TrueTouch 電容觸摸屏方案的通訊接口設(shè)計

　　隨著手機、PDA等便攜式電子產(chǎn)品的普及，人們需要更小的產(chǎn)品尺寸和更大的LCD顯示屏。受到整機重量和機械設(shè)計的限制，人機輸進(jìn)接口開始由傳統(tǒng)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奇的多點觸摸功能，開始成為便攜式產(chǎn)品的新熱門，并顯現(xiàn)出成為主流輸進(jìn)接口方式的趨勢。

　　一、 Cypress TrueTouch?電容觸摸屏方案介紹

　　Cypress PSoC 技術(shù)將可編程模擬 / 數(shù)字資源集成在單顆芯片上，為感應(yīng)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(lǐng)域。配合高效靈活的PSoC Designer 5.0 開發(fā)環(huán)境，Cypress TrueTouch?方案正在業(yè)界獲得廣泛的應(yīng)用。

　　圖一是Cypress TrueTouch?方案中經(jīng)常使用的軸坐標(biāo)式感應(yīng)單元矩陣的圖形，類似于觸摸板，將獨立的ITO 感應(yīng)單元串聯(lián)在一起可以組成Y 軸或X 軸的一個感應(yīng)單元，行感應(yīng)單元組成Y 軸，列感應(yīng)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(qū)動激勵信號，列單元上進(jìn)行感應(yīng)，有別于激勵和感應(yīng)的是同一感應(yīng)單元的自電容方式），可以應(yīng)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（圖二）。它通過互電容檢測的方式可以完全消除“鬼點”，當(dāng)有多個觸摸點時,僅當(dāng)某個觸摸點所在的行感應(yīng)單元被驅(qū)動，列感應(yīng)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 / 列交叉處觸摸點的盡對位置。

圖一、軸坐標(biāo)式感應(yīng)單元矩陣的圖形

圖二、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

　　圖三顯示了Cypress TrueTouch?方案的不同應(yīng)用領(lǐng)域，包括觸摸按鍵，圖像的兩手指手勢操縱，以及同時識別多點觸摸位置和控制多個目標(biāo)。

　　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(xiàn)物理通訊，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(zhuǎn)），也可以提供專用的API 給用戶，用戶端獲得多點坐標(biāo)后通過API 運算識別更多的或者自定義的手勢。API 使用標(biāo)準(zhǔn)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(fā)的工作量。

　　1. TX 通訊接口

　　Cypress Designer 5.0 提供了TX8SW用戶模塊，可以實現(xiàn)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(shè)定相應(yīng)的I/O口，波特率，極性和停止位數(shù)。TX8SW接口不占用PSoC的數(shù)字 / 模擬模塊資源，提供了從PSoC到主機的單向通訊連接。

　　2. I2C 通訊接口

　　Cypress Designer 5.0 提供了多個I2C通訊的用戶模塊，包括I2CHW（答應(yīng)多主機通訊，可以設(shè)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的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)I2C總線接口兼容，而且不占用PSoC的數(shù)字 / 模擬模塊資源，提供了從PSoC到主機的100 kbps / 400 kbps速率雙向通訊連接。

　　PSoC 與主機I2C 通訊時，通常是對所有的行 / 列感應(yīng)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(yīng)中斷并讀出所需的數(shù)據(jù)。以下方法可以確保主機讀出數(shù)據(jù)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(yīng)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(shù)器，等待直到主機讀出全部數(shù)據(jù)
while (EzI2Cs_bRAM_RWcntr != sizeof(I2Cregs)) {};
…; // 運行其它用戶代碼
}

　　主機對I2C Structure 特定字節(jié)寫進(jìn)預(yù)定義數(shù)據(jù)后，可以通知PSoC 進(jìn)進(jìn)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(jìn)進(jìn)休眠，PSoC 通過Sleep Timer 定期喚醒自己進(jìn)進(jìn)定期工作模式，檢測部分感應(yīng)單元（如僅掃描行單元）來獲知是否有用戶激活事件。假如有激活事件就通過中斷喚醒主機并進(jìn)進(jìn)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(quán)的均勻值，例如：一秒內(nèi)喚醒PSoC 4 次進(jìn)進(jìn)工作模式檢測，每次檢測16ms@3.2mA，其它時間進(jìn)進(jìn)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 下將封閉Analog / Digital UM，使所有GPIO 不形成電流通路，使能I2C 通訊引腳的外部中斷喚醒，然后進(jìn)進(jìn)Sleep mode，主機隨后可以調(diào)用一次I2C 讀或?qū)懯录韱拘裀SoC。

　　3. SPI 通訊接口

　　Cypress Designer 5.0 提供了SPIM（設(shè)定為主機模式），和SPIS（設(shè)定為從機模式） UM。它們使用Tx Buffer / Rx Buffer，Control / Shift寄存器和Digital通訊模塊，實現(xiàn)了8bit全雙工同步通訊。用戶可以選擇SCLK（由SPI主機產(chǎn)生來設(shè)定通訊bps）頻率和極性，LSB First等屬性以支持SPI mode 0, 1, 2和3（見表一）。

表一、SPI 模式選擇

　　4. USB 通訊接口

　　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(shè)定VendorID /ProductID / VendorString / ProductString / SerialNumberType /SerialNumberString / DevicePower / MaxPower這些參數(shù)后，編譯項目就可以自動天生INF文件。當(dāng)PSoC與PC連接后，PC安裝這個INF文件，雙方就可以進(jìn)行雙向通訊。

　　USBFS支持Control / Interrupt / Bulk / Isochronous 傳輸，提供了USB IN / OUT控制節(jié)點的底層驅(qū)動模式，解釋來自USB Host的請求并分配給相應(yīng)的函數(shù)。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(shù)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(jù)具體應(yīng)用的需要靈活選擇通訊接口（見表二）：

　　電容式觸摸屏的優(yōu)點正在被廣泛認(rèn)可，其增強的耐用性、優(yōu)雅的人機界面帶給消費者全新的操縱體驗。隨著電容式觸摸屏市場的逐漸擴大，靈活的通訊接口選擇將有助于Cypress TrueTouch?電容觸摸屏方案更好的為用戶服務(wù)。