專利名稱：手寫同步顯示電子畫板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電子畫板。
背景技術(shù)：
繪圖板是設(shè)計、繪圖用的工作平臺，主要用于工程、設(shè)計、測繪、地質(zhì)、服裝等領(lǐng)域。 傳統(tǒng)的繪圖板材質(zhì)有木質(zhì)、合成材料等，進(jìn)入二十世紀(jì)末，電子畫板逐漸在計算機繪圖領(lǐng)域推廣開來?？梢暬娮赢嫲逋I盤、鼠標(biāo)、手寫板一樣都是計算機輸入設(shè)備，它可以模擬不同的畫筆，例如模擬的毛筆、鉛筆，當(dāng)我們用力很重的時候能畫很粗很濃的線條，當(dāng)我們用力很輕的時候，它可以畫出很細(xì)很淡的線條。同時它可以模擬噴槍，當(dāng)你用力較重的時候它能噴出更多的墨和更大的范圍，而且還能根據(jù)你的筆傾斜的角度，噴出扇形等效果。除了模擬傳統(tǒng)的各種畫筆效果外，它還可以利用電腦的優(yōu)勢，達(dá)到傳統(tǒng)工具無法實現(xiàn)的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)高清圖像的高速傳輸，并研發(fā)筆上帶有壓力信號感應(yīng)和無線傳輸?shù)目沙潆娛嚼L圖筆畫出不同效果的線條，模擬各種畫筆。本發(fā)明設(shè)計一種電子畫板，首先由觸摸屏TOUCHSCREEN獲取繪圖筆坐標(biāo)數(shù)據(jù)，霍爾傳感器獲取繪圖筆的壓力信號，然后A/D轉(zhuǎn)換芯片將獲取的壓力信號的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，采用中斷傳輸?shù)姆绞綄⑥D(zhuǎn)換后的觸摸屏數(shù)字信號實時送至控制器的USB(通用串行總線)芯片，控制器的USB芯片對采集到的數(shù)字信號進(jìn)行濾波和坐標(biāo)變換后按照 USB HID1. 1協(xié)議以鼠標(biāo)報告描述符的方式傳送給PC(Pers0nal Computer)機，PC機對獲取的觸摸屏數(shù)字信號進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)存入PC機顯存，單片機控制器的USB芯片從PC機顯存讀取圖像數(shù)據(jù)，以批量傳輸方式將圖像數(shù)據(jù)送到先入先出隊列FIFO (First Input First Output)緩沖區(qū)，然后利用單片機控制器的USB芯片的通用可編程接口 GPIF (general programmable interface)模式將數(shù)據(jù)從FIFO緩沖區(qū)讀出。利用復(fù)雜可編程邏輯器件 CPLD (Complex Programmable Logic Device)或現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA (Field -Programmable Gate Array)將數(shù)據(jù)從帶單片機控制器的USB芯片端口讀出傳輸?shù)酱鎯ζ?SRAM,同時也利用CPLD將數(shù)據(jù)從存儲器讀出送到液晶屏LCD顯示，即兩片存儲器交替的完成讀(read)禾口寫(write)。本發(fā)明設(shè)計一種壓力感應(yīng)筆，霍爾壓力傳感器將筆芯變化的物理范圍轉(zhuǎn)換為電壓信號，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，對信號進(jìn)行分級，根據(jù)級數(shù)的不同可以模擬各種畫筆，例如模擬最常見的毛筆，當(dāng)用力的時候毛筆能畫很粗的線條，當(dāng)用力很輕的時候，它可以畫出很細(xì)很淡的線條，它可以模擬噴槍，當(dāng)你用力一些的時候它能噴出更多的墨和更大的范圍，而且還能根據(jù)筆傾斜的角度，噴出扇形等等的效果。除了模擬傳統(tǒng)的各種畫筆效果外，它還可以利用電腦的優(yōu)勢，作出使用傳統(tǒng)工具無法實現(xiàn)的效果。此壓力感應(yīng)筆是無線可充電式的繪圖筆。手寫同步顯示電子畫圖板作為設(shè)計、動漫、游戲等領(lǐng)域的必須工具，本發(fā)明使觸摸響應(yīng)時間大大縮減、精細(xì)程度也極大提升，具有良好的兼容性，解決了專業(yè)繪圖的操控難題。不僅可以用于專業(yè)的工業(yè)設(shè)計及傳媒繪畫，還可以用于實現(xiàn)便捷控制功能。


圖1帶控制器的USB芯片連接壓力筆； 圖2數(shù)據(jù)高速傳輸框圖3無線壓力筆工作原理框圖； 圖4液晶屏顯示原理框圖。
具體實施例方式如圖1所示，為電子繪圖板的工作原理圖，首先由觸摸屏獲取壓力筆坐標(biāo)數(shù)據(jù)，霍爾傳感器獲取壓力筆壓力信號，然后A/D轉(zhuǎn)換芯片將獲取的壓力信號的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為12 位精度的數(shù)字信號，采用中斷傳輸?shù)姆绞綄⑥D(zhuǎn)換后的觸摸屏數(shù)據(jù)實時送給帶單片機控制器的高速USB芯片，USB芯片對采集到的觸摸屏數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和坐標(biāo)變換后按照HID標(biāo)準(zhǔn)以報告描述符的方式傳送給PC機，PC機對獲取到的觸摸屏數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理轉(zhuǎn)換，從PC機顯存里讀取圖像數(shù)據(jù)，通過USB芯片以批量傳輸方式將數(shù)據(jù)送到FIFO緩沖區(qū)，然后利用USB 芯片的GPIF模式將數(shù)據(jù)從FIFO緩沖區(qū)讀出.利用CPLD將數(shù)據(jù)從USB芯片端口讀出傳輸?shù)酱鎯ζ?，同時也利用CPLD將數(shù)據(jù)從存儲器讀出送到液晶屏顯示。整個系統(tǒng)通過上述過程完成觸摸屏和液晶屏的同步工作，達(dá)到預(yù)期的繪圖效果。如圖2所示為USB數(shù)據(jù)高速傳輸工作原理圖。為了保證畫面清晰和無滯后感本系統(tǒng)采用全屏刷新方式，如果采用800X600的液晶屏以30幀/s的速度刷新，全屏刷新需要達(dá)到800X600XMX30/10M/1024=330Mbit/s的傳輸速率才能滿足數(shù)據(jù)顯示需求，在這里選用具備數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)腃ypress公司的帶單片機控制器的USB芯片作為控制處理器，該芯片具有內(nèi)部集成的單片機增強型微處理器，在采集觸摸屏數(shù)據(jù)時可以直接利用帶單片機控制器的USB芯片自帶的微控制器即可。具有的USB智能引擎，工作在SLAVE/GPIF模式時數(shù)據(jù)不用經(jīng)過單片機處理。四個先進(jìn)先出緩沖(FIFO)具有4KB容量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和交換。芯片內(nèi)部集成的可編程模塊(GPIF)，在將數(shù)據(jù)從FIFO緩沖區(qū)讀出時不用外加微控制器即可做到數(shù)據(jù)的高速傳輸，其速度可以達(dá)到768Mb/s。如圖3所示為無線壓力筆工作原理框圖。觸摸筆由壓力傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、微處理器、無線發(fā)送器、電池和充電控制器等組成，觸摸屏將壓力筆畫圖位置信息轉(zhuǎn)化為電信號， 經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送往設(shè)備微處理器，同時，觸摸筆檢測筆端壓力信號并經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送往筆上微處理器，筆上微處理器控制無線發(fā)送器將壓力信號發(fā)送給設(shè)備微處理器，設(shè)備微處理器將接收到的觸摸屏畫圖位置信息和筆端壓力信息經(jīng)USB接口送給PC機，PC將接收到的信息進(jìn)行處理，生成圖象并顯示，同時，通過高速USB2. 0接口將生成的圖象下傳到設(shè)備IXD進(jìn)行顯示。觸摸筆采用高性能電池供電，工作時筆的位置(即圖線位置)由觸摸屏得到，圖線粗細(xì)由觸摸筆獲得，即壓力傳感器感應(yīng)的筆端壓力大小與顯示筆畫粗細(xì)相關(guān)，觸摸筆將采集的筆端壓力通過無線方式發(fā)送給設(shè)備微處理器，并通過USB 口送給PC，PC里面筆端壓力與顯示筆畫粗細(xì)之間可采用以下處理方式，讀取霍爾傳感器量程，采集器在量程范圍內(nèi)采集筆端壓力的IOM個離散點，建立筆端壓力與筆畫粗細(xì)關(guān)系的對照表，每個離散點對應(yīng)一種粗細(xì)的筆畫，PC機接收到檢測的筆端壓力信號后，查詢對照表獲得筆畫粗細(xì)信息，控制器將對應(yīng)的筆畫發(fā)送到LCD進(jìn)行顯示。另一種方式是在PC機算法模塊中建立一個筆端壓力與筆畫粗細(xì)像素點擬合數(shù)學(xué)式，PC接收到檢測的筆端壓力信號后，通過計算獲得筆畫像素點的數(shù)量，再進(jìn)行描點顯示，這種方式可以獲得平滑的筆畫線條。為了實現(xiàn)圖像動態(tài)顯示，在本設(shè)計中我們使用了兩片SRAM配合CPLD工作的方式構(gòu)建顯卡。以800*600的液晶屏為例，一幀圖像需要1. 3M字節(jié)數(shù)據(jù)，一般來說要實現(xiàn)動態(tài)顯示需要每秒傳輸30幀圖像數(shù)據(jù)，即每秒鐘需要傳輸40MByte的數(shù)據(jù)量。動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的傳輸不僅依賴于CPLD讀取存儲器數(shù)據(jù)的速度，還要依賴于外圍電路寫入圖像數(shù)據(jù)的速度，如圖2所示，圖像數(shù)據(jù)是通過USB數(shù)據(jù)線到達(dá)USB芯片內(nèi)部的FIFO (4KB的先進(jìn)先出緩沖區(qū))，再由GPIF (通用可編程邏輯電路)從FIFO中取出，當(dāng)GPIF從FIFO中讀取數(shù)據(jù)時會同時產(chǎn)生一個時鐘信號，CPLD接收到時鐘信號就開始讀取FIFO端口的數(shù)據(jù)，然后將其送入 SRAM中存儲。單口的SRAM在讀寫切換時，存儲器處于寫狀態(tài)時寫滿一幀圖像數(shù)據(jù)需要時間較長，液晶屏?xí)a(chǎn)生黑屏現(xiàn)象，不能滿足動態(tài)圖像顯示需求。雙口 RAM從理論上來說是一種很好的選擇，但其價格昂貴，不適合用于本系統(tǒng)。所以我們設(shè)計了用CPLD控制兩片SRAM 輪流讀寫的方式實現(xiàn)動態(tài)圖像顯示，圖2為CPLD和兩片SRAM的工作原理框圖。本設(shè)計中設(shè)備與PC之間的通訊采用USB2. 0高速模式，USB2. 0高速模式提供了高達(dá)480Mb/s的傳輸速率。但外圍設(shè)備與USB接口之間在速度上可能會存在著不可忽視的傳輸瓶頸。選用Cypress公司生產(chǎn)的帶USB2. 0高速接口的微處理器，該微處理器提供了一種獨特的接口方式，即通用可編程接口(GPIF)方式，GPIF有8/16位兩種數(shù)據(jù)寬度，當(dāng) GPIF配置為16位數(shù)據(jù)寬度，時鐘頻率配置為48MHZ時傳輸速度可達(dá)768Mb/s。
權(quán)利要求
1.一種電子畫板，其特征在于由觸摸屏TOUCHSCREEN獲取繪圖筆坐標(biāo)數(shù)據(jù)，霍爾傳感器獲取繪圖筆的壓力信號，然后A\D轉(zhuǎn)換芯片將獲取的壓力信號的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，采用中斷傳輸方式將數(shù)字信號實時送至控制器的通用串行總線USB芯片，USB芯片對采集到的數(shù)字信號進(jìn)行濾波和坐標(biāo)變換后按照USB HID1. 1協(xié)議以鼠標(biāo)報告描述符的方式傳送給PC機，PC機對獲取的觸摸屏數(shù)字信號進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)存入PC機顯存，單片機控制器的USB芯片從PC機顯存讀取圖像數(shù)據(jù)，以批量傳輸方式將圖像數(shù)據(jù)送到先入先出隊列FIFO緩沖區(qū)，然后利用單片機控制器的USB芯片的通用可編程接口 GPIF模式將數(shù)據(jù)從FIFO緩沖區(qū)讀出，利用復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD或現(xiàn)場可編程門陣列FPGA將數(shù)據(jù)從帶單片機控制器的USB芯片端口讀出傳輸?shù)酱鎯ζ鱏RAM，同時CPLD將數(shù)據(jù)從存儲器讀出送到液晶顯示屏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子畫板，其特征在于設(shè)置兩片存儲器交替的完成讀和寫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子畫板，其特征在于PC機對獲取的觸摸屏數(shù)字信號進(jìn)行處理具體為設(shè)置筆端壓力與筆畫粗細(xì)的對應(yīng)關(guān)系表在壓力筆量程范圍內(nèi)將筆端壓力分成IOM個離散點，每個離散點對應(yīng)一種筆畫，PC機獲取觸摸屏數(shù)字信號并查詢對應(yīng)關(guān)系表，提取相應(yīng)筆畫輸出到液晶顯示屏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子畫板，其特征在于在PC機中建立筆端壓力與筆畫粗細(xì)像素點擬合數(shù)學(xué)式，PC機獲取觸摸屏數(shù)字信號，調(diào)用筆畫粗細(xì)像素點擬合數(shù)學(xué)式計算獲得筆畫像素點的數(shù)量，合成筆畫送入液晶顯示屏。
全文摘要
本發(fā)明請求保護(hù)一種電子畫板，涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，由霍爾傳感器將筆芯變化的物理范圍轉(zhuǎn)換為電壓信號傳遞給帶有A/D轉(zhuǎn)換器的單片機進(jìn)行信號處理，通過無線發(fā)送給畫板，控制器的將電壓信號以及對觸摸屏坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和坐標(biāo)變換后按照USBHID1.1協(xié)議以鼠標(biāo)報告描述符的方式傳送給PC機，PC機進(jìn)行圖像處理轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)以及壓力信號處理轉(zhuǎn)換為各個級別的粗細(xì)筆畫，送到液晶屏LCD顯示。本發(fā)明使觸摸響應(yīng)時間大大縮減、精細(xì)程度也極大提升，具有良好的兼容性，解決了專業(yè)繪圖的操控難題，同時提出一種壓力信號感應(yīng)筆，可以根據(jù)壓力的大小來實現(xiàn)筆畫的粗細(xì)變化。
文檔編號G06F3/041GK102156586SQ20111011216
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者匡偉, 呂霞付, 吳建, 王宏偉, 袁峰, 鄭思遠(yuǎn), 陳勇 申請人:重慶郵電大學(xué)