具有触摸感应接口的触摸界面的应用

 如果您的设计具有任何类型的用户界面，您可能很清楚接管传统按钮和开关的各种类型的触摸感应接口。触摸界面在风格和可用性方面具有许多优点。除了其他好处之外，它们还可以降低制造成本并提高可靠性我使用术语“可能”，因为为实现这一目标必须满足许多设计因素，但人们普遍认为精心设计的触摸界面比机械开关阵列更可靠。

迁移到触摸传感接口的应用设计人员(图1)正在寻找易于集成的相当坚固，低成本和低功耗的解决方案。分段式LCD历来是一种流行的选择，并且在各种医疗和工业应用中继续发展。然而，近年来，使用TFT，OLED和CSTN显示技术的图形显示器的使用已经显着增加。这些显示器越来越多地使用多点触控操作界面，提供直观的菜单，生动的图形和用户喜欢的触摸面板交互。

图1：具有离散触摸按钮的典型操作员界面。

添加混合物是自带设备(BYOD)现象，这是允许员工在其工作场所携带和使用个人拥有的移动设备的商业惯例，包括智能手机，平板电脑和笔记本电脑运行触摸友好型操作系统(如Windows 8)的PC。

最常用的触摸技术是电阻式，表面电容式，投射电容式，表面声波，弯曲波和红外线。其中三个现在得到了很多关注。

与电容式相比，电阻式触摸更加坚固，不易受到电气干扰。它依赖于压力来引起两层之间的接触，并且这些层不像电容版本那样透射，因此显示器不那么明亮。然而，它们是多功能的 - 它们可以用手指，指甲，手写笔或任何其他物体操作 - 并且可以接受签名。

有两种基本类型的电容式触摸系统(图2)：投射电容和表面电容。 Surface具有使用戴手套的手指工作的优势 - 在某些设备中必不可少 - 但投射电容具有更好的分辨率。预计是目前的最爱。

图2：iPhone于2007年成为首批使用电容式触摸屏的智能手机之一。

投射电容技术本身有两种传感方法; “自电容”和“互电容”。互电容是最常用的，特别是对于大于3英寸的屏幕，它支持多次或多次触摸，而自电容限制为两种。

有微控制器可提供完整的触摸界面，用于分段和图形显示;有些人还拥有完整的图形或LCD显示控制器。现在让我们根据所使用的触摸技术检查一系列触摸界面MCU。

一些优秀的触控接口MCU

Cirrus Logic的EP9307(图3)是一款值得注意的处理器，具有图形控制和电阻式触控功能。它是一款基于ARM920T的片上系统(SoC)，具有大型外设，适用于各种应用，如瘦客户端计算机，Internet广播，工业计算机和专用终端。

其电阻式触摸屏界面使用12位A/D转换器。触摸屏界面可对各种模拟触摸屏执行所有采样，平均，范围检查和控制。该控制器仅在发生有意义的更改时中断处理器。它支持四线，五线，七线或八线模拟电阻式触摸屏。

图3：EP9307是Cirrus Logic的基于ARM920T的SoC。

德州仪器(TI)生产多种分立式触摸控制器 - 电阻式和电容式。但在这里我们只关注MCU。对于由4 x 4矩阵传感器组成的小型触摸屏或触摸按键阵列，您可能需要考虑低功耗16位MSP430G255。该器件具有高达16 KB的闪存和512字节的RAM，以及8个10位A/D输入 - 四个用于触摸传感器阵列的垂直和水平尺寸。 TI还为MSP430提供免费电容式触摸库和多种带触摸屏的设计套件。此设备上没有图形控制器。

使用任何微控制器的传统A/D转换器进行电容式触摸接口的缺点是微控制器必须“清醒”并定期扫描传感器阵列，以便快速检测并响应用户输入操作。

Atmel的ATSAM4LC4AA(图4)有一个LCD驱动器模块，最多可容纳13个段和4个公共端子。它还有一个电容式触摸模块(CATB)，最多可支持26个按钮。

图4：Atmel的SAM4L系列是基于32位ARM®Cortex™-M4 RISC处理器的闪存微控制器系列的成员，运行频率高达48 MHz。

该处理器运行高达48 MHz的Cortex-M4，闪存无等待状态，并具有内存保护单元，可提高可靠性和安全性。它具有低至90μA/MHz的有源电流和可配置的电压调节功能。它具有高性能和高效率，具有28个核心标记/mA。更重要的是，它具有256 KB的闪存，32 KB的RAM和一个三通道12位A/D转换器。 MCU具有USB端口和外设事件系统，允许外设在没有CPU干预的情况下接收，响应和启用外设事件。异步中断允许在低功耗模式下进行高级外设操作。

Microchip的16位PIC24FJ256DA210 MCU具有图形LCD控制器，带有三个硬件加速器，一个触摸接口和一个USB 2.0 OTG。该芯片将以30 Hz，16位/像素处理640 x 480 STN或TFT显示器。该器件的充电时间测量单元(CTMU)模块提供精确的差分时间测量，便于使用A/D转换器通道的电容式触摸传感器接口。它的时间测量分辨率为1 ns。

该器件的CPU在32 MHz时产生16 MIPS，并具有8 MHz内部振荡器，256 KB闪存和96 KB SRAM。 MCU具有17 x 17位单周期硬件乘法器，32 x 16位硬件分频器，16 x 16位工作寄存器阵列和C编译器优化指令集。它有24个10位500 Ks/s A/D转换器通道，3个比较器，工作电压为2.2到3.6 V.

PIC24FJ256有一个完整的开发套件，指定为DV164039(图5)，其中包括一个240 x 320的TFT显示屏。

图5：Microchip DV164039-ND开发套件。

图形类型显示器中的新星是投射电容式的。投射电容式触摸传感器通过测量由于人手指或其他物体的影响而导致的电极上的微小电容变化来操作。根据Microchip的说法，他们的投射电容软件可与10位A/D转换器配合使用。该代码能够在传感器通道之间插入128个点。作为参考，根据Microchip的说法，5 mm标准间距传感器上的128个点提供了39μm的实际“插值间距”。相比之下，人发平均为100μm。

飞思卡尔在具有图形显示驱动器和触摸界面控制的处理器方面有很多不错的选择。飞思卡尔的免费Xtrinsic触摸传感软件套件(TSS)3.0支持大量具有触摸感应输入(TSI)嵌入式硬件模块的飞思卡尔MCU。

据称TSI模块(图6)提供高灵敏度和增强鲁棒性的电容式触摸传感检测。每个TSI引脚通过电流源扫描实现电容测量，对电极充电和放电一次或多次。参考振荡器勾选扫描时间，并在扫描完成时将结果存储在16位寄存器中。

图6：飞思卡尔TSI电路。

飞思卡尔Kinetis MK70FN1M0VMJ15 MCU包括150 MHz Cortex-M4内核，图形LCD控制器，TSI触摸控制器，IEEE 1588以太网MAC，USB 2.0 On-The-Go以及硬件加密和篡改检测功能。它具有1 MB闪存，8 KB指令和数据缓存，并采用196和256引脚MAPBGA封装。 K70系列器件包括单精度浮点单元和NAND闪存控制器。 256引脚版本包括用于系统扩展的DRAM控制器。该芯片的图形LCD控制器支持高达800 x 600的分辨率。

飞思卡尔的另一款值得考虑的是167 MHz，32位ColdFire MCF52277，它提供了一种直接的方式来增加对图形SVGA LCD接口和电容式触摸屏控制的支持。该芯片具有128K的SRAM以及USB和CAN模块，并且没有内部闪存。它具有串行启动闪存和灵活的外部总线，采用1.4 V~1.6 V电源供电。该芯片的LCD控制器可处理24位/像素，60 Hz刷新至SXGA(1280 x 1024)分辨率，以及三个平面(XGA)+ 1光标平面。

该MCU采用交叉开关技术(XBS)，可以从多个总线主控器同时访问外设或RAM，以及16通道DMA控制器。它采用196 MAPBGA封装。还提供评估板(图7)，名为M52277EVB。

图7：飞思卡尔M52277EVB ColdFire MCU评估板。

总之，对于各种触摸界面，有许多好的解决方案。工程师将发现他们可以使用A/D转换器，单独的触摸控制器或与处理器集成的控制器来读取触摸显示器。重要的是要记住，您还需要一些非常好的软件驱动程序。