電容式觸摸屏的通訊接口設計方案

隨著手機、PDA等便攜式電子產品的普及，人們需要更小的產品尺寸和更大的LCD顯示屏。受到整機重量和機械設計的限制，人機輸入接口開始由傳統的機械按鍵向電阻式觸摸屏過渡。2007年iPhone面世并取得了巨大成功，它采用的電容式觸摸屏提供了更高的透光性和新穎的多點觸摸功能，開始成為便攜式產品的新熱點，并顯現出成為主流輸入接口方式的趨勢。

一、 Cypress TrueTouch?電容觸摸屏方案介紹

Cypress PSoC技術將可編程模擬/數字資源集成在單顆芯片上，為感應電容式觸摸屏提供了TrueTouch?解決方案，它涵蓋了從單點觸摸、多點觸摸識別手勢到多點觸摸識別位置的全部領域。配合高效靈活的PSoC Designer 5.0 開發環境，Cypress TrueTouch?方案正在業界獲得廣泛的應用。

圖1是Cypress TrueTouch?方案中經常使用的軸坐標式感應單元矩陣的圖形，類似于觸摸板，將獨立的ITO 感應單元串聯在一起可以組成Y 軸或X 軸的一個感應單元，行感應單元組成Y 軸，列感應單元組成X 軸，行和列在分開的不同層上。多點觸摸識別位置方法是基于互電容的觸摸檢測方法（行單元上加驅動激勵信號，列單元上進行感應，有別于激勵和感應的是同一感應單元的自電容方式），可以應用于任何觸摸手勢的檢測，包括識別雙手的10 個手指同時觸摸的位置（圖2）。它通過互電容檢測的方式可以完全消除“鬼點”，當有多個觸摸點時，僅當某個觸摸點所在的行感應單元被驅動，列感應單元被檢測時，才會有電容變化檢測值，這樣就可以檢測出多個行 / 列交*處觸摸點的絕對位置。

圖1 軸坐標式感應單元矩陣的圖形

圖2 Cypress TrueTouch 多點觸摸識別位置

方案同時顯示了5 個手指觸摸點的位置。

圖3顯示了Cypress TrueTouch?方案的不同應用領域，包括觸摸按鍵，圖像的兩手指手勢操作，以及同時識別多點觸摸位置和控制多個目標。

圖3 Cypress TrueTouch? 電容觸摸屏方案

二、Cypress TrueTouch?電容觸摸屏的通訊接口

Cypress TrueTouch?電容觸摸屏主要通過TX / I2C / SPI / USB 與主機實現物理通信，TrueTouch?芯片可以直接報告一些基本手勢（如兩點觸摸的平移 / 縮放 / 旋轉），也可以提供專用的API 給用戶，用戶端獲得多點坐標后通過API 運算識別更多的或者自定義的手勢。API 使用標準C 語言編寫，可以運行在51 / ARM 等多個平臺，這大大簡化了用戶端軟件開發的工作量。

1. TX 通信接口

Cypress Designer 5.0 提供了TX8SW用戶模塊，可以實現7 / 8位RS-232格式的軟件串行接口，支持115200，57600，38400，19200，9600，4800，2400，and 1200 bps的傳輸速度。用戶可以在代碼中設定相應的I/O口，波特率，極性和停止位數。TX8SW接口不占用PSoC的數字 / 模擬模塊資源，提供了從PSoC到主機的單向通信連接。

2. I2C 通信接口

Cypress Designer 5.0 提供了多個I2C通信的用戶模塊，包括I2CHW（允許多主機通信，可以設定為主機或從機，支持7位/10位尋址模式），EzI2Cs（工作為從機模式，占用ROM/RAM資源最少），I2Cm（工作為主機模式）和I2Cs（工作為從機模式）。這幾種I2C模塊都與Philips的工業標準I2C總線接口兼容，而且不占用PSoC的數字 / 模擬模塊資源，提供了從PSoC到主機的100 kbps / 400 kbps速率雙向通信連接。

PSoC 與主機I2C 通信時，通常是對所有的行 / 列感應單元觸摸檢測完成后，通過一個GPIO 報告中斷給主機，主機響應中斷并讀出所需的數據。以下方法可以確保主機讀出數據的完整性：

While（1）｛

TSX_ScanAllSensors（）; // TSX 是Cypress 互電容檢測方式用戶模塊

TSX_UpdateAllBaselines（）; // 更新感應單元Baseline

TSX_GetCentroids（）; // 獲得多點的位置

TSX_ReportINTwithOvertime（）; // 向主機報告中斷，有超時控制

// 檢測EzI2Cs 用戶模塊的RAM 讀/寫計數器，等待直到主機讀出全部數據

while （EzI2Cs_bRAM_RWcntr ！= sizeof（I2Cregs））｛｝;

…; // 運行其它用戶代碼

｝

主機對I2C Structure 特定字節寫入預定義數據后，可以通知PSoC 進入待機模式（定期工作模式 + 定期休眠模式）或完全休眠模式。PSoC 在待機模式下主機可以進入休眠，PSoC 通過Sleep Timer 定期喚醒自己進入定期工作模式，檢測部分感應單元（如僅掃描行單元）來獲知是否有用戶激活事件。如果有激活事件就通過中斷喚醒主機并進入PSoC工作模式；沒有就再次休眠并定期喚醒自己以降低功耗，實際的電流功耗是工作模式和休眠模式以時間加權的平均值，例如：一秒內喚醒PSoC 4 次進入工作模式檢測，每次檢測16ms@3.2mA，其它時間進入休眠模式@3uA，實際的電流功耗 = （16ms ＊ 4 ＊ 3.2mA + （1000ms – 16ms ＊ 4）＊ 3uA ） / 1000ms ～= 0.208 mA。

PSoC Sleep mode 下將關閉Analog / Digital UM，使所有GPIO 不形成電流通路，使能I2C 通信引腳的外部中斷喚醒，然后進入Sleep mode，主機隨后可以調用一次I2C 讀或寫事件來喚醒PSoC。

3. SPI 通信接口

Cypress Designer 5.0 提供了SPIM（設定為主機模式），和SPIS（設定為從機模式） UM。它們使用Tx Buffer / Rx Buffer，Control / Shift寄存器和Digital通信模塊，實現了8bit全雙工同步通訊。用戶可以選擇SCLK（由SPI主機產生來設定通信bps）頻率和極性，LSB First等屬性以支持SPI mode 0，1，2和3（見表1）。

表1 SPI 模式選擇

4. USB 通信接口

Cypress Designer 5.0 提供了USBUART（使用USB接口來模擬一個COM口），和USBFS UM。

USBUART使用時在PSoC端和PC端就像使用串行口一樣方便，用戶在設定VendorID /ProductID / VendorString / ProductString / SerialNumberType /SerialNumberString / DevicePower / MaxPower這些參數后，編譯項目就可以自動生成INF文件。當PSoC與PC連接后，PC安裝這個INF文件，雙方就可以進行雙向通信。

USBFS支持Control / Interrupt / Bulk / Isochronous 傳輸，提供了USB IN / OUT控制節點的底層驅動模式，解釋來自USB Host的請求并分配給相應的函數。通過USBFS Setup Wizard可以很方便的配置器件描述符，用戶還可以將USB配置成HID（Human Interface Devices）器件或通用USB器件。

USBUART和USBFS接口都不占用PSoC的數字 / 模擬模塊資源，提供了從PSoC到主機的USBFull Speed雙向連接。

三、Cypress TrueTouch?電容觸摸屏不同通訊接口的選擇

選用Cypress TrueTouch?觸摸屏解決方案時，可以根據具體應用的需要靈活選擇通訊接口（見表2）。

表2