百變微機輸入裝置制造方法

百變微機輸入裝置制造方法
【專利摘要】百變微機輸入裝置，涉及微機輸入裝置。設有微控制模塊、觸摸感應模塊、USB連接模塊、調試模塊；微控制模塊設有主控芯片、主控芯片外圍電路、功能切換指示燈；USB連接模塊設有USB接口、USB指令封裝芯片、USB芯片外圍電路；調試模塊設有串口和顯示電路；觸摸感應模塊輸出端與主控芯片輸入端連接，觸摸感應模塊輸入端外接作為微機輸入設備的導電物體；主控芯片與主控芯片外圍電路和功能切換指示燈連接，主控芯片的輸出端依次經USB連接模塊的USB指令封裝芯片和USB接口與PC機連接，USB芯片外圍電路與USB指令封裝芯片連接；調試模塊的串口與主控芯片和調試模塊的顯示電路連接，調試模塊的顯示電路與PC機連接。
【專利說明】百變微機輸入裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及微機輸入裝置，尤其是涉及一種百變微機輸入裝置。

【背景技術】
[0002] 21世紀是屬于數字信息的時代，人們在工作時對效率的要求，促使人們需要一個 快上加快的計算機，因此電腦的運行速度在不斷提升，可人們卻因為快速的生活節奏而倍 感壓力。產生壓力的因素有來自日常生活的、有來自經濟方面的、也有來自工作方面的，而 這時因為工作需要，人們的眼前只有一臺顯示屏、一塊方形的鍵盤、一個鼠標…
[0003] 傳統的微機輸入裝置是設備的一組功能鍵或者是指經過系統安排的一臺機器。目 前市場上的鍵盤、鼠標、游戲搖桿等輸入設備成千上萬，但排列布局比較單一，雖然這有助 產品的流水線生產，也可以使人們習慣操作，但是大多數產品還是缺乏創意，只是簡單的改 變一點外形與顏色。


【發明內容】

[0004] 本實用新型的目的在于提供一種百變微機輸入裝置。
[0005] 本實用新型設有微控制模塊、觸摸感應模塊、USB連接模塊、調試模塊；
[0006] 所述微控制模塊設有主控芯片、主控芯片外圍電路、功能切換指示燈；所述USB連 接模塊設有USB接口、USB指令封裝芯片、USB芯片外圍電路；所述調試模塊設有串口和顯 示電路；
[0007] 所述觸摸感應模塊的輸出端與主控芯片的輸入端連接，所述觸摸感應模塊的輸入 端外接作為微機輸入設備的導電物體；主控芯片分別與主控芯片外圍電路和功能切換指示 燈連接，主控芯片的輸出端依次經USB連接模塊的USB指令封裝芯片和USB接口與PC機連 接，USB芯片外圍電路與USB指令封裝芯片連接；調試模塊的串口分別與主控芯片和調試模 塊的顯示電路連接，調試模塊的顯示電路與PC機連接。
[0008] 所述觸摸感應模塊可以是分立觸摸感應電路，也可以是由各類集成電路搭接構 成。所述作為微機輸入設備的導電物體是指用于向微機輸入信號的微機輸入設備，例如香 蕉、橡皮泥、樓梯等。
[0009] 輸入設備是人或外部環境與計算機進行交互通信的一種裝置，作用是將原始數據 與處理數據輸入到計算機中。傳統的微機輸入裝置是設備的一組功能鍵或者是指經過系統 安排的一臺機器。目前市場上的鍵盤、鼠標、游戲搖桿等輸入設備成千上萬，但排列布局比 較單一，雖然這有助產品的流水線生產，也可以使人們習慣操作，但是大多數產品還是缺乏 創意，只是簡單改變一點外形與顏色而已。
[0010]本實用新型可將任何導電物體如香蕉、橡皮泥、樓梯等，作為計算機輸入設備，成 為能隨心所欲改變布局結構的微機輸入裝置。本實用新型能很好地激發人們的創意，可廣 泛應用于智能家居、高級公寓、兒童識物、音樂樓梯等，具有很高的市場應用價值。可將鍵 盤、鼠標等這些傳統輸入設備由眾多可供娛樂的小玩具等實現，可在消遣同時保證工作效 率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本實用新型實施例的電路組成框圖。
[0012] 圖2為NPN三極管共發射極電路圖。
[0013] 圖3為共發射極電路輸出特性曲線示意圖。
[0014] 圖4為截止態如同C-E斷路示意圖。
[0015] 圖5為飽和態如同C-E通路示意圖。
[0016] 圖6為PDIUSBD12管腳示意圖。
[0017] 圖7為STC89C52RC管腳示意圖。
[0018] 圖8為控制模塊接線方式圖。
[0019] 圖9為USB連接模塊電路圖。
[0020] 圖10為串口調試電路圖。
[0021] 圖11為觸摸模塊操作示意圖。
[0022] 圖12為觸摸模塊電路圖。

【具體實施方式】
[0023] 以下實施將結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0024] 參見圖1，本實用新型實施例設有微控制模塊、觸摸感應模塊4、USB連接模塊、調 試模塊。所述微控制模塊設有主控芯片1、主控芯片外圍電路2、功能切換指示燈3 ;所述USB 連接模塊設有USB接口 5、USB指令封裝芯片6、USB芯片外圍電路7 ;所述調試模塊8設有 串口 81和顯示電路82。
[0025] 所述觸摸感應模塊4的輸出端與主控芯片1的輸入端連接，所述觸摸感應模塊4 的輸入端外接作為微機輸入設備的導電物體；主控芯片1分別與主控芯片外圍電路2和功 能切換指示燈3連接，主控芯片1的輸出端依次經USB連接模塊的USB指令封裝芯片6和 USB接口 5與PC機9連接，USB芯片外圍電路7與USB指令封裝芯片6連接；調試模塊8的 串口 81分別與主控芯片1和調試模塊8的顯示電路82連接，調試模塊8的顯示電路82與 PC機9連接。
[0026] 所述觸摸感應模塊可以是分立觸摸感應電路，也可以是由各類集成電路搭接構 成。所述作為微機輸入設備的導電物體是指用于向微機輸入信號的微機輸入設備，例如香 蕉、橡皮泥、樓梯等。
[0027] 參見圖2?5,為觸摸感應模塊設計，因為需要在觸摸微導電物體后有信號的輸入 至控制模塊，因此選擇放大電路需要有較大的放大倍數，并且需要有較高的靈敏度。我們常 常將三極管和M0S管作為開關使用，特別是在做數字電路設計的時候。所以，在本模塊設計 中，首先考慮三極管、場效應管。并將它們進行對比，雖然M0S管的性能較好，但是在我們這 個低速設備，考慮到易用性和成本問題，所以最后決定選用三極管作為觸摸電路的開關控 制。我們以NPN管為例，介紹一下三極管作為開關作用的原理。
[0028] NPN三極管的共發射極電路如圖2所示，圖3所示是它的特性曲線圖。三極管是以 基極電流^作為輸入，三極管的工作狀態可以說都是由它操控的，三極管有三個工作區域： 截止區、線性區、飽和區。
[0029] 若三極管是在截止區，IB ~ 0, VBE ~ 0,集電極與發射極間約呈斷路狀態，Ic = 0， VCE = V。。，此狀態可作為開關的斷開。
[0030] 若三極管是在線性區，基極到發射極為正向偏壓，基極到集電極為逆向偏壓。IB的 值適中（V BE = 〇· 7V)，Ic = hFEIB則依IB比例放大。VCE = VCC-RCIC = RchFEIB，由此可以知道 為什么三極管的放大是由電流控制電壓的。
[0031] 若三極管在飽和區，IB很大，VBE = 0. 8V，VCE = 0. 2V，VBC = 0. 6V，基極至集電極和基 極至發射極均為正向偏壓，集電極至發射極間等同于一個帶有0. 2V電位差的通路，可得I。 =(VfO. 2) /R。，I。與IB沒有關系了，因為這個時候的IB大過線性放大區的IB值，I。< hFEIB 是肯定的。因此三極管飽和狀態時集電極至發射極間如同通路（帶有〇. 2V的電位差），這 個時候可以作為開關的閉合。
[0032] 因此根據三極管的飽和和截止，可以將其作為開關。控制此開關工作的是IB，當然 也可以用V BB作為控制的輸入信號。圖4、5分別畫出了三極管開關的通路、斷路狀態，及其 對應的等效電路圖。
[0033] 參見圖6, USB連接模塊及芯片的選定本作品因為使用USB接口連接，并且為了能 夠實現鍵盤、鼠標等輸入設備的功能，因此需要選擇一款通用的USB接口芯片。我們設計的 過程中，不能只追求性能，還要考慮價格因素，因為以前做過的設計不多，還要考慮資料是 否豐富以及購買條件，通過選擇對比，最終確定為HHUSBD12芯片。
[0034] PDIUSBD12芯片是Philips半導體公司的一顆通用USB接口芯片。它支持USB2. 0 的全速模式（12Mb/s)，含有數據流指示燈與軟連接的功能；它采用8位并行的數據口與MCU 相連接，它的數字引腳能夠兼容5V邏輯電平；因為內部置有3. 3V的穩壓器，能夠直接使用 5V電源供電，也可使用3. 3V電源供電；還內置有鎖相環，外部使用6MHz的晶振作為時鐘 源。除了端點〇,它還有兩個額外的端點，每個端點都具有輸入和輸出端點。并且還支持等 時傳輸模式；單向時支持最大包長128字節，雙向時可支持最大包長64字節。其管腳示意 圖如圖6所示。
[0035] 參見圖7,控制模塊及芯片的選定控制模塊必須有一塊MCU芯片，MUC芯片的話有 AVR，ARM等，但是我選擇了容易購買、價格便宜的STC89C52RC單片機。選擇這個MCU，主要 有三個方面的原因：單片機大都是從51入門的，有豐富的資料；功能強大、易用的開發環境 keilC51 ;價格便宜、容易購買。
[0036] STC89C52RC是為人們非常熟悉的一款單片機，它具有以下標準功能：含有8K字節 Flash存儲器，512字節的RAM，32位的I/O 口，看門狗定時器，內置4KB的EEPR0M，并且含有 MAX810復位電路，3個16位的定時器/計數器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構，全 雙工串行口，STC89C52RC管腳示意圖如圖7所示，在選定了兩個主要芯片后，按照芯片數據 手冊提供的引腳功能，把它們連接起來成為系統的控制模塊和USB的連接模塊。
[0037] 參見圖8,控制模塊設計系統的控制部分主要由89C52單片機來實現，如圖8所示： 89C52單片機的P0 口與TOIUSBD12芯片的數據端（D0-D7)相連接，通過此連接來進行數 據的傳輸。當TOIUSBD12芯片發生中斷時，中斷信號將通過中斷管腳觸發單片機產生中斷。 當單片機收到中斷信號時，把RD引腳電壓置底，從而實現89C52通過P0 口對TOIUSBD12芯 片中寄存器數據的讀取。
[0038] 參見圖9, USB連接模塊由于USB 口只有四根導線，所以其有較好的兼容性且攜帶 方便同時也讓設計的電路大大的簡化。但USB接口的四根導線中兩根為電源線，所以實際 起到通信作用的只有兩根數據線，而要通過這兩根簡單的導線讓PC機識別區分各種設備 就需要大量的協議來支持USB端口的運行，并且對每個數據都要提前加以處理之后再進行 傳輸才可保證起工作的有效。而在此TOIUSBD12則可很好的完成數據傳輸中處理的這一部 分，該芯片會自動對控制系統傳來的數據進行處理，并且該芯片最低傳輸位為8位，已符合 了 USB協議中對USB傳輸的基本要求，同時此芯片共有3個端口分別是0端口，1端口，2端 口。6個中斷點：0輸出中斷，0輸入中斷等以此類推。而其中1端口的數據輸出最大可達 16位，因此該芯片為此模塊的不二選擇。不過在此模塊中只用到了 0端口的兩個中斷點，和 1端口的兩個中斷點，預留一個2端點是為了方便日后對該模塊功能的添加，使此模塊有更 好的可塑性。
[0039] 參見圖10,串口調試模塊此系統調試過程為一人機對話過程，由于USB協議規定 了操作是有時間限制的，所以在調試USB系統時，不能像普通單片機系統那樣單步調試，也 就不好觀察各種寄存器和變量的值。為此在電路中增加一個RS-232串口，通過串口返回一 些信息來方便調試。STC89C52自帶了異步串口，不過它是TTL電平的。而計算機的串口是 232電平，這兩者是不一樣的，在互連時需要一個電平轉換芯片。這里使用熟悉的MAX232芯 片，電路連接如圖10所示。MAX232是一個電荷泵器件，它采用開關電容技術將5V電壓升壓 和獲取負電壓。圖10中的電容CX1、CX2、CX3、CX4就是升壓和產生負壓用的電容。不同的 版本有不同的電容取值，通常，使用1 μ F的電容就可以正常工作了。
[0040] 參見圖11、12,觸摸輸入模塊由于人體兩手間的電阻約為0. 7兆歐左右再加上水 果或一些其他的一些導電物品其接入電阻大約有1兆歐左右，而本模塊是采用三極管的開 關原理來提取接入的信號。要使其實現開關功能，則要讓三極管各個管腳處于合適的電壓 狀態下。三極管的射極和基極之間電壓的基本要求為0. 7V，在此為提高觸點的靈敏度電壓 設為2. 5V。又因為其觸碰時間不會久所以2. 5V的極間電壓在此可令其正常工作。如此基 極與集電極之間的電阻為：5八2. 5Χ (1Χ106)) = 2Χ106,電阻約為5兆歐其電流約為2微 安，所以要選用放大倍數較大的三極管9014來實現，且在集電極處串聯一 2k的電阻并在集 電極處直接引出信號讓其電壓在4V以上和IV-下間變化，又因89C52再起引腳為4V以上 是默認為高電平，為IV以下時默認為低電平，從而實現了單片機對信號的讀取，從而實現 了鍵盤和鼠標變化的任意性。在圖11中，標記A為本實用新型。
【權利要求】
1. 百變微機輸入裝置，其特征在于設有微控制模塊、觸摸感應模塊、USB連接模塊、調 試模塊； 所述微控制模塊設有主控芯片、主控芯片外圍電路、功能切換指示燈；所述USB連接模 塊設有USB接口、USB指令封裝芯片、USB芯片外圍電路；所述調試模塊設有串口和顯示電 路； 所述觸摸感應模塊的輸出端與主控芯片的輸入端連接，所述觸摸感應模塊的輸入端外 接作為微機輸入設備的導電物體；主控芯片分別與主控芯片外圍電路和功能切換指示燈連 接，主控芯片的輸出端依次經USB連接模塊的USB指令封裝芯片和USB接口與PC機連接， USB芯片外圍電路與USB指令封裝芯片連接；調試模塊的串口分別與主控芯片和調試模塊 的顯示電路連接，調試模塊的顯示電路與PC機連接。
2. 如權利要求1所述百變微機輸入裝置，其特征在于所述觸摸感應模塊為分立觸摸感 應電路。
【文檔編號】G06F3/041GK203849679SQ201420220192
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】張澤旺, 劉震, 楊洪宇, 賴揚帆 申請人:廈門理工學院