英飛凌的低成本電容式觸控解決方案

觸摸按鍵、觸摸滑條和滾輪在最新的人機(jī)界面(HMI)設(shè)計(jì)中日益普及。利用電容式觸摸技術(shù)創(chuàng)建這些輸入裝置，能夠?yàn)橛脩魩盱`活性，為其提供實(shí)現(xiàn)高水平定制的機(jī)會(huì)，還能顯著降低系統(tǒng)總體成本，提高其機(jī)械可靠性。

機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜并且成本不菲。按鍵間距必須滿足熱脹和美觀等要求，而且按鍵材料和電氣觸點(diǎn)必須靈活、可靠和持久。在決定輸入按鍵的最終尺寸和形狀時(shí)，必須在設(shè)計(jì)中考慮所有這些因素，以及需要結(jié)合采用的組件(譬如電位計(jì))。

與此相反的是，電容式觸摸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者可充分利用電容式觸摸技術(shù)所提供的靈活和超平設(shè)計(jì)解決方案，以及通過外殼材料感知用戶輸入的功能，將注意力放在界面要求上，通過軟件參數(shù)調(diào)整組件的行為，不再受制于機(jī)械限制。

電容式觸摸感應(yīng)控制

電容式觸摸感應(yīng)控制是一種人機(jī)界面，其中一個(gè)觸摸板控制器持續(xù)不斷地測(cè)量觸摸板的電容。一旦觸摸板被觸摸，電容上升，且控制器檢測(cè)到這一變化。相比機(jī)械按鍵而言，觸摸板更加可靠、在布局上更加平整和靈活。

英飛凌為測(cè)量觸摸板電容提供三種不同的解決方案：張弛振蕩器(Ro)、電荷二次分配(CR)和充電時(shí)間測(cè)量(CTM)。

張弛振蕩器

高性能8位XC800單片機(jī)產(chǎn)品家族的最新成員XC822、XC824、XC835和XC836，擁有一個(gè)專用LED和觸感控制器模塊(LEDTSCU)，最多可在8條通道上實(shí)現(xiàn)張弛振蕩器拓?fù)洹?/p>

在RO拓?fù)渲校粋€(gè)電路在觸摸板上生成振蕩信號(hào)，模塊通過統(tǒng)計(jì)預(yù)定義的單位時(shí)間內(nèi)的振蕩次數(shù)測(cè)定振蕩頻率。由于頻率與電容成反比關(guān)系，被觸摸的觸摸板的振蕩頻率較低。

LEDTSCU定期測(cè)量每個(gè)觸摸板上的振蕩頻率，測(cè)量結(jié)果由存放于單片機(jī)ROM中的軟件庫進(jìn)行進(jìn)一步的處理。該軟件庫的自適應(yīng)平均函數(shù)可根據(jù)測(cè)定結(jié)果生成一條移動(dòng)平均線、并檢測(cè)電容的變化。所有參數(shù)均可由用戶調(diào)節(jié)。

為了方便用戶，某些變量標(biāo)記由觸感狀態(tài)機(jī)處理，在觸摸板被觸摸、釋放、觸摸時(shí)間過長或過短，或觸摸時(shí)間剛好合適的情況下，這些標(biāo)記將被設(shè)置或清除。

LEDTScu還可作為一個(gè)LED點(diǎn)陣控制器，最多控制64只LED。一個(gè)LED點(diǎn)陣由多只LED組成，它們按照不同的布局排列成行和列，由于時(shí)間復(fù)用特性：每次最多只能有一列LED處于活動(dòng)狀態(tài)。

觸感引腳由LED行共用，觸感和LED控制功能以一種時(shí)間復(fù)用方式被合并在一起。由于所需引腳總數(shù)更少，因此可利用一個(gè)更小的單片機(jī)設(shè)計(jì)出包含多個(gè)觸摸按鍵和LED的觸控裝置，從而降低占板空間，節(jié)省系統(tǒng)總體成本。

電荷二次分配(CR)和充電時(shí)間測(cè)量(CTM)

英飛凌XC800系列單片機(jī)的所有型號(hào)都支持cR和CTM電容測(cè)量方法。這兩種方法利用單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)通道測(cè)量觸摸板的電容。取決于具體的型號(hào)，XC800單片機(jī)包含4至8+ADC通道。

通過將電荷泵入觸摸板和觀察電壓等級(jí)測(cè)量電容。觸摸板將定期逐一檢查。在測(cè)量之前，觸摸板被放電，ADC中的采樣電容器被預(yù)先充電，使其電壓達(dá)到VAREF／2(ADc參考電壓的一半)。在進(jìn)行采樣時(shí)，從采樣電容器對(duì)觸摸板進(jìn)行充電，直到電壓級(jí)別均衡。如果采用的是cR方法，那么該電壓等級(jí)即是測(cè)量結(jié)果。觸摸板的電容越高，測(cè)得的電壓等級(jí)越低。 如果采用的是CTM方法，在不對(duì)觸摸板進(jìn)行放電的情況下重復(fù)進(jìn)行采樣，直到電壓等級(jí)達(dá)到預(yù)先定義的閾值。測(cè)量結(jié)果是第一次采樣開始至超過閾值的時(shí)間間隔，由一個(gè)定時(shí)器測(cè)量。觸摸板的電容越高，這個(gè)時(shí)間越長。

每個(gè)觸摸板的電容被定期測(cè)量，結(jié)果將由英飛凌提供的一個(gè)軟件庫中的增強(qiáng)型自適應(yīng)平均數(shù)控制函數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。結(jié)果將生成一條移動(dòng)平均線，并且電容變化被測(cè)量。所有參數(shù)均可由用戶調(diào)節(jié)。

取決于手指觸摸的性質(zhì)，變量標(biāo)記將由一個(gè)更新觸感狀態(tài)機(jī)設(shè)置或清除。利用共享中斷控制器，可將CR或CTM方法與RO方法輕松集成在一起。