器誤判的情況出現，因此其可針對外部電器的機 構來進行調整，以達到最佳觸控範圍)之後，再存入隨機存取記憶 體中，作為電位基準值，以提供後續掃描各點之用，最後清除積 1288345 分器上該按鍵的該第一能量。 h·將每一列(X轴)之電容的電位基準值皆存入記憶體中之後 (如第二圖所示般），便可進入下一個按鍵掃描階段，並等待使用者 觸碰按鍵或觸控板。 (2)按鍵掃描階段 當使用者觸碰按鍵或觸控板之後，即進入按鍵掃描階段，此 階段在掃描各按鍵後一樣會經由積分器、運算放大器以及類比/數 位轉換電路的處理程序，且動作一開始與儲存電位基準值階段的 步驟a至步驟c相同； i·先由微控制器的輸出端輸出一第二連續脈波至該列的m個 等效電容或電容上。 j·該第二脈波經由等效電容電容或是按鍵的電容後由另一端 會感應出一第二能量，並存入積分器中。 k·將積分器所輸出的一第二波形輸入至運算放大器以進行信 號放大。 1·運算放大器的輪出在經由類比/數位轉換電路轉換成一第二 數位信號後，該第二數位信號即為該按鍵或觸控板被使用者觸碰 之後的電位變動值。 m·將該電位變動值與記憶體中的該電位基準值進行比較；當 該電位變動值低於該電位基準值，表示有人觸摸了該按鍵或觸控 板，微控制器即送出座標值，並繼續掃描下一列(Χ轴），反之，^ 該按鍵或觸控板的該電位變動值大於或等於該電位基準值，表示 該按鍵無人觸碰’微控制器即不予理會，並繼續掃描下一列(X轴)。 值得一提的是，實施本發明所使用之該記憶體可為一隨機存 取圮憶體，而若系統發生斷電或是重置開關啟動時，微控制器則 必須重新計算並儲存電位基準值。 、 上述實施例中的微控制器雖然係以與記憶體及積分器分開設 置的方式達成本案的目的，但在實際製作上亦可以將記憶體及^ 分器整合至微控制器中以達成本案之發明目的。 综上所述，本案之觸控感應裝置的判讀方法可以大幅度地增 1288345 =電各式觸控感應裝置的感測範圍與靈敏度，同時在觸控按鍵的 尘式與數量上將可進行各種彈性的設計與各種變化，而不 外部元件之電性的不理想化或是觸控板之等效電容的四马 到影響。 弓勻而受 本案得由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾， 脫如附申請專利範圍所欲保護者。 ’然皆不 【圖式簡單說明】 第一圖：本案電容式觸控感應裝置之結構示意圖； 第二圖：本案電容式觸控感應裝置之判讀方法的示意圖。

Claims (1)

1288345 九、申請專利範園： ^種觸城應裝置之觸方法，其巾該觸控感絲置包括一觸控 (ad)，且該觸控板至少連接於m χ n個等效電容，㈤為乂抽方 «上的等效電谷數目，n為γ轴方向上的等效電容數目， 方法包括下列步驟： ^ (a) 針對X轴方向上其中一列的m個該等效電容進行充電以 到m個數位信號； τ (b) 比較該m個數位信號，並將其中最小者作為一電位基準值; (c) 重覆步驟(aHb) ’以得到所有等效電容的n個該電位基準 值； (d) 觸碰該觸控板； (6)知8^該觸控板，以付到相對於至少一列之㈤個該等效電容 的至少一電位變動值；以及 (f)比較該電位基準值與該電位變動值，以判讀該觸控板上該 列中的哪一點被觸碰。 ~ 2.如申請專利範圍第丨項之判讀方法，其中該觸控感應裝置更包含 一積分器以及一記憶體，且步驟(a)更包括步驟如下： (al)提供一第一脈波至m個該等效電容使其感應出一第一能 量； (a2)將該第一能量存入該積分器； (a3)將該積分器之一第一輸出波形放大並轉換成為該第一數 位信號；以及 (a4)將該第一數位信號存入該記憶體。 3·如申請專利戚圍第1項之判讀方法，其中步驟(b)係將最小的該第 一數位彳§號乘以一比例數以成為該電位基準值，並將該電位基準 值存入該記憶體。 1 4·如申請專利範圍第1項之判讀方法，其中步驟(b)更包括一步驟: 清除該積分器中之該第一能量。 · 5·如申請專利範圍第1項之判讀方法，其中步驟((1)與0)之間更包 1288345 括步驟如下： 量；（dl)提供-第二脈波至m個該等效電容使其感應出一第二能 ㈣將該第二能量存入該積分器；以及 位^3)^^ 之一第二輸出波形放大並轉換成為-第二數 4 L唬，該弟一數位信號即為該電位變動值。 6定如3項之綱找，其找關數可由使用者指 疋以自由调整觸控靈敏度的高低。 it申含—奴卿方法，射賴減應裝置 白匕3 U才工制|§(MCU)，用以控制各步驟。 所項之觸綠’射該馳感應裝置 取記憶體(RAM)。 八w體係為一隨機存 10·種觸控感應裝置之判讀方法，其中該 =_)，麟觸她至少連接於複 包括下列步驟·· 人电谷孩判躓方法 =針對·該等效電容進行充電以得到至少 (b)比較每個該數位信號，並將其 ^^唬; (C)觸碰該觸控板； 為一電位基準值； ⑼掃啦_板，以制每個 | 值；以及 于双电谷的至少-電位變動’ (e)比較該電位基準值與每個該電 上的哪一點被觸碰。 勒值M判碩該觸控板 1」·如申請專利範圍第1G項之判讀方法， 含-積分如及-記鐘，歸尋)更包齡魏置更包 量；⑻提供-第-脈波至每個該等效電容使其感應出一第一能 (a2)將該第一能量存入該積分哭· 成為該第一數 ㈣將該積分器之-第—輸心形放大並轉換 12 1288345 位信號；以及 (a4)將該第一數位信號存入該記憶體。 7·如申请利範圍第10項之判讀方法，其中步驟(b)係將最小的該 第一數位信號乘以一比例數以成為該電位基準值，並將該電位基 準值存入該記憶體。 如申請專概圍第1G項之觸方法，其中步驟⑻更包括一步驟: >月除該積分器中之該第一能量。 ㈣1G項之_法，其中卿)與(e)之間更 旦.（dl)提供-第二脈波至每個該等效電容使其感應出一第二能 里， (d2)將該弟_能量存入該積分器；以及 位仁ΐ3)ϊϊ積分器之一第二輸出波形放大並轉換成為一第二數 位说’該第二數位信號即為該電位變動值。 srm目帛12奴觸綠，其巾該_射缺用者 才曰疋，以自由调整觸控靈敏度的高低。 項之觸方法，其中該觸控感應 =罝白匕3微控制态(MCU)，用以控制各步驟。 17·如申請專利範圍第1()〜15任—項之判讀方法， ^置所包含該雜觀該齡雜整合 H感應 18.如申請專纖圍第η項之觸方法==CU)中 存取記憶體(RAM)。 、己匕體係為一隨機 義域縣置切讀綠，其巾 個按鍵’且每個該按鍵連接於一電容，m為^應方^置包括nix η 目’η為γ财向上的按鍵數目，該觸nm的=鍵數 個數=ΐΧ轴方向上其中-列的m個該電容進行充‘以得到m (d)觸碰該觸控板； 似落電位基準值； 1288345 (e) 掃瞄該難板，嚼到減於至少—狀 少一電位變動值；以及 /電谷的至 (f) 比較該電位基準值與該電位變動值，以 列中的哪一點被觸碰。 貝工板上該 20. 如申請專利範圍第19項之判讀方法，其中該觸控感 含-積分器以及-記憶體(RAM)，且步驟⑻更包括^如^更匕 (al)提供一第一脈波至m個該電容使其感應出一 旦. (a2)將該第一能量存入該積分器； b里， 位信積分器之—第—輸出波形放大並轉換成為該第一數 (a4)將該第一數位信號存入該記憶體。 21. 如申請專利範圍第I9項之判讀方法，其中步驟(b)係將 以成為該電位基準值’姻^ 謝㈣㈣馳括一步驟: 19 ^ (dl)提供一第二脈波至m個該電容使其感應出一第二 (d2)將該第二能量存入該積分器；以及 上(d3)將該積分裔之一第二輸出波形放大並轉換成為一二 位信號，該第二數位信號即為該電位變動值。 ^如申請專利範圍第21項之判讀方法，其中該比例數可由使用者 指定，以自由調整觸控靈敏度的高低。 2壯523利範圍第19〜24任一項之判讀方法，其中該觸控感應 衣置皆包含一微控制器(MCU)，用以控制各步驟。 麵第19〜24任—項之觸方法，其中該觸控感應 衣 匕含該心丨思體及該積分器係整合於一微控制器(JVICU)中。 申凊專利範圍帛20項之判讀方法，其中該記憶體可以為一隨 機存取記憶體(RAM)。 14 1288345 28·—種觸控感應裝置之判讀方法，其中該觸控感應裝置包括至少 一按鍵，且每個該按鍵連接於一電容，該判讀方法包括下列步驟: (a) 針對每個該電容進行充電以得到至少一數位信號； (b) 比較每個該數位信號，並將其中最小者作為一電位基準值; (c) 觸碰該觸控板； ’ (d) 掃瞄該觸控板，以得到每個該電容的至少一電位變動值· 以及 ’ (e) 比較該電位基準值與每個該電位變動值，以判讀該觸控板 上的哪一點被觸碰。 29·如申請專利範圍第28項之判讀方法，其中該觸控感應裝置更包 含一積分器以及一記憶體(RAM)，且步驟(a)更包括步驟如下： (al)提供一第一脈波至每個該電容使其感應出一第一能量； (a2)將該第一能量存入該積分器； (a3)將該積分器之一第一輸出波形放大並轉換成為該第一數 位信號；以及 (a4)將該第一數位信號存入該記憶體。 3〇·如申請專利範圍第28項之判讀方法，其中步驟(b)係將最小的該 第-數位仏號乘以-比例數以成為該電位基準值，並將該電位基 準值存入該隨機存取記憶體。 3^如申請專利範圍第28項之判讀方法，其中步驟⑹更包括一步歡 清除該積分器中之該第一能量。 32如申請專利範圍第28項之判讀方法，其中步驟(d)與⑹之間更 包括步驟如下： (dl)提供-第二脈波至每個該電容使其感應出—第二能量； (d2)將該第二能量存入該積分器；以及 位積ί器之一第二輪出波形放大並轉換成為一第二數 位“號，該第一數位信號即為該電位變動值。 =申請專利範圍第29項之判讀方法，其中該_數可由使用者 才曰疋，以自由調整觸控靈敏度的高低。 34.如申請專利範圍第胸任1之判讀方法，其中該觸控感應 15 1288345 裝置皆包含一微控制器(MCU)，用以控制各步驟。 35. 如申請專利範圍第28〜33任一項之判讀方法，其中該觸控感應 裝置所包含該記憶體及該積分器係整合於一該微控制器(MCU) 中。 36. 如申請專利範圍第29項之判讀方法，其中該記憶體可以為一隨 機存取記憶體(RAM)。

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