基于單片機(jī)下的觸控IC和觸控MCU應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。

　　簡(jiǎn)介

　　單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。

　　單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等 。

　　應(yīng)用分類

　　單片機(jī)（Microcontrollers）作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，根據(jù)發(fā)展情況，從不同角度，單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。

　　通用型

　　這是按單片機(jī)（Microcontrollers）適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51式通用型單片機(jī)，它不是為某種專門用途設(shè)計(jì)的；專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。

　　總線型

　　這是按單片機(jī)（Microcontrollers）是否提供并行總線來區(qū)分的。總線型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。

　　控制型

　　這是按照單片機(jī)（Microcontrollers）大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運(yùn)算能力強(qiáng)；用于家電的單片機(jī)多為專用型，通常是小封裝、低價(jià)格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如，80C51類單片機(jī)既是通用型又是總線型，還可以作工控用。首先介紹下什么是MCU？MCU微控制單元（Microcontroller Unit;MCU） ，又稱單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer ）或者單片機(jī)，是把中央處理器（Central Process Unit;CPU）的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存（memory）、計(jì)數(shù)器（Timer）、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動(dòng)電路都整合在單一芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。諸如手機(jī)、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。

　　觸摸ic觸摸在此特指單點(diǎn)或多點(diǎn)觸控技術(shù); IC，即集成電路，是半導(dǎo)體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱。包括：1.集成電路板（integrated circuit，縮寫：IC）;2.二、三極管;3.特殊電子元件等; 觸摸IC即指觸摸芯片。

　　1、初次建立觸控應(yīng)用程序的工作負(fù)荷及調(diào)試難度

　　從初次建立觸控應(yīng)用程序的工作負(fù)荷及調(diào)試難度對(duì)比二者的不同。使用觸控 IC和觸控 MCU應(yīng)用方案中軟、硬件組成示意圖。

　　使用觸控 IC的應(yīng)用方案中，主控MCU和觸控 IC 之間的數(shù)據(jù)交換，通常是通過串行接口（例如，I2C、SPI）實(shí)現(xiàn)的。

　　因此，用戶需要開發(fā)相應(yīng)的通訊程序，執(zhí)行數(shù)據(jù)的交換。無論是利用主控MCU的硬件串行接口，還是使用軟件模擬串行協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，都增加了軟件開發(fā)的負(fù)荷。

　　特別是在調(diào)試初期，如果主控MCU不能正確檢測(cè)到觸控動(dòng)作，需要判斷故障源是觸控 IC異常，或者是通訊程序異常，還是主控MCU側(cè)檢測(cè)程序的錯(cuò)誤。因此，很大程度上增加了軟件調(diào)試的難度。

　　2、觸控參數(shù)精細(xì)化

　　從觸控參數(shù)（例如，靈敏度）精細(xì)化的角度，對(duì)比二者的不同。觸控 IC通常內(nèi)置了缺省的參數(shù)，如果主控MCU的檢測(cè)程序和通訊程序正確，那么MCU和觸控 IC連通后，即可判斷觸控有/無的判斷。

　　從這一點(diǎn)出發(fā)，觸控 IC具有優(yōu)越性。但是，缺省參數(shù)是確定的，而用戶的應(yīng)用方案是千差萬別的。因此，很多情況下需要對(duì)觸控 參數(shù)做精細(xì)化調(diào)整，以優(yōu)化應(yīng)用方案的觸控性能。優(yōu)化觸控 IC的工作環(huán)境如圖2所示。

　　如圖2所示，Tuning軟件使用串行接口實(shí)現(xiàn)觸控參數(shù)的調(diào)整，并將優(yōu)化后的參數(shù)通過串行接口寫入到觸控 IC。

　　為了驗(yàn)證更新后的參數(shù)在應(yīng)用系統(tǒng)中的整體性能，需要連接主控MCU和觸控 IC，并運(yùn)行MCU中的控制程序。

　　但是，調(diào)試工具和主控MCU共用觸控 IC的串行接口，因此，需要切斷和調(diào)試工具的連接，并將串行接口切換到主控MCU。

　　換言之，在驗(yàn)證參數(shù)整體性能時(shí)，無法通過調(diào)試工具的GUI，直觀監(jiān)測(cè)參數(shù)調(diào)整后的效果。

　　3、程序燒寫成本

　　從程序燒寫的成本，比較二者的不同。如圖4所示，如果用戶不使用觸控 IC的缺省參數(shù)，而是使用結(jié)合具體應(yīng)用方案優(yōu)化后的參數(shù)，那么需要通過編程器將最新的參數(shù)固化到觸控 IC。

　　特別是批量生產(chǎn)時(shí)，增加了燒錄觸控 IC的額外成本。而右圖所示的Rx130方案中，僅需要將應(yīng)用程序燒錄到Rx130中。

　　4、LED驅(qū)動(dòng)

　　從LED驅(qū)動(dòng)的角度，比較二者的異同。通常，觸控 IC內(nèi)置了LED Driver。如果應(yīng)用方案中需要使用LED表示觸控動(dòng)作的有/無，并且應(yīng)用產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求LED緊鄰觸控電極。

　　但是，并非所有的應(yīng)用產(chǎn)品，都需要使用LED表示觸控動(dòng)作的有/無，例如，簡(jiǎn)易的觸控 Pad。