將家用電器主要功能集成到可編程SoC

　　大型家電通常利用一些集成電路(IC)實(shí)現不同的功能，包括用戶(hù)界面(UI)、感應和過(guò)程控制等。美觀(guān)的用戶(hù)界面是烤箱、洗衣機、冰箱等家用電器的一個(gè)重要區分特性。電容式觸摸感應是家用電器用戶(hù)界面的常用功能，因為它們非常穩健可靠，而且其“外觀(guān)和手感”是機械按鍵無(wú)可匹敵的。除了觸摸感應功能，用戶(hù)界面還提供聲音和視覺(jué)反饋。大型家電也需要額外集成電路，用于感應/測量物理量，完成過(guò)程和功能選擇，以及驅動(dòng)最終控制元件。本文介紹了另一種將眾多家用電器功能集成到一個(gè)可編程片上系統(PSoC)控制器的方法，這種方法非常靈活、成本低，能夠讓家用電器擁有大量差異化的特性。

　　圖 1.可編程片上系統

　　將復雜系統(如大型家電)的眾多功能集成到單一集成電路之中，需要采用不同的設計方法。具體而言，可編程片上系統控制器擁有模擬和數字式外設，它們通過(guò)高度可配置的信號矩陣和數據總線(xiàn)網(wǎng)格相連接，從而支持創(chuàng )建定制設計。圖2所示為集成了一臺家電眾多功能的PSoC的方框圖。

　　圖 2.基于PSoC的家電解決方案的方框圖

　　用戶(hù)界面--觸摸感應

　　用戶(hù)界面是可以集成到可編程片上系統控制器的最重要功能之一。電容式觸摸傳感器外觀(guān)美麗、易于使用，與機械式傳感器、按鍵、控制旋鈕相比，使用壽命更長(cháng)。但是，家電對前面板設計的要求非常嚴格：

　　· 覆蓋層(PCB上的電介質(zhì)材料)必須比較厚，一般超過(guò)5毫米。

　　· 傳感器需要拒絕電器產(chǎn)生的電氣噪音，以避免誤判觸摸。

　　為了滿(mǎn)足這些要求，電容式傳感器需要具有高信噪比(SNR)。此外，對于需要用到液體或者在被液體環(huán)繞的家用電器而言，其觸摸板還必須防水。這是因為覆蓋層即使存在水滴或積水也不能引起誤判觸摸。

　　此外，機械按鍵和旋鈕提供觸覺(jué)反饋，這樣可方便用戶(hù)了解是否已正確按下按鍵或者旋鈕已經(jīng)轉動(dòng)了多少。具有觸摸感應功能的電器可以設置觸覺(jué)反饋，還可使用小電機，形成振動(dòng)，以響應觸摸。然而，這種觸覺(jué)反饋對大型家電而言是不切實(shí)際的。因此，設計基于電容式觸摸的用戶(hù)界面時(shí)，設計人員應該確保，設計中使用的電容式傳感器能夠提供充分的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)反饋。請考慮下面的徑向滑條示例：

　　圖 3.徑向滑條示例

　　徑向滑條是一種旋轉控制裝置---類(lèi)似于機械旋鈕---通常用于控制連續變化的量，如烤箱的加熱水平(溫度)。徑向滑條可以檢測到手指的運動(dòng)，并且可將旋轉度讀取為所需的輸入值。PCB中的滑條布局實(shí)際由單獨的多個(gè)傳感器組成;圖3中，該滑條由7個(gè)傳感器組成。所有傳感器所產(chǎn)生的信號用于計算手指在滑條上的位置。在上述例子中，滑條周?chē)胖玫囊唤MLED負責提供視覺(jué)反饋。這些LED只能通過(guò)控制器來(lái)轉動(dòng)，而且轉動(dòng)之后，即可追蹤到用戶(hù)的手指位置。此外，聽(tīng)覺(jué)反饋由壓電揚聲器提供，這個(gè)揚聲器由控制器上集成的PWM驅動(dòng)。

　　PCB的其它元件(如屏蔽電極)可用于向前面板提供防水性。電容式感應技術(shù)還可以用于添加其它的差異化特性，譬如接近感應，從而讓用戶(hù)界面更加直觀(guān)。通過(guò)接近感應，前面板可檢測到用戶(hù)手部的存在，因為隨著(zhù)手的接近，系統會(huì )自動(dòng)打開(kāi)面板。多個(gè)接近傳感器同樣可以完成姿勢檢測。如欲了解有關(guān)在可編程片上系統IC中使用電容感應技術(shù)的更多詳情，敬請參見(jiàn)PSoC 4 CapSense設計指南。

　　用戶(hù)界面--顯示器

　　用戶(hù)界面中通常使用段式LCD和LED顯示字母數字數據。段式LCD成本和功耗較低，可直接由系統控制器驅動(dòng)。段式LED的可視角度非常好，同LCD相比，不需要背光。

　　段式LED還可以進(jìn)行多路復用，從而減少所需的引腳數量。一般而言，這種多路復用是在固件中完成的?；诠碳腖ED驅動(dòng)需要消耗寶貴的CPU周期，顯示器刷新可能無(wú)法做到均勻或可靠，這具體取決于固件。實(shí)現定制LED多路復用邏輯的更好方法是：在可編程片上系統控制器之中采用可編程數字模塊?？删幊虜底帜K創(chuàng )建的電路可獨立于CPU工作，類(lèi)似于外部LED驅動(dòng)器。圖4顯示了采用可編程邏輯模塊實(shí)現的定制LED驅動(dòng)器邏輯的原理圖。請注意，此設計中只需要5個(gè)引腳即可驅動(dòng)20個(gè)LED。

　　圖 4.采用可編程數字模塊的定制LED驅動(dòng)器

　　其它集成功能

　　大型家電包含多個(gè)模擬傳感器，這些傳感器可用于測量溫度、液位等量。減少外部信號調理電路數量的一種有效方式是利用控制器中的可編程模擬模塊。圖5中的原理圖顯示了集成了溫度補償功能的負載測量電路。

　　圖 5.模擬傳感器界面

　　可編程模擬模塊和數字模塊還可以簡(jiǎn)化家電中的最終控制元件，譬如加熱線(xiàn)圈或電機。通過(guò)詳細計劃的精心設計，設計人員可以將多個(gè)功能集成到單個(gè)可編程片上系統中，從而對家電產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化。這樣做既可以降低BOM成本，提高靈活性(即，多個(gè)系列的大型家電均可使用同一設備，只需要對固件進(jìn)行稍許修改即可)，而且還提供了差異化的市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)特性。