[发明专利]一种二维平面坐标快速数字输入系统及实现方法

权利要求书

1.一种二维平面坐标快速数字输入系统，其特征在于：包括电磁笔和手写输入装置，手写输入装置设置有输入系统，输入系统包括主处理MCU芯片、接收电路、输出电路以及X，Y阵列天线单元，主处理MCU芯片内部设置有时钟信号产生单元和时钟信号输出脚，接收电路设置有鉴相器，输出电路中设置有信号匹配放大单元和三态门，时钟信号产生单元用于产生单元生成时钟信号，时钟信号输出脚用于输出时钟信号，信号匹配放大单元用于将时钟信号放大并微分，三态门用于输出微分后的时钟信号到X，Y阵列天线单元，X，Y阵列天线单元用于接收电磁笔的回波信号并通过X，Y通路放大滤波，主处理MCU芯片内设置有两路ADC模块，ADC模块用于将接收滤波后的信号经ADC输入端输入至主处理MCU芯片，并对回波信号进行模数转换，鉴相器用于通过硬件相位差积分并由主处理MCU芯片内ADC采样计算而实时的得到电磁笔的压力变化。

2.如权利要求1所述的一种二维平面坐标快速数字输入系统，其特征在于：时钟信号产生单元为PWM模块，PWM模块用于生成方波时钟信号。

3.如权利要求2所述的一种二维平面坐标快速数字输入系统，其特征在于：时钟信号输出脚为GPIO引脚，GPIO引脚用于输出方波时钟信号。

4.如权利要求1-3任一所述的一种二维平面坐标快速数字输入系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、首先由主处理MCU芯片的PWM模块产生一定频率的方波时钟信号S0，并由GPIO引脚输出；

步骤2、主处理MCU芯片将GPIO引脚输出的方波时钟信号S0经放大、微分，生成更大幅值的正负尖波S1、S2；

步骤3、尖波S1、S2经X、Y通路选择控制单元，X1...Xn模拟开关阵列和Y1...Yn模拟开关阵列，同时输出至XY阵列天线单元，后续运算过程中根据实际情况，X1...Xn模拟开关阵列和Y1...Yn模拟开关阵列开关的顺序和编号可做动态调整；

步骤4、主处理MCU芯片在发射信号过程中，此时如果天线辐射区域内有电磁笔存在，电磁笔会接收到XY阵列天线单元的XY天线发出的信号S1、S2，并且电磁笔会产生震荡信号S3、S4_；

步骤5、主处理MCU芯片信号发射完毕后，将X1...Xn模拟开关阵列和Y1...Yn模拟开关阵列开关经三态门同时转为接收模式，并打开接收电路运放部分，在运放打开的S5波形中的T1...Tn时间段内，X，Y阵列天线单元将接收到的信号同时经X，Y通道放大、滤波整形并积分得到回波信号S6，S7；

步骤6、主处理MCU芯片硬件的两路ADC同时对X、Y天线回波积分信号S6，S7进行采样，保证任意一个坐标点X、Y采样时的同步性，并通过相邻几根天线的电压差计算得到电磁笔在二维平面坐标内的位置及倾斜角度；

步骤7、由于电磁笔的笔压变化是通过改变电容器件或者电感器件的值，从而使电磁波频率做轻微的变化，根据鉴相器原理，经鉴相器后会生成一定的电压差，将此电压差进行一定数量的积分，并参考电磁笔设计的压力对应频率的最大变化值，可以将鉴相器积分后得到的电压值换算为笔的压力值；

步骤8、最终通过主处理MCU芯片的USB、UART、I2C、SPI等接口将坐标、倾角、压力等数据输出。