基于CY8C22x45單芯片的觸摸感應系統的設計

電容式觸摸感應開關，不像裸露在外的按鈕和開關那樣容易受到環境磨損的影響，也不需要像機械那樣需要預留機械部件運動的空間，因此它不僅在外觀上使得產品更漂亮，而且增強了用戶體驗，同時也延長了設備的使用壽命。由于在很多方面的優勢，目前電容式觸摸正在迅速的在MP3,MP4，移動電話，汽車面板，白色家電，工業儀表等場合得到充分的應用。Cypress新推出的支持雙通道電容感應的CY8C22x45系列芯片內部有專用的雙通道電容感應模塊，不需要占用額外的模擬模塊和數字模塊，而且還支持靈活多樣的配置模式。因此在實現電容感應之外，還具有額外的模式和數字資源去實現模擬數字轉換，LED驅動，馬達控制，電源管理等功能。因此，通過CY8C22x45的單芯片能夠靈活實現支持觸摸感應的系統，能夠極大的提高系統的集成度和性價比。

一、Cypress觸摸感應芯片

在電容觸摸感應領域，Cypress提供了多種解決方案，其中包括了觸摸感應以及電容式觸摸屏。廣泛應用的觸摸感應芯片CY8C21xxx,CY8C20xxx系列芯片，電容式觸摸屏感應芯片為CY8CTMGxxx,CY8CTMAxxx。觸摸感應能夠實現對觸摸的檢測，這些觸摸的感應芯片所采用的技術有CSA(CapsenseSuccessiveApproximation),CSD(CapSenseSigmaDelta),CSDADC(CapSenseSigma-DeltaPlusADC)等。基于這些技術可以實現觸摸以及觸摸的滑動條。而CY8CTMGxxx則是基于CypressTrueTouch技術，在實現電容觸摸感應的的基礎上能支持多點觸摸以及手勢操作。CY8CTMAxxx則基于最新的電容檢測技術，采用Tx-Rx的原理，能夠支持全指觸摸感應以及多種手勢操作。

二、雙通道電容感應芯片CY8C22x45

目前廣泛應用的觸摸感應芯片(CY8C21xxx,CY8C20xxx)的典型應用框圖如圖1。

觸摸感應芯片通過不停的掃描感應按鈕或者是滑條的輸入，然后運行上層算法來檢測的狀態或者滑條上的坐標位置，并通過I2C或者其他的通信接口把當前的信息發送到主機端，主機根據當前的輸入信息控制顯示或者作出其他的相應。

CY8C22545的芯片是對CY8C21xxx以及CY8C20xxx芯片的增強，它的設計目標是把觸摸感應以及系統控制都集中在同一個芯片內完成。該芯片與以往的PSoC兼容，片上具有混合信號陣列以及專用的中央處理器。它的結構框圖如圖2。

CY8C22x45最大支持38個GPIO,16K的flash以及1K的SRAM，同時與其他的PSoC設備一樣，片上還集成了I2C,MAC等系統資源。除此之外，CY8C22545還提供了經過優化的專用10位SAR的ADC以及專用的雙通道CSD模塊和RTC。它與CY8C21x34的資源對比如下表1。

數字模塊除了在數量上增加之外，CY8C22x45還在數字模塊中增加了專用的通路支持同步觸發以及PWM的Kill等功能。在模擬系統中，CY8C22x45還提供了2條模擬總線以配合雙通道的觸摸感應掃描。

CY8C22x45所專有的雙通道CSD模塊使得在構建觸控掃描的過程中，不在像傳統的CY8C21xxx等芯片需要占用VC1/VC2/VC3時鐘資源以及額外的數字模塊。利用雙通道的專用CSD模塊以及2條模擬總線，CY8C22x45可以同時的掃描2個，從而能夠極大的降低整體的掃描時間。

三、雙通道電容感應用戶模塊CSD2X

CY8C22x45的用戶模塊CSD2X對應于其專用的雙通道CSD硬件模塊。該用戶模塊支持多樣性的配置。對于掃描的充電可以通過外部電阻Rb來實現也可以通過內部的IDAC來實現。同時對于應用比較少的場合，還可以選擇單通道以節省資源。根據通道數以及所采用的充電方式的不同，雙通道CSD2X用戶模塊支持的配置方式以及所需要的資源見下表2。

CY8C22x45內部集成了兩個最大輸出640µA的電流源，因此可以替換掉充電電阻Rb對觸摸感應進行充電。也可以關閉兩個電流源，通過傳統的外部充電電阻的方式進行觸摸感應。采用Rb的配置每個通道需要額外的增加1個管腳。單通道相比雙通道占用的資源較少，適合小型的應用。

采用IDAC配置和Rb配置的雙通道配置的單個通道結構如下圖3和圖4所示。單通道的Rb配置和雙通道中單個通道需要額外的增加1個管腳。單通道相比雙通道占用的資源較少，適合小型的應用。

采用IDAC配置和Rb配置的雙通道配置的單個通道結構如下圖3和圖4所示。單通道的Rb配置和雙通道中單個通道相同，單通道的IDAC配置可以同時使用兩個IDAC進行切換，使得在觸控上始終有電流流過，在檢測觸控時，如果寄生電容特別大，可以采用此配置。也可以采用和雙通道中單個通道相同的配置。本文僅討論和雙通道中單個通道相同的配置。

如圖3和圖4所示，雙通道CSD的充電時鐘以及計數時鐘有專門的CSDLogic來生成，不需要占用系統時鐘。在IDAC的配置模式下，單個通道僅僅需要一個外置的Cmod電容就能夠進行工作。而Rb的配置模式下，需要外接一個充電電阻Rb。Rb和IDAC的作用是根據Sigma-Delta調制器的輸出進行間歇性的充電。CSDLogic中還集成了專用的計數器，不再需要占用數字模塊構成計數器。

在新版本的PSoC開發環境中PD5，可以方便的使用CSD2X用戶模塊。在完成新建工程之后，給工程添加CSD2X用戶模塊，這時會彈出對話框用來選擇不同的配置模式。根據自己的具體需要選擇相應的配置模式。本文以雙通道IDAC的配置為例。該用戶模塊可以配置的參數如圖5所示。

該用戶模塊支持自動矯正，通過打開該選項可以在開機的時候進行矯正，通過調整IDAC的值使得計數器的輸出在比較合適的范圍內。

ReferenceR和ReferenceL參數用來設置比較器端的比較電壓來源。IDACRange用來設置IDAC的大小區間。結合單個觸摸的IDAC配置共同來影響IDAC的大小。IDACRange設置的越大，相應的IDAC的輸出電流就越大。

Pre-ChargeSource用來選擇用來對觸摸Switching的時鐘來源。有兩個選項，PRS可以生成隨機的脈沖序列，使得系統具有更好的抗干擾特性。TImer選項使得充放電的脈沖頻率穩定，在防水等應用中比較有優勢。

Pre-Scalar用來選擇系統輸出CSD_Clock的分頻系數。通常該系數可以根據觸摸按鍵可充放電的最快頻率來確定。

上述參數的配置是全局性的，能夠影響到所有的觸摸按鍵。

在完成上述參數的配置之后，可以通過打開向導對傳感器的參數進行單個配置。如圖6所示。

在單個參數配置中，DAC值和IDACRange的設置一起決定了對當前按鍵的充電電流的大小。通過調整該值以及IDAC的Range可以調整單個觸摸按鍵的靈敏度。

ReferenceValue和全局設定中的ReferenceSource一起決定Vref值的大小，調整該值也能夠調整觸摸按鍵的靈敏度。

ScanSpeed參數決定了計數時鐘的快慢，該參數設置的越快，觸摸的掃描速率越快。

ScanResolution參數決定了能夠達到的最大分辨率。該參數反映在總的計數能夠輸出的最大值的多少。該值越大，得到的系統分辨率越高，但是掃描一次所消耗的時間也隨之增大。

四、總結

本文對CY8C22x45系列PSoC芯片進行了介紹并重點討論了該芯片所支持的CSD2X用戶模塊。由于采用了專用的觸摸感應模塊CSD2X,CY8C22x45在觸摸感應的應用中不需要占用系統的時鐘資源以及數字模塊，同時還支持靈活多樣的配置模式。不僅能夠方便快捷的實現觸摸感應功能，還可以可以使得系統有足夠的數字模塊和模擬模塊去實現控制功能，采用單個芯片就能夠構成基于觸摸感應控制的系統。

相信在不遠的將來，這種能夠集觸摸感應和系統控制于一體的芯片必將得到廣泛的應用。

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