集成到LCD(通常為T(mén)FT)或作為PCB的一部分的觸摸屏已成為現(xiàn)代手持設(shè)備的事實(shí)上的用戶(hù)界面。這些透明或不透明的表面主要基于電阻和電容技術(shù)，取代機(jī)械開(kāi)關(guān)，薄膜開(kāi)關(guān)，圓頂開(kāi)關(guān)和按鈕，為嵌入式微型設(shè)備提供用戶(hù)界面信息，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出按鈕按壓。

專(zhuān)用觸摸屏接口芯片的出現(xiàn)有助于減輕主機(jī)處理器的負(fù)擔(dān)并提供額外的功能。雖然它們可能會(huì)增加成本并需要更多的PCB空間，但它們使工程師能夠更快地將設(shè)計(jì)推向市場(chǎng)，并采用經(jīng)過(guò)高度測(cè)試和可靠的觸摸技術(shù)。本文討論I²C連接的觸摸屏控制器。

超越連接性

用戶(hù)界面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了交換機(jī)和聯(lián)系人關(guān)閉。例如，用于擴(kuò)展視圖，收縮視圖或滾動(dòng)的手勢(shì)可以通過(guò)任何單個(gè)離散按鈕或開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)更多功能。圓周運(yùn)動(dòng)也取代了早期iPod流行的機(jī)械JOG環(huán)。使用模擬微調(diào)電阻器的滑塊也正在被觸敏技術(shù)取代。

所有這些功能和靈活性意味著需要更多的處理能力來(lái)檢測(cè)，解碼，去抖，并將用戶(hù)意圖傳遞給主機(jī)處理器。這意味著需要更高性能(和更昂貴)的處理器或?qū)Ｓ每刂破鳌?/p>

兩者都是有效的方法?，F(xiàn)代微控制器和微處理器通常具有很大的功率，并具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，以及可以實(shí)現(xiàn)基本觸摸屏界面的運(yùn)算放大器和比較器。但是，這種方法需要將實(shí)時(shí)和時(shí)間敏感的檢測(cè)和響應(yīng)編碼到主處理器的負(fù)載時(shí)間表中。因此，這意味著更多的片上代碼閃存，以及暫存器和緩沖RAM，這反過(guò)來(lái)可能意味著更大的更昂貴的微處理器。

尺寸通常是任何手持或便攜式設(shè)備的驅(qū)動(dòng)約束，因此如果需要大量I/O來(lái)實(shí)現(xiàn)觸摸界面，則不合需要。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，執(zhí)行功能所需的微引腳數(shù)量越少，設(shè)計(jì)策略就越好。因此，串行接口用于將復(fù)雜功能連接到常駐微型計(jì)算機(jī)，而無(wú)需燒錄寶貴的I/O引腳。

I²C是一種簡(jiǎn)單而有效的雙線(xiàn)雙向通信技術(shù)，它允許外圍芯片執(zhí)行復(fù)雜功能，同時(shí)僅使用主處理器的兩條I/O線(xiàn)。這是一個(gè)如此簡(jiǎn)單的協(xié)議，如果微處理器沒(méi)有內(nèi)置專(zhuān)用的I²C硬件，它可以很容易地進(jìn)行位操作。

正如您所料，這種普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)用于允許專(zhuān)用觸摸屏控制器接口芯片連接到具有最少數(shù)量I/O引腳的主機(jī)微控制器。此外，正如您所料，許多觸摸屏控制器芯片都是專(zhuān)用處理器和片上系統(tǒng)(SoC)。這意味著雖然它們可以針對(duì)觸摸界面進(jìn)行優(yōu)化，但是它們還可以執(zhí)行其他系統(tǒng)功能，進(jìn)一步減輕主處理器的負(fù)擔(dān)。

以賽普拉斯CY8CTST200A-48LTXI基于PSoC的專(zhuān)用微控制器為例，這是一款8位，4 MIPS哈佛架構(gòu)，基于M8C的微控制器，可編程用作專(zhuān)用觸摸接口控制器(圖1)。電容式感應(yīng)IC采用公司的True Touch技術(shù)，包含參考驅(qū)動(dòng)器，多路復(fù)用器，比較器，定時(shí)器以及實(shí)現(xiàn)各種觸摸感應(yīng)算法所需的邏輯，如正電荷積分，負(fù)電荷積分，逐次逼近，sigma delta電容式傳感和張弛振蕩器頻率變化。

圖1：賽普拉斯True Touch控制器中的嵌入式處理器可以運(yùn)行各種觸摸傳感算法并通過(guò)I²C與主處理器通信時(shí)執(zhí)行其他外圍功能。

除I²C外，賽普拉斯的器件還具有USB，SPI和UART接口。憑借32 Kb的片上閃存和僅2 Kb的SRAM，核心處理器可根據(jù)您的特定觸摸需求進(jìn)行定制，作為專(zhuān)用觸摸控制器。它很可能沒(méi)有完全運(yùn)行你的設(shè)計(jì)的馬力，但它并不打算。它更像是一個(gè)可編程外圍芯片，其核心是micro。

Atmel是Qtouch技術(shù)領(lǐng)域的另一個(gè)參與者。例如，Atmel AT42QT1060-MMUQS397適用于手機(jī)和智能手機(jī)，將觸摸控制與基于PWM的LED驅(qū)動(dòng)器相結(jié)合，將兩個(gè)所需功能集成在一個(gè)封裝中(圖2)。

圖2：除了監(jiān)控觸摸板外，Atmel Q-Touch還具有可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器。所有觸摸事件和調(diào)光控制均超過(guò)I²C。

Qtouch技術(shù)基于數(shù)字突發(fā)模式電荷轉(zhuǎn)移技術(shù)，可檢測(cè)按鈕中的電容變化。擴(kuò)頻頻率的調(diào)制突發(fā)用于抑制RF發(fā)射并減少環(huán)境噪聲的影響。這也有助于減少對(duì)手機(jī)中使用的敏感RF級(jí)的干擾。 Digi-Key的網(wǎng)站上提供了培訓(xùn)模塊，詳細(xì)介紹了Atmel Qtouch技術(shù)。

滑塊

有趣的部分來(lái)自IDT，它的LDS6000NQGI8設(shè)計(jì)用于支持多達(dá)15個(gè)滑塊和觸摸環(huán)傳感器。 IDT稱(chēng)其觸摸技術(shù)為PureTouch，基于電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器，考慮使用內(nèi)部500 KHz sigma delta開(kāi)關(guān)矩陣(圖3)。

圖3：內(nèi)置于IDT Pure Touch控制器的sigma delta開(kāi)關(guān)矩陣針對(duì)多個(gè)滑塊和微動(dòng)環(huán)設(shè)計(jì)以及離散觸摸區(qū)。

LDS6000N的一個(gè)很好的特性是它 - 芯片校準(zhǔn)邏輯，持續(xù)監(jiān)控環(huán)境以調(diào)整開(kāi)關(guān)閾值，使輸入更能抵抗噪聲。除I²C外，LDS6000還有一個(gè)SPI端口，可以指定并用作外部輸入狀態(tài)選擇的串行通信鏈路。

如果需要更高分辨率和更多傳感器輸入，您可能需要查看STMicroelectronics的STMPE24M31QTR。該部件基于該公司的S-Touch技術(shù)，最多支持24個(gè)傳感器輸入，滑塊/滾輪分辨率為256級(jí)。它還具有8個(gè)PWM，可控制多達(dá)16個(gè)LED，具有亮度控制和閃爍功能。

I²C接口具有完整的400 Kbit/s數(shù)據(jù)速率，所有輸入引腳均受到8 kV的ESD保護(hù)。該部件還具有16個(gè)通用I/O，主要針對(duì)移動(dòng)電話(huà)，便攜式媒體播放器，筆記本電腦和游戲機(jī)，但可用于任何電容式觸摸系統(tǒng)。

ST提供STEVAL-ICB003V1評(píng)估套件，其中包含8個(gè)觸摸按鍵，旋轉(zhuǎn)編碼器接口和4至7段LED顯示屏(圖4)。該公司還在線(xiàn)提供了一個(gè)培訓(xùn)模塊，詳細(xì)介紹了其電容式觸摸傳感解決方案。

圖4：意法半導(dǎo)體的開(kāi)發(fā)和評(píng)估板旨在展示前面板解決方案，包括該公司的Pure Touch技術(shù)。數(shù)據(jù)表中的參考設(shè)計(jì)演示了各種傳感器，包括滑塊，旋轉(zhuǎn)編碼器和液位傳感器。

飛思卡爾半導(dǎo)體還有一個(gè)有趣的I²C觸摸感應(yīng)控制器。 MPR121QR2是該公司的第二代觸摸屏控制器，最多可支持12個(gè)觸摸板。

這一部分的一個(gè)很好的功能是內(nèi)部濾波和去抖電路以及模擬電極，其中所有12個(gè)電荷一起充電，以允許更大的近距離檢測(cè)距離和增加的感應(yīng)區(qū)域。

在操作中，一旦獲得電極電容數(shù)據(jù)，就確定電極觸摸/釋放狀態(tài)，將其與電容基線(xiàn)值進(jìn)行比較。電容基線(xiàn)由MPR121QR2跟蹤，自動(dòng)根據(jù)背景電容變化。

將基線(xiàn)值與當(dāng)前的即時(shí)電極數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定是否發(fā)生了觸摸或釋放。設(shè)計(jì)師可以設(shè)置觸摸/釋放閾值，以及觸摸/釋放去抖時(shí)間。這是為了消除由于噪聲引起的抖動(dòng)和誤觸摸。該器件還具有硬件可配置的I²C地址，因此您可以對(duì)共享相同I²C線(xiàn)的器件進(jìn)行仲裁。有關(guān)飛思卡爾觸摸技術(shù)的培訓(xùn)模塊，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)Digi-Key的網(wǎng)站。

總結(jié)

觸摸傳感技術(shù)可以可靠地替換機(jī)械按鈕和開(kāi)關(guān)，以消除機(jī)械磨損?，F(xiàn)代觸摸傳感器可配置為簡(jiǎn)單的滑塊，旋轉(zhuǎn)輪和觸摸板，為更直觀的用戶(hù)界面提供顯著優(yōu)勢(shì)，為設(shè)計(jì)人員提供更大的自由度，同時(shí)降低整體系統(tǒng)成本。由I²C接口驅(qū)動(dòng)的觸摸傳感器控制器消除了主機(jī)微控制器的處理負(fù)擔(dān)，正如我們?cè)趲讉€(gè)部分示例中所見(jiàn)，也可以執(zhí)行其他外設(shè)功能。