基于CY8C22x45單芯片的觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電容式觸摸感應(yīng)開關(guān)，不像裸露在外的按鈕和開關(guān)那樣容易受到環(huán)境磨損的影響，也不需要像機(jī)械那樣需要預(yù)留機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)的空間，因此它不僅在外觀上使得產(chǎn)品更漂亮，而且增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)，同時(shí)也延長了設(shè)備的使用壽命。由于在很多方面的優(yōu)勢，目前電容式觸摸正在迅速的在MP3,MP4，移動(dòng)電話，汽車面板，白色家電，工業(yè)儀表等場合得到充分的應(yīng)用。Cypress新推出的支持雙通道電容感應(yīng)的CY8C22x45系列芯片內(nèi)部有專用的雙通道電容感應(yīng)模塊，不需要占用額外的模擬模塊和數(shù)字模塊，而且還支持靈活多樣的配置模式。因此在實(shí)現(xiàn)電容感應(yīng)之外，還具有額外的模式和數(shù)字資源去實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，LED驅(qū)動(dòng)，馬達(dá)控制，電源管理等功能。因此，通過CY8C22x45的單芯片能夠靈活實(shí)現(xiàn)支持觸摸感應(yīng)的系統(tǒng)，能夠極大的提高系統(tǒng)的集成度和性價(jià)比。

一、Cypress觸摸感應(yīng)芯片

在電容觸摸感應(yīng)領(lǐng)域，Cypress提供了多種解決方案，其中包括了觸摸感應(yīng)以及電容式觸摸屏。廣泛應(yīng)用的觸摸感應(yīng)芯片CY8C21xxx,CY8C20xxx系列芯片，電容式觸摸屏感應(yīng)芯片為CY8CTMGxxx,CY8CTMAxxx。觸摸感應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對觸摸的檢測，這些觸摸的感應(yīng)芯片所采用的技術(shù)有CSA(CapsenseSuccessiveApproximation),CSD(CapSenseSigmaDelta),CSDADC(CapSenseSigma-DeltaPlusADC)等?；谶@些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)觸摸以及觸摸的滑動(dòng)條。而CY8CTMGxxx則是基于CypressTrueTouch技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)電容觸摸感應(yīng)的的基礎(chǔ)上能支持多點(diǎn)觸摸以及手勢操作。CY8CTMAxxx則基于最新的電容檢測技術(shù)，采用Tx-Rx的原理，能夠支持全指觸摸感應(yīng)以及多種手勢操作。

二、雙通道電容感應(yīng)芯片CY8C22x45

目前廣泛應(yīng)用的觸摸感應(yīng)芯片(CY8C21xxx,CY8C20xxx)的典型應(yīng)用框圖如圖1。

觸摸感應(yīng)芯片通過不停的掃描感應(yīng)按鈕或者是滑條的輸入，然后運(yùn)行上層算法來檢測的狀態(tài)或者滑條上的坐標(biāo)位置，并通過I2C或者其他的通信接口把當(dāng)前的信息發(fā)送到主機(jī)端，主機(jī)根據(jù)當(dāng)前的輸入信息控制顯示或者作出其他的相應(yīng)。

CY8C22545的芯片是對CY8C21xxx以及CY8C20xxx芯片的增強(qiáng)，它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是把觸摸感應(yīng)以及系統(tǒng)控制都集中在同一個(gè)芯片內(nèi)完成。該芯片與以往的PSoC兼容，片上具有混合信號陣列以及專用的中央處理器。它的結(jié)構(gòu)框圖如圖2。

CY8C22x45最大支持38個(gè)GPIO,16K的flash以及1K的SRAM，同時(shí)與其他的PSoC設(shè)備一樣，片上還集成了I2C,MAC等系統(tǒng)資源。除此之外，CY8C22545還提供了經(jīng)過優(yōu)化的專用10位SAR的ADC以及專用的雙通道CSD模塊和RTC。它與CY8C21x34的資源對比如下表1。

數(shù)字模塊除了在數(shù)量上增加之外，CY8C22x45還在數(shù)字模塊中增加了專用的通路支持同步觸發(fā)以及PWM的Kill等功能。在模擬系統(tǒng)中，CY8C22x45還提供了2條模擬總線以配合雙通道的觸摸感應(yīng)掃描。

CY8C22x45所專有的雙通道CSD模塊使得在構(gòu)建觸控掃描的過程中，不在像傳統(tǒng)的CY8C21xxx等芯片需要占用VC1/VC2/VC3時(shí)鐘資源以及額外的數(shù)字模塊。利用雙通道的專用CSD模塊以及2條模擬總線，CY8C22x45可以同時(shí)的掃描2個(gè)，從而能夠極大的降低整體的掃描時(shí)間。

三、雙通道電容感應(yīng)用戶模塊CSD2X

CY8C22x45的用戶模塊CSD2X對應(yīng)于其專用的雙通道CSD硬件模塊。該用戶模塊支持多樣性的配置。對于掃描的充電可以通過外部電阻Rb來實(shí)現(xiàn)也可以通過內(nèi)部的IDAC來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)對于應(yīng)用比較少的場合，還可以選擇單通道以節(jié)省資源。根據(jù)通道數(shù)以及所采用的充電方式的不同，雙通道CSD2X用戶模塊支持的配置方式以及所需要的資源見下表2。

CY8C22x45內(nèi)部集成了兩個(gè)最大輸出640µA的電流源，因此可以替換掉充電電阻Rb對觸摸感應(yīng)進(jìn)行充電。也可以關(guān)閉兩個(gè)電流源，通過傳統(tǒng)的外部充電電阻的方式進(jìn)行觸摸感應(yīng)。采用Rb的配置每個(gè)通道需要額外的增加1個(gè)管腳。單通道相比雙通道占用的資源較少，適合小型的應(yīng)用。

采用IDAC配置和Rb配置的雙通道配置的單個(gè)通道結(jié)構(gòu)如下圖3和圖4所示。單通道的Rb配置和雙通道中單個(gè)通道需要額外的增加1個(gè)管腳。單通道相比雙通道占用的資源較少，適合小型的應(yīng)用。

采用IDAC配置和Rb配置的雙通道配置的單個(gè)通道結(jié)構(gòu)如下圖3和圖4所示。單通道的Rb配置和雙通道中單個(gè)通道相同，單通道的IDAC配置可以同時(shí)使用兩個(gè)IDAC進(jìn)行切換，使得在觸控上始終有電流流過，在檢測觸控時(shí)，如果寄生電容特別大，可以采用此配置。也可以采用和雙通道中單個(gè)通道相同的配置。本文僅討論和雙通道中單個(gè)通道相同的配置。

如圖3和圖4所示，雙通道CSD的充電時(shí)鐘以及計(jì)數(shù)時(shí)鐘有專門的CSDLogic來生成，不需要占用系統(tǒng)時(shí)鐘。在IDAC的配置模式下，單個(gè)通道僅僅需要一個(gè)外置的Cmod電容就能夠進(jìn)行工作。而Rb的配置模式下，需要外接一個(gè)充電電阻Rb。Rb和IDAC的作用是根據(jù)Sigma-Delta調(diào)制器的輸出進(jìn)行間歇性的充電。CSDLogic中還集成了專用的計(jì)數(shù)器，不再需要占用數(shù)字模塊構(gòu)成計(jì)數(shù)器。

在新版本的PSoC開發(fā)環(huán)境中PD5，可以方便的使用CSD2X用戶模塊。在完成新建工程之后，給工程添加CSD2X用戶模塊，這時(shí)會彈出對話框用來選擇不同的配置模式。根據(jù)自己的具體需要選擇相應(yīng)的配置模式。本文以雙通道IDAC的配置為例。該用戶模塊可以配置的參數(shù)如圖5所示。

該用戶模塊支持自動(dòng)矯正，通過打開該選項(xiàng)可以在開機(jī)的時(shí)候進(jìn)行矯正，通過調(diào)整IDAC的值使得計(jì)數(shù)器的輸出在比較合適的范圍內(nèi)。

ReferenceR和ReferenceL參數(shù)用來設(shè)置比較器端的比較電壓來源。IDACRange用來設(shè)置IDAC的大小區(qū)間。結(jié)合單個(gè)觸摸的IDAC配置共同來影響IDAC的大小。IDACRange設(shè)置的越大，相應(yīng)的IDAC的輸出電流就越大。

Pre-ChargeSource用來選擇用來對觸摸Switching的時(shí)鐘來源。有兩個(gè)選項(xiàng)，PRS可以生成隨機(jī)的脈沖序列，使得系統(tǒng)具有更好的抗干擾特性。TImer選項(xiàng)使得充放電的脈沖頻率穩(wěn)定，在防水等應(yīng)用中比較有優(yōu)勢。

Pre-Scalar用來選擇系統(tǒng)輸出CSD_Clock的分頻系數(shù)。通常該系數(shù)可以根據(jù)觸摸按鍵可充放電的最快頻率來確定。

上述參數(shù)的配置是全局性的，能夠影響到所有的觸摸按鍵。

在完成上述參數(shù)的配置之后，可以通過打開向?qū)鞲衅鞯膮?shù)進(jìn)行單個(gè)配置。如圖6所示。

在單個(gè)參數(shù)配置中，DAC值和IDACRange的設(shè)置一起決定了對當(dāng)前按鍵的充電電流的大小。通過調(diào)整該值以及IDAC的Range可以調(diào)整單個(gè)觸摸按鍵的靈敏度。

ReferenceValue和全局設(shè)定中的ReferenceSource一起決定Vref值的大小，調(diào)整該值也能夠調(diào)整觸摸按鍵的靈敏度。

ScanSpeed參數(shù)決定了計(jì)數(shù)時(shí)鐘的快慢，該參數(shù)設(shè)置的越快，觸摸的掃描速率越快。

ScanResolution參數(shù)決定了能夠達(dá)到的最大分辨率。該參數(shù)反映在總的計(jì)數(shù)能夠輸出的最大值的多少。該值越大，得到的系統(tǒng)分辨率越高，但是掃描一次所消耗的時(shí)間也隨之增大。

四、總結(jié)

本文對CY8C22x45系列PSoC芯片進(jìn)行了介紹并重點(diǎn)討論了該芯片所支持的CSD2X用戶模塊。由于采用了專用的觸摸感應(yīng)模塊CSD2X,CY8C22x45在觸摸感應(yīng)的應(yīng)用中不需要占用系統(tǒng)的時(shí)鐘資源以及數(shù)字模塊，同時(shí)還支持靈活多樣的配置模式。不僅能夠方便快捷的實(shí)現(xiàn)觸摸感應(yīng)功能，還可以可以使得系統(tǒng)有足夠的數(shù)字模塊和模擬模塊去實(shí)現(xiàn)控制功能，采用單個(gè)芯片就能夠構(gòu)成基于觸摸感應(yīng)控制的系統(tǒng)。

相信在不遠(yuǎn)的將來，這種能夠集觸摸感應(yīng)和系統(tǒng)控制于一體的芯片必將得到廣泛的應(yīng)用。

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