具有觸摸感應(yīng)接口的觸摸界面的應(yīng)用

如果您的設(shè)計(jì)具有任何類型的用戶界面，您可能很清楚接管傳統(tǒng)按鈕和開關(guān)的各種類型的觸摸感應(yīng)接口。觸摸界面在風(fēng)格和可用性方面具有許多優(yōu)點(diǎn)。除了其他好處之外，它們還可以降低制造成本并提高可靠性我使用術(shù)語“可能”，因?yàn)闉閷?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)必須滿足許多設(shè)計(jì)因素，但人們普遍認(rèn)為精心設(shè)計(jì)的觸摸界面比機(jī)械開關(guān)陣列更可靠。

遷移到觸摸傳感接口的應(yīng)用設(shè)計(jì)人員（圖1）正在尋找易于集成的相當(dāng)堅(jiān)固，低成本和低功耗的解決方案。分段式LCD歷來是一種流行的選擇，并且在各種醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用中繼續(xù)發(fā)展。然而，近年來，使用TFT，OLED和CSTN顯示技術(shù)的圖形顯示器的使用已經(jīng)顯著增加。這些顯示器越來越多地使用多點(diǎn)觸控操作界面，提供直觀的菜單，生動(dòng)的圖形和用戶喜歡的觸摸面板交互。

圖1：具有離散觸摸按鈕的典型操作員界面。

添加混合物是自帶設(shè)備（BYOD）現(xiàn)象，這是允許員工在其工作場所攜帶和使用個(gè)人擁有的移動(dòng)設(shè)備的商業(yè)慣例，包括智能手機(jī)，平板電腦和筆記本電腦運(yùn)行觸摸友好型操作系統(tǒng)（如Windows 8）的PC。

最常用的觸摸技術(shù)是電阻式，表面電容式，投射電容式，表面聲波，彎曲波和紅外線。其中三個(gè)現(xiàn)在得到了很多關(guān)注。

與電容式相比，電阻式觸摸更加堅(jiān)固，不易受到電氣干擾。它依賴于壓力來引起兩層之間的接觸，并且這些層不像電容版本那樣透射，因此顯示器不那么明亮。然而，它們是多功能的 - 它們可以用手指，指甲，手寫筆或任何其他物體操作 - 并且可以接受簽名。

有兩種基本類型的電容式觸摸系統(tǒng)（圖2）：投射電容和表面電容。 Surface具有使用戴手套的手指工作的優(yōu)勢 - 在某些設(shè)備中必不可少 - 但投射電容具有更好的分辨率。預(yù)計(jì)是目前的最愛。

圖2：iPhone于2007年成為首批使用電容式觸摸屏的智能手機(jī)之一。

投射電容技術(shù)本身有兩種傳感方法; “自電容”和“互電容”?；ル娙菔亲畛Ｓ玫?，特別是對于大于3英寸的屏幕，它支持多次或多次觸摸，而自電容限制為兩種。

有微控制器可提供完整的觸摸界面，用于分段和圖形顯示;有些人還擁有完整的圖形或LCD顯示控制器?，F(xiàn)在讓我們根據(jù)所使用的觸摸技術(shù)檢查一系列觸摸界面MCU。

一些優(yōu)秀的觸控接口MCU

Cirrus Logic的EP9307（圖3）是一款值得注意的處理器，具有圖形控制和電阻式觸控功能。它是一款基于ARM920T的片上系統(tǒng)（SoC），具有大型外設(shè)，適用于各種應(yīng)用，如瘦客戶端計(jì)算機(jī)，Internet廣播，工業(yè)計(jì)算機(jī)和專用終端。

其電阻式觸摸屏界面使用12位A/D轉(zhuǎn)換器。觸摸屏界面可對各種模擬觸摸屏執(zhí)行所有采樣，平均，范圍檢查和控制。該控制器僅在發(fā)生有意義的更改時(shí)中斷處理器。它支持四線，五線，七線或八線模擬電阻式觸摸屏。

圖3：EP9307是Cirrus Logic的基于ARM920T的SoC。

德州儀器（TI）生產(chǎn)多種分立式觸摸控制器 - 電阻式和電容式。但在這里我們只關(guān)注MCU。對于由4 x 4矩陣傳感器組成的小型觸摸屏或觸摸按鍵陣列，您可能需要考慮低功耗16位MSP430G255。該器件具有高達(dá)16 KB的閃存和512字節(jié)的RAM，以及8個(gè)10位A/D輸入 - 四個(gè)用于觸摸傳感器陣列的垂直和水平尺寸。 TI還為MSP430提供免費(fèi)電容式觸摸庫和多種帶觸摸屏的設(shè)計(jì)套件。此設(shè)備上沒有圖形控制器。

使用任何微控制器的傳統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電容式觸摸接口的缺點(diǎn)是微控制器必須“清醒”并定期掃描傳感器陣列，以便快速檢測并響應(yīng)用戶輸入操作。

Atmel的ATSAM4LC4AA（圖4）有一個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)器模塊，最多可容納13個(gè)段和4個(gè)公共端子。它還有一個(gè)電容式觸摸模塊（CATB），最多可支持26個(gè)按鈕。

圖4：Atmel的SAM4L系列是基于32位ARM?Cortex?-M4 RISC處理器的閃存微控制器系列的成員，運(yùn)行頻率高達(dá)48 MHz。

該處理器運(yùn)行高達(dá)48 MHz的Cortex-M4，閃存無等待狀態(tài)，并具有內(nèi)存保護(hù)單元，可提高可靠性和安全性。它具有低至90μA/MHz的有源電流和可配置的電壓調(diào)節(jié)功能。它具有高性能和高效率，具有28個(gè)核心標(biāo)記/mA。更重要的是，它具有256 KB的閃存，32 KB的RAM和一個(gè)三通道12位A/D轉(zhuǎn)換器。 MCU具有USB端口和外設(shè)事件系統(tǒng)，允許外設(shè)在沒有CPU干預(yù)的情況下接收，響應(yīng)和啟用外設(shè)事件。異步中斷允許在低功耗模式下進(jìn)行高級外設(shè)操作。

Microchip的16位PIC24FJ256DA210 MCU具有圖形LCD控制器，帶有三個(gè)硬件加速器，一個(gè)觸摸接口和一個(gè)USB 2.0 OTG。該芯片將以30 Hz，16位/像素處理640 x 480 STN或TFT顯示器。該器件的充電時(shí)間測量單元（CTMU）模塊提供精確的差分時(shí)間測量，便于使用A/D轉(zhuǎn)換器通道的電容式觸摸傳感器接口。它的時(shí)間測量分辨率為1 ns。

該器件的CPU在32 MHz時(shí)產(chǎn)生16 MIPS，并具有8 MHz內(nèi)部振蕩器，256 KB閃存和96 KB SRAM。 MCU具有17 x 17位單周期硬件乘法器，32 x 16位硬件分頻器，16 x 16位工作寄存器陣列和C編譯器優(yōu)化指令集。它有24個(gè)10位500 Ks/s A/D轉(zhuǎn)換器通道，3個(gè)比較器，工作電壓為2.2到3.6 V.

PIC24FJ256有一個(gè)完整的開發(fā)套件，指定為DV164039（圖5），其中包括一個(gè)240 x 320的TFT顯示屏。

圖5：Microchip DV164039-ND開發(fā)套件。

圖形類型顯示器中的新星是投射電容式的。投射電容式觸摸傳感器通過測量由于人手指或其他物體的影響而導(dǎo)致的電極上的微小電容變化來操作。根據(jù)Microchip的說法，他們的投射電容軟件可與10位A/D轉(zhuǎn)換器配合使用。該代碼能夠在傳感器通道之間插入128個(gè)點(diǎn)。作為參考，根據(jù)Microchip的說法，5 mm標(biāo)準(zhǔn)間距傳感器上的128個(gè)點(diǎn)提供了39μm的實(shí)際“插值間距”。相比之下，人發(fā)平均為100μm。

飛思卡爾在具有圖形顯示驅(qū)動(dòng)器和觸摸界面控制的處理器方面有很多不錯(cuò)的選擇。飛思卡爾的免費(fèi)Xtrinsic觸摸傳感軟件套件（TSS）3.0支持大量具有觸摸感應(yīng)輸入（TSI）嵌入式硬件模塊的飛思卡爾MCU。

據(jù)稱TSI模塊（圖6）提供高靈敏度和增強(qiáng)魯棒性的電容式觸摸傳感檢測。每個(gè)TSI引腳通過電流源掃描實(shí)現(xiàn)電容測量，對電極充電和放電一次或多次。參考振蕩器勾選掃描時(shí)間，并在掃描完成時(shí)將結(jié)果存儲(chǔ)在16位寄存器中。

圖6：飛思卡爾TSI電路。

飛思卡爾Kinetis MK70FN1M0VMJ15 MCU包括150 MHz Cortex-M4內(nèi)核，圖形LCD控制器，TSI觸摸控制器，IEEE 1588以太網(wǎng)MAC，USB 2.0 On-The-Go以及硬件加密和篡改檢測功能。它具有1 MB閃存，8 KB指令和數(shù)據(jù)緩存，并采用196和256引腳MAPBGA封裝。 K70系列器件包括單精度浮點(diǎn)單元和NAND閃存控制器。 256引腳版本包括用于系統(tǒng)擴(kuò)展的DRAM控制器。該芯片的圖形LCD控制器支持高達(dá)800 x 600的分辨率。

飛思卡爾的另一款值得考慮的是167 MHz，32位ColdFire MCF52277，它提供了一種直接的方式來增加對圖形SVGA LCD接口和電容式觸摸屏控制的支持。該芯片具有128K的SRAM以及USB和CAN模塊，并且沒有內(nèi)部閃存。它具有串行啟動(dòng)閃存和靈活的外部總線，采用1.4 V~1.6 V電源供電。該芯片的LCD控制器可處理24位/像素，60 Hz刷新至SXGA（1280 x 1024）分辨率，以及三個(gè)平面（XGA）+ 1光標(biāo)平面。

該MCU采用交叉開關(guān)技術(shù)（XBS），可以從多個(gè)總線主控器同時(shí)訪問外設(shè)或RAM，以及16通道DMA控制器。它采用196 MAPBGA封裝。還提供評估板（圖7），名為M52277EVB。

圖7：飛思卡爾M52277EVB ColdFire MCU評估板。

總之，對于各種觸摸界面，有許多好的解決方案。工程師將發(fā)現(xiàn)他們可以使用A/D轉(zhuǎn)換器，單獨(dú)的觸摸控制器或與處理器集成的控制器來讀取觸摸顯示器。重要的是要記住，您還需要一些非常好的軟件驅(qū)動(dòng)程序。