談到觸摸感應(yīng)，無論是在MCU還是在傳感器市場上，都是增長最快的份額之一。電容式的感應(yīng)產(chǎn)品正在以非?？斓乃俣冗M(jìn)入觸摸感應(yīng)的整體技術(shù)市場。據(jù)預(yù)測顯示，2011年的單年觸摸感應(yīng)半導(dǎo)體需求將達(dá)到30億美元。到2011年僅手機(jī)應(yīng)用中的觸摸感應(yīng)份額將增長到4億件。這是一個(gè)非?？捎^的數(shù)字。
電容式觸摸感應(yīng)
應(yīng)用最廣的是電阻式的觸摸感應(yīng)方案，但是電容式的觸摸感應(yīng)方案擁有增長最快的份額。電容式觸摸感應(yīng)方案之所以是增長最快的方案的原因有一下幾點(diǎn)：第一，在各種各樣的便攜式設(shè)備中，觸摸感應(yīng)的方案的應(yīng)用會越來越廣；第二，隨著制造成本的降低，電容式的方案會越來越多，電容式的方案的可制造性也會越來越強(qiáng)，體現(xiàn)在無論是工業(yè)應(yīng)用還是便攜式產(chǎn)品的應(yīng)用；第三，由IPOD效應(yīng)引發(fā)的其他供應(yīng)商大量跟進(jìn)電容式觸摸感應(yīng)方案。
硬件方案和軟件方案
觸摸感應(yīng)的方案一般用在觸摸面板、觸摸按鍵、觸摸屏這類方面。醫(yī)療設(shè)備、工廠自動化、家用電器、汽車、手持通信設(shè)備、電腦外設(shè)等等都是飛思卡爾觸摸感應(yīng)方案包括專用芯片和軟件方案適用的領(lǐng)域。
硬件方案
在選用芯片時(shí)，可以針對不用領(lǐng)域進(jìn)行選擇，比如消費(fèi)級、工業(yè)級和汽車級的芯片等。
飛思卡爾的芯片硬件方案主要有MPR121：性能較高，1.71V至3.6V、12 個(gè)電極，鍵盤、I2C、3mmx3 mm 20QFN封裝；MPR031 ：小型方案，1.71V至2.75V、2 或 3 個(gè)電極，鍵盤、I2C、2 mmx2 mm 8UDFN 封裝；MPR083/084：基于MCU，1.8V至3.6V、8 個(gè)電極，轉(zhuǎn)輪和鍵盤、I2C， 5 mmx5 mm 16QFN；MC33941 ：電場感應(yīng)產(chǎn)品。
MPR121是飛思卡爾較新的專用的觸摸傳感器。它的明顯優(yōu)勢是功耗比較低，可以到29μA，低電源電流為便攜式應(yīng)用提供強(qiáng)大的低功耗優(yōu)勢。
達(dá)12個(gè)電極的檢測，每個(gè)電極和獨(dú)立設(shè)置，也可以把12個(gè)電極在內(nèi)部連接起來合成一個(gè)虛擬電極，進(jìn)行接近檢測，比如可以把手機(jī)拿起來貼近自己的臉。它可以同時(shí)具備按鍵檢測和接近檢測，工作電壓在1.71V至3.6V，具有在MPR031基礎(chǔ)之上第二代優(yōu)化的內(nèi)部算法，有獨(dú)立的自動算法和獨(dú)立校準(zhǔn)和自動配置功能。使用起來非常簡單，只需要一個(gè)外部元器件，一個(gè)濾波電容就可以工作了。不需要加其他的元器件就可以工作，使用方便簡單。
作為飛思卡爾觸電容式摸傳感器芯片第二代產(chǎn)品MPR121，有智能、靈活、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，有獨(dú)立的校準(zhǔn)功能，可以簡化觸摸應(yīng)用設(shè)計(jì)。隨著采樣率的降低，功耗也可進(jìn)一步降低。智能方面表現(xiàn)在可以對產(chǎn)品自動校驗(yàn)維護(hù)。靈活性表現(xiàn)在用戶使用上功能都是自動實(shí)現(xiàn)的，不需要設(shè)置，會根據(jù)電極的變化自動調(diào)整，比如環(huán)境溫度濕度變化時(shí)，并且走線簡單，使用起來方便靈活。
MPR121特性有：支持多達(dá) 12 個(gè)觸摸電極，1.71 V 至 3.6 V 的工作電壓，29μA 的平均電源電流。在 64ms 的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)對所有 12 個(gè)電極進(jìn)行監(jiān)控。對每個(gè)電極進(jìn)行連續(xù)的獨(dú)立自動校準(zhǔn)，每個(gè)電極有各自的觸摸和釋放跳變閾值，可提供回差以及各電極的獨(dú)立性?？沈?qū)動多達(dá) 8 個(gè) LED，或8 個(gè)任意組合的邏輯 I/O。具有3μA 的最大關(guān)斷電流。帶有終端口，可通知主機(jī)，比如有按鍵等，帶有 IRQ 輸出的 I2C 接口，可提示電極狀態(tài)的變化3mm×3mm×0.6 mm 20 腳QFN封裝，-40℃到+85℃的工業(yè)級工作溫度范圍。
MPR121如圖１所示。
圖１ MPR121
與此同時(shí)，MPR121還有配套的 Sensor Toolbox 開發(fā)工具，如圖2所示。包括MPR121 評估和開發(fā)板；基于經(jīng)過驗(yàn)證的 KITMPR03x 評估板；無鉛封裝的 DIP轉(zhuǎn)換器；一組帶有標(biāo)準(zhǔn)電極連接器的電極樣本。套件中還有評估軟件和下載。
軟件方案
軟件方案可以靈活應(yīng)用，因?yàn)檐浖桨覆⒉会槍δ骋粋€(gè)特定的芯片，可以選用任一個(gè)MCU，只要是MCU適合這個(gè)應(yīng)用，那這個(gè)軟件方案就可以適合這個(gè)應(yīng)用，所以是非常靈活的。
觸摸感應(yīng)軟件套件特征有：1.8V至5.5V，64 個(gè)電極，鍵盤、滑條、轉(zhuǎn)輪、矩陣與觸摸板、I2C、LIN、CAN、SPI、USB、所有的 S08 封裝選項(xiàng)。
圖2 MPR121配套的Sensor Toolbox開發(fā)工具
目前使用的是觸摸感應(yīng)軟件版本1.0，還會推出觸摸感應(yīng)軟件版本2.0，3.0，4.0。還陸續(xù)會推出薄膜概念方案、電感式概念方案、電阻式觸摸屏方案、多點(diǎn)觸摸概念方案等。
由于是用MCU實(shí)現(xiàn)檢測的，所以MCU的其他功能就能得到充分使用，并與感應(yīng)檢測同時(shí)協(xié)同工作，比如外部的LCD驅(qū)動、LED驅(qū)動、其他的外設(shè)，比如蜂鳴器、ADC和其他的傳感器，都可以同時(shí)用來工作。
飛思卡爾觸摸軟件感應(yīng)套件可將任何8位S08 MCU用作觸摸傳感器。TSS （Touch Sensing Software）能簡化用戶對接口的設(shè)計(jì)，讓客戶能夠在 10 分鐘內(nèi)從零開始，開發(fā)出一個(gè)應(yīng)用。TSS 能夠讓用戶界面獲得提升，可避免機(jī)械損耗和破壞的影響，增加產(chǎn)品的使用壽命，而且還讓設(shè)計(jì)人員獲得更大的靈活性，因?yàn)樗麄兛梢噪S意選擇使用任意一款的飛思卡爾MCU。TSS 是免費(fèi)的軟件，帶有低成本的開發(fā)工具，允許設(shè)計(jì)人員針對其應(yīng)用選擇最佳的 MCU 器件，并為他們多節(jié)省一個(gè)傳感器 IC 的成本。
觸摸感應(yīng)軟件套件解決方案的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。可以選擇不同的鍵盤類型、鍵盤數(shù)量和不同的MCU。若MCU的引腳有多余就可以利用來做電極。
圖3 觸摸感應(yīng)軟件套件解決方案結(jié)構(gòu)框圖
主要是用到MCU的內(nèi)部的一些運(yùn)算，用軟件的方法實(shí)現(xiàn)檢測，主要結(jié)構(gòu)在軟件算法，包括按鍵矩陣、轉(zhuǎn)輪、滑條、鍵盤，有各種各樣不同的算法來實(shí)現(xiàn)不同的按鍵類型檢測。軟件界面更加炫目，能以較低功耗實(shí)現(xiàn)接口方案。軟件的解決方案面向應(yīng)用，所以對API的接口設(shè)計(jì)充分，用戶可以簡單地應(yīng)用到這些軟件方案，與庫文件進(jìn)行接口。在方案中，考慮到各種按鍵的使用中情況，包括噪聲抑制的算法，有內(nèi)部的優(yōu)化的緩存結(jié)構(gòu)，支持64個(gè)電極任意排列的組合。可以在運(yùn)行的同時(shí)開啟或關(guān)閉任一個(gè)按鍵，并有自動重復(fù)等自動實(shí)現(xiàn)的算法，比如對粘滯按鍵、斷路按鍵、亂按鍵的情況都有響應(yīng)的自動算法處理。
與其他代碼的共存能力較強(qiáng)，占用資源少，對其他的應(yīng)用軟件影響較小。針對軟件的解決方案，也有相應(yīng)的一些開發(fā)工具，有一些評估板提供。有這些軟件和評估板工具，可以很快地連接使用。
