基于觸摸的界面已經(jīng)從高端消費(fèi)產(chǎn)品的特殊功能轉(zhuǎn)變?yōu)橄M(fèi)者對(duì)任何產(chǎn)品（甚至是廉價(jià)電器）都需要的通用功能。對(duì)設(shè)計(jì)人員來說，好消息是基于電容的觸摸感應(yīng)需要最簡單的傳感器硬件——蝕刻在印刷電路板 PCB 上的電極。但是，正確設(shè)計(jì)觸摸功能需要在微控制器 （MCU） 上使用相對(duì)復(fù)雜的軟件和/或一些專用硬件加速，具體取決于應(yīng)用程序和按鍵數(shù)量。盡管如此，電容式觸控界面的制造成本仍然很低，而且觸控面板非?？煽浚词乖趷毫拥沫h(huán)境中也是如此。因此，觸摸界面的趨勢將不可避免地繼續(xù)下去。

　　觸摸板復(fù)雜性和 MCU

　　幾乎任何 MCU 都可以處理基本的觸摸感應(yīng)。例如，Microchip支持多種觸控技術(shù)，但電容分壓器 （CVD） 方案適用于公司所有集成了 A/D 轉(zhuǎn)換器的 MCU 產(chǎn)品組合，包括 6 引腳PIC10產(chǎn)品系列的成員。CVD 技術(shù)依賴 A/D 轉(zhuǎn)換器的采樣和保持電容器作為參考，轉(zhuǎn)換器通過感應(yīng)電壓電平來檢測觸摸。

　　8 位 MCU 細(xì)分市場的低端設(shè)備可能只能處理幾個(gè)按鍵。更高端的 8 位 MCU 可以處理更多的按鍵。據(jù) Microchip 稱，PIC168 位系列是公司 8 位產(chǎn)品組合的中檔產(chǎn)品，包括多達(dá) 30 個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器通道和一個(gè)基于 CVD 觸摸方案的電容式觸摸系統(tǒng)。它還需要每個(gè)電極一個(gè)通道。

　　但 A/D 通道數(shù)不一定是限制設(shè)計(jì)人員可以使用任何 MCU 實(shí)現(xiàn)的按鍵數(shù)量的設(shè)計(jì)方面。根據(jù) Microchip 的說法，由于每個(gè)傳感器需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量，內(nèi)存會(huì)限制鍵的數(shù)量。

　　Microchip 免費(fèi)向客戶提供觸控軟件，包括源代碼。該軟件執(zhí)行多種功能以確保準(zhǔn)確性，包括過濾 60 Hz 噪聲和高頻噪聲，以及針對(duì)溫度和濕度等環(huán)境因素調(diào)整參數(shù)。當(dāng)然，MCU 也會(huì)不斷地掃描將通道復(fù)用到 A/D 轉(zhuǎn)換器的按鍵。

　　根據(jù) Microchip 的說法，典型的基于 PIC16 的實(shí)現(xiàn)可能支持 22 個(gè)按鍵，需要大約 80% 的 MCU 處理時(shí)間來運(yùn)行觸摸界面并提供 100 到 200 毫秒范圍內(nèi)的最大響應(yīng)時(shí)間。據(jù) Microchip 稱，客戶通常會(huì)實(shí)施 4 到 10 個(gè)傳感器。

　　充電時(shí)間測量單元

　　Microchip 使用稱為充電時(shí)間測量單元 （CTMU） 的模擬外設(shè)在某些 MCU 上支持不同的觸摸感應(yīng)方法。CTMU 并非專為觸控而開發(fā)，但可用于觸控應(yīng)用，并且需要較少的處理器開銷。

　　CTMU 使用恒流源對(duì)觸摸電路重復(fù)充電一段特定時(shí)間，并通過 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)電壓進(jìn)行采樣。當(dāng)沒有手指存在時(shí)，觸摸電路將充電至較高電壓，或在觸摸傳感器時(shí)充電至較低電壓。

　　CTMU 方案允許 MCU 支持與 A/D 通道一樣多的按鍵。它支持低至 4 ?s 的鍵掃描時(shí)間。Microchip 在選定的 8 位PIC18和 16 位PIC24中提供外設(shè)產(chǎn)品。例如，通用PIC18F45K22 MCU 和支持 USB 的PIC18F46J50 MCU 包括 CTMU。在 16 位系列中，通用PIC24F04KA201 MCU、支持 USB 的PIC24FJ64GB004 MCU 和集成 LCD 控制器的PIC24FJ256DA210 MCU 都包含 CTMU。

　　觸摸專用硬件

　　瑞薩電子以不同的方式處理觸摸感應(yīng)。該公司的大多數(shù) MCU 都可以在軟件中支持觸摸界面。但瑞薩做出了不提供和支持觸控軟件的戰(zhàn)略決定，因?yàn)閾?jù)該公司稱，軟件實(shí)施太容易受到組件漂移、噪音和影響準(zhǔn)確性的影響。

　　反而，瑞薩面向 16 位R8C MCU 系列的成員，這些成員具有用于觸摸應(yīng)用的稱為傳感器控制單元 （SCU） 的外圍設(shè)備。SCU 基于狀態(tài)機(jī)、比較器和定時(shí)器，當(dāng)它們組合在一起時(shí)，可以感應(yīng)觸摸并在硬件中執(zhí)行噪聲對(duì)抗和連續(xù)系統(tǒng)校準(zhǔn)。MCU 系列包括可以感應(yīng)多達(dá) 36 個(gè)按鍵的設(shè)備，而這些設(shè)備僅使用主機(jī) MCU 的 15% 的計(jì)算能力。

　　瑞薩電子方案依賴于一個(gè)比較器來測量參考電路和觸摸電路的充電和放電。該方案使用定時(shí)器來測量觸摸電路降至閾值以下所需的時(shí)間。

　　據(jù)瑞薩電子稱，功耗是專用硬件的另一個(gè)優(yōu)勢。該公司的 MCU 在掃描鍵盤進(jìn)行輸入時(shí)可以使用低至 16 ?A 的電流。瑞薩在工業(yè)軟件實(shí)施中看到的最低功耗在 30 ?A 范圍內(nèi)。瑞薩電子引導(dǎo)客戶使用 R8C MCU，無論是在獨(dú)立場景中處理觸摸和應(yīng)用功能，還是作為需要更快處理器的應(yīng)用的專用觸摸控制器。

　　軟件支持

　　飛思卡爾的軟件和硬件方案方法是為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供一致的軟件接口的靈活性，以及？？使用具有專用觸摸硬件的 MCU 或依賴軟件算法的標(biāo)準(zhǔn) MCU 的選擇。該公司的 Xtrinsic 觸摸傳感軟件 （TSS） 提供與嵌入式軟件開發(fā)人員相同的接口，而與 MCU 的硬件功能無關(guān)。TSS 適用于沒有專用觸摸硬件的8 位 HCS08和32 位 Coldfire MCU 系列，以及包含公司觸摸感應(yīng)輸入 （TSI） 外設(shè)的 32 位 ColdFire+ 和KineTIs MCU 系列。

　　飛思卡爾支持 HCS08 和 Coldfire 的多種觸摸算法。也許最簡單的是 GPIO 并使用通用 I/O 線。這種基于定時(shí)器的方案測量與傳感器電極并聯(lián)的外部電容器充電需要多長時(shí)間。如果存在觸摸，則電壓需要更長的時(shí)間才能充電到設(shè)定的閾值。

　　TSI 外設(shè)完全卸載了 MCU 的觸控感應(yīng)任務(wù)，支持 16 鍵。飛思卡爾表示，支持 TSI 的 MCU 可以在低至 1 ?A 的電流下運(yùn)行，并且在觸摸按鍵時(shí)仍可喚醒。

　　分層架構(gòu)允許設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)鍵盤、滑塊和旋轉(zhuǎn)傳感器使用相同的接口，無論是否存在 TSI 模塊。它還允許設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在沒有 TSI 的情況下在多種觸摸算法中進(jìn)行選擇。

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