MB9AF310 系列红外触摸屏方案原理 - Fujitsu · 第3 章硬件介绍 mcu-an-510100-z-10 – page 9 3.3.2 红外接收电路 gnd 图 3-5: 红外接收电路如图 3-5，

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应用笔记

MCU-AN-510100-Z-10

32位微型控制器

MB9AF310 系列

红外触摸屏方案原理

应用笔记

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红外触摸屏方案原理 V1.0.0

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1.0.0 2012-4-11 Abel Ma Jacky Zhou 初稿

本手册包含15 页。

版权 © 2012 富士通半导体设计（成都）有限公司

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目录

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目录

修改记录 ............................................................................................................................... 2

目录 ...................................................................................................................................... 3

1 概要 .................................................................................................................................. 4

1.1 目的 4

1.2 章节概要 .................................................................................................................. 4

2 工作原理 ........................................................................................................................... 5

2.1 红外触摸屏的工作原理............................................................................................. 5

3 硬件介绍 ........................................................................................................................... 6

3.1 MCU介绍 ................................................................................................................ 6

3.2 红外发射电路 ........................................................................................................... 7

3.3 红外接收 .................................................................................................................. 8

3.3.1 红外接收二极管 ......................................................................................... 8

3.3.2 红外接收电路 ............................................................................................. 9

3.4 选通电路 ................................................................................................................ 10

4 固件介绍 ......................................................................................................................... 11

4.1 系统的主循环 ......................................................................................................... 11

4.2 触摸的核心算法 ..................................................................................................... 12

4.2.1 触摸的判断方法 ....................................................................................... 12

4.2.2 ADC采样值的量化 ................................................................................... 12

4.2.3 防止触摸抖动 ........................................................................................... 13

4.2.4 更新基准值 ............................................................................................... 13

5 更多信息 ......................................................................................................................... 14

6 附录 ................................................................................................................................ 15

6.1 图表索引 ................................................................................................................ 15


第 1章概要

MCU-AN-510100-Z-10 – Page 4

1 概要

1.1 目的

本应用笔记介绍了，以 Cotex-M3内核的富士通 MB9AF310系列单片机为核心的红外触摸

屏解决方案。

本应用笔记介绍了红外触摸屏主要的原理和实现方法。

1.2 章节概要

本文档主要包括以下几个章节：

第二章介绍了红外触摸屏的工作原理。

第三章介绍了红外触摸屏的硬件。

第四章介绍了红外触摸屏的固件。.


第 2章工作原理

MCU-AN-510100-Z-10 – Page 5

2 工作原理

本章介绍红外触摸屏的工作原理

2.1 红外触摸屏的工作原理

红外触摸屏四周密布着许多红外管。

如图 2-1所示

图2-1: 红外触摸屏示意图

演示板工作时，它会使能在物理位置上相对应的一对红外对管。

正常状态下，使能红外发射管后，从对应的红外接收管会得到一个电压值。

如果有触摸，手指就会挡住红外光，这将会减少红外接收管得到的电压值。


第 3章硬件介绍

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3 硬件介绍

本章主要介绍了硬件的主要实现方法

3.1 MCU介绍

图3-1: MB9AF312K 管脚定义

如图 3-1所示，富士通的 MB9AF312K 非常适合于红外触摸屏领域

LQFP-48的小封装

128Kbyte主 Flash, 24Kbyte工作 Flash；16Kbyte Sram

4MHz 到 48MHz 主频

12位 ADC, 内建两个独立单元共 8个通道, 1.0us@5V 转换时间

支持 UART/CSIO/LIN/I2C

支持 USB2.0 Full-Speed

16/32 PWM, 16/32 PPG

mailto:1.0us@5V



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3.2 红外发射电路

图 3-2: 红外发射路

如图 3-2所示，D1 是红外发射二极管， P1 和 P2是它的控制信号。

当 P1高电平 P2低电平时， D1导通。其导通电流通常会达到 20mA。

如图 3-3, P1 和 P2是由三极管产生的。

图 3-3: 控制信号

D1 是 PNP三极管， D2是 NPN三极管。

GND

G2 P2

G1

P1

VCC

D2 D1

D1 D1

P1

P2



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3.3 红外接收

3.3.1 红外接收二极管

图 3-4: 集极电流和光强的关系

如图 3-4所示 (这是一个特定的型号)，集电极电流与光强基本呈线性关系。

当红外发射二极管导通时，如果有一个触摸，这将会减少对应红外接收管位置的光通量。

通过对有触摸和无触摸时，ADC采样值的差异，就能计算出触摸的位置。



MCU-AN-510100-Z-10 – Page 9

3.3.2 红外接收电路

图 3-5: 红外接收电路

如图 3-5， D1是红外接收二极管，它将光信号转化为电流信号。单片机的 ADC通过采样

电阻 R1得到电压信号。

与通常的红外触摸屏方案相比，我们去掉了 ADC与 R1之间的放大电路。

它的优势：

更加简单的设计

减小了调试难度

节省了响应时间

适合于两点或多点触摸

注意：

C1为滤波电容。

电阻 R1的值与 ADC 最大采样电压和 Ic(on)的关系

R1 = Vadc(max) / Ic(on)

如果 ADC最大采样电压为 5V， Ic(on) 为 1mA,，R1的值为 500Ώ。

GND

MCU

ADC

C1 R1

D1

VCC



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3.4 选通电路

一般来说红外触摸屏需要大量的红外管，但我们必须确保在同一个时刻只有一对红外管被

选通。

所以直接用单片机的 IO脚来控制这些对管将是很困难的。

如图 3-6所示

图 3-6: 选通电路

利用 3-8译码器，单片机控制外部的 8个信号仅需要 3个引脚。四组 3-8译码器就能控制

64个红外管。


第 4章固件介绍

MCU-AN-510100-Z-10 – Page 11

4 固件介绍

本章介绍固件的主要实现方法

4.1 系统的主循环

如图 4-1 所示，红外触摸屏主循环的流程图

图 4-1: 触摸屏主循环流程图

系统初始化单片机之后，如果发现有触摸，系统会计算触摸的位置以及其它一些状态。然

后将这些数据上报到主机。

主函数执行一次循环大概要花费 10ms。

Init_System

Touch?

Y

N

Calculate coordinate

LED Indicate

Start

Report Host

Refresh Diode Status



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4.2 触摸的核心算法

4.2.1 触摸的判断方法

红外触摸屏中对触摸的判断是非常重要的。

由于窜扰和其它的干扰存在，必须对 ADC的采样值进行处理。

适合的主要软件滤波算法有：

平均值软件滤波法

中值软件滤波法

中值平均值滤波法

4.2.2 ADC采样值的量化

由于器件本身的差异，我们从每个红外接收管所得到的电压值可能是不同的，即使他们有

相同的 Ic(on)。为了固件处理的方便以及演示板的精度。在对 ADC采样值量化前，应该先进行

归一化处理。

归一化公式如下：

Y=(X-MinValue)/(MaxValue-MinValue)

Y是转化后的结果，范围为 0~1。

X是转化前的数据，范围为 MinValue到 MaxValue。

ADC的量化：

对 ADC进行量化的目的在于提高演示板的分辨率。

量化值与分辨率的关系如下：

Freslution = Fquan x Stotal

注意:

Freslution 是指分辨率。

Fquan 是指 ADC采样红外接收二极管电压后，量化的值。

Stotal 是指红外对管的总数。

例如在 X轴方向，ADC量化值为 50，红外接收管的数量为 50，那么 X轴的分辨率为 2500。

当然也可以通过其它的方法来提高分辨率。



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4.2.3 防止触摸抖动

抖动是红外触摸屏中很麻烦的事情。

抖动的危害：

产生误操作

不能正常操作

误操作的意思是指本没有做此操作，但实际上做了。

不能正常操作是指本打算做此操作，但实际上没做。

抖动主要包含两类

来自外界因素

触摸本身

对于外界的因素，我们可以通过良好的硬件设计来减弱其影响。

对于触摸本身带来的抖动，我们就需要良好的软件算法。

如图 4-2所示，

图 4-2: 触摸抖动

当手指触摸屏时，手指将会产生抖动并且伴随在触摸的整个过程。

在触摸的开始和结束时，这个抖动将会很厉害。甚至会使得正常的操作失效，尤其用触摸

屏在Windows系统下的画图软件上操作。

4.2.4 更新基准值

基准值是非常得要的，它将会在系统的任何时间使用。

但基准值会随着环境因素而变化的。

它的变化主要有两种：

逐步变化，比如随环境温度

瞬时变化，比如开关周围的灯

对于这两种变化，也需要一定的软件算法。


第 5章更多信息

MCU-AN-510100-Z-10 – Page 14

5 更多信息

关于富士通半导体更多的产品信息，请访问以下网站：

中文版：http://www.fujitsu.com/cn/fss/services/mcu/32bit/fm3/an.html

英文版：http://www.fujitsu.com/cn/fsp/services/mcu/32bit/fm3/an.html

http://www.fujitsu.com/cn/fss/services/mcu/32bit/fm3/an.html

http://www.fujitsu.com/cn/fsp/services/mcu/32bit/fm3/an.html


第 6章附录

MCU-AN-510100-Z-10 – Page 15

6 附录

6.1 图表索引

图 2-1: 红外触摸屏示意图 ....................................................................................................... 5

图 3-1: MB9AF312K 管脚定义 ................................................................................................ 6

图 3-2: 红外发射路 ................................................................................................................. 7

图 3-3: 控制信号 ..................................................................................................................... 7

图 3-4: 集极电流和光强的关系 ................................................................................................ 8

图 3-5: 红外接收电路 .............................................................................................................. 9

图 3-6: 选通电路 ................................................................................................................... 10

图 4-1: 触摸屏主循环流程图 ................................................................................................. 11

图 4-2: 触摸抖动 ................................................................................................................... 13

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MB9AF310 系列红外触摸屏方案原理 - Fujitsu · 第3 章硬件介绍 mcu-an-510100-z-10 – page 9 3.3.2 红外接收电路 gnd 图 3-5: 红外接收电路如图 3-5，