基于CY8C22x45單芯片的觸摸感應系統的設計

電容式觸摸感應開(kāi)關(guān)，不像裸露在外的按鈕和開(kāi)關(guān)那樣容易受到環(huán)境磨損的影響，也不需要像機械那樣需要預留機械部件運動(dòng)的空間，因此它不僅在外觀(guān)上使得產(chǎn)品更漂亮，而且增強了用戶(hù)體驗，同時(shí)也延長(cháng)了設備的使用壽命。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(huà)，汽車(chē)面板，白色家電，工業(yè)儀表等場(chǎng)合得到充分的應用。Cypress新推出的支持雙通道電容感應的CY8C22x45系列芯片內部有專(zhuān)用的雙通道電容感應模塊，不需要占用額外的模擬模塊和數字模塊，而且還支持靈活多樣的配置模式。因此在實(shí)現電容感應之外，還具有額外的模式和數字資源去實(shí)現模擬數字轉換，LED驅動(dòng)，馬達控制，電源管理等功能。因此，通過(guò)CY8C22x45的單芯片能夠靈活實(shí)現支持觸摸感應的系統，能夠極大的提高系統的集成度和性?xún)r(jià)比。

一、Cypress觸摸感應芯片

在電容觸摸感應領(lǐng)域，Cypress提供了多種解決方案，其中包括了觸摸感應以及電容式觸摸屏。廣泛應用的觸摸感應芯片CY8C21xxx,CY8C20xxx系列芯片，電容式觸摸屏感應芯片為CY8CTMGxxx,CY8CTMAxxx。觸摸感應能夠實(shí)現對觸摸的檢測，這些觸摸的感應芯片所采用的技術(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)現電容觸摸感應的的基礎上能支持多點(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以及多種手勢操作。

二、雙通道電容感應芯片CY8C22x45

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

觸摸感應芯片通過(guò)不停的掃描感應按鈕或者是滑條的輸入，然后運行上層算法來(lái)檢測的狀態(tài)或者滑條上的坐標位置，并通過(guò)I2C或者其他的通信接口把當前的信息發(fā)送到主機端，主機根據當前的輸入信息控制顯示或者作出其他的相應。

CY8C22545的芯片是對CY8C21xxx以及CY8C20xxx芯片的增強，它的設計目標是把觸摸感應以及系統控制都集中在同一個(gè)芯片內完成。該芯片與以往的PSoC兼容，片上具有混合信號陣列以及專(zhuān)用的中央處理器。它的結構框圖如圖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設備一樣，片上還集成了I2C,MAC等系統資源。除此之外，CY8C22545還提供了經(jīng)過(guò)優(yōu)化的專(zhuān)用10位SAR的ADC以及專(zhuān)用的雙通道CSD模塊和RTC。它與CY8C21x34的資源對比如下表1。

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

CY8C22x45所專(zhuān)有的雙通道CSD模塊使得在構建觸控掃描的過(guò)程中，不在像傳統的CY8C21xxx等芯片需要占用VC1/VC2/VC3時(shí)鐘資源以及額外的數字模塊。利用雙通道的專(zhuān)用CSD模塊以及2條模擬總線(xiàn)，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、雙通道電容感應用戶(hù)模塊CSD2X

CY8C22x45的用戶(hù)模塊CSD2X對應于其專(zhuān)用的雙通道CSD硬件模塊。該用戶(hù)模塊支持多樣性的配置。對于掃描的充電可以通過(guò)外部電阻Rb來(lái)實(shí)現也可以通過(guò)內部的IDAC來(lái)實(shí)現。同時(shí)對于應用比較少的場(chǎng)合，還可以選擇單通道以節省資源。根據通道數以及所采用的充電方式的不同，雙通道CSD2X用戶(hù)模塊支持的配置方式以及所需要的資源見(jiàn)下表2。

CY8C22x45內部集成了兩個(gè)最大輸出640µA的電流源，因此可以替換掉充電電阻Rb對觸摸感應進(jìn)行充電。也可以關(guān)閉兩個(gè)電流源，通過(guò)傳統的外部充電電阻的方式進(jìn)行觸摸感應。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，適合小型的應用。

采用IDAC配置和Rb配置的雙通道配置的單個(gè)通道結構如下圖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，適合小型的應用。

采用IDAC配置和Rb配置的雙通道配置的單個(gè)通道結構如下圖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(guò)，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)鐘以及計數時(shí)鐘有專(zhuān)門(mén)的CSDLogic來(lái)生成，不需要占用系統時(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Sigma-Delta調制器的輸出進(jìn)行間歇性的充電。CSDLogic中還集成了專(zhuān)用的計數器，不再需要占用數字模塊構成計數器。

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

該用戶(hù)模塊支持自動(dòng)矯正，通過(guò)打開(kāi)該選項可以在開(kāi)機的時(shí)候進(jìn)行矯正，通過(guò)調整IDAC的值使得計數器的輸出在比較合適的范圍內。

ReferenceR和ReferenceL參數用來(lái)設置比較器端的比較電壓來(lái)源。IDACRange用來(lái)設置IDAC的大小區間。結合單個(gè)觸摸的IDAC配置共同來(lái)影響IDAC的大小。IDACRange設置的越大，相應的IDAC的輸出電流就越大。

Pre-ChargeSource用來(lái)選擇用來(lái)對觸摸Switching的時(shí)鐘來(lái)源。有兩個(gè)選項，PRS可以生成隨機的脈沖序列，使得系統具有更好的抗干擾特性。TImer選項使得充放電的脈沖頻率穩定，在防水等應用中比較有優(yōu)勢。

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

上述參數的配置是全局性的，能夠影響到所有的觸摸按鍵。

在完成上述參數的配置之后，可以通過(guò)打開(kāi)向導對傳感器的參數進(jìn)行單個(gè)配置。如圖6所示。

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

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

ScanSpeed參數決定了計數時(shí)鐘的快慢，該參數設置的越快，觸摸的掃描速率越快。

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

四、總結

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(hù)模塊。由于采用了專(zhuān)用的觸摸感應模塊CSD2X,CY8C22x45在觸摸感應的應用中不需要占用系統的時(shí)鐘資源以及數字模塊，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)現觸摸感應功能，還可以可以使得系統有足夠的數字模塊和模擬模塊去實(shí)現控制功能，采用單個(gè)芯片就能夠構成基于觸摸感應控制的系統。

相信在不遠的將來(lái)，這種能夠集觸摸感應和系統控制于一體的芯片必將得到廣泛的應用。

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