电容式触摸屏的通讯接口设计方案_技术

随着手机、PDA等便携式电子产品的普及，人们需要更小的产品尺寸和更大的LCD显示屏。受到整机重量和机械设计的限制，人机输入接口开始由传统的机械按键向电阻式触摸屏过渡。2007年iPhone面世并取得了巨大成功，它采用的电容式触摸屏提供了更高的透光性和新颖的多点触摸功能，开始成为便携式产品的新热点，并显现出成为主流输入接口方式的趋势。

一、 Cypress TrueTouch™电容触摸屏方案介绍

Cypress PSoC技术将可编程模拟/数字资源集成在单颗芯片上，为感应电容式触摸屏提供了TrueTouch™解决方案，它涵盖了从单点触摸、多点触摸识别手势到多点触摸识别位置的全部领域。配合高效灵活的PSoC Designer 5.0 开发环境，Cypress TrueTouch™方案正在业界获得广泛的应用。

图1是Cypress TrueTouch™方案中经常使用的轴坐标式感应单元矩阵的图形，类似于触摸板，将独立的ITO 感应单元串联在一起可以组成Y 轴或X 轴的一个感应单元，行感应单元组成Y 轴，列感应单元组成X 轴，行和列在分开的不同层上。多点触摸识别位置方法是基于互电容的触摸检测方法（行单元上加驱动激励信号，列单元上进行感应，有别于激励和感应的是同一感应单元的自电容方式），可以应用于任何触摸手势的检测，包括识别双手的10 个手指同时触摸的位置（图2）。它通过互电容检测的方式可以完全消除“鬼点”，当有多个触摸点时，仅当某个触摸点所在的行感应单元被驱动，列感应单元被检测时，才会有电容变化检测值，这样就可以检测出多个行 / 列交*处触摸点的绝对位置。

图1 轴坐标式感应单元矩阵的图形

图2 Cypress TrueTouch 多点触摸识别位置

方案同时显示了5 个手指触摸点的位置。

图3显示了Cypress TrueTouch™方案的不同应用领域，包括触摸按键，图像的两手指手势 *** 作，以及同时识别多点触摸位置和控制多个目标。

图3 Cypress TrueTouch™ 电容触摸屏方案

二、Cypress TrueTouch™电容触摸屏的通讯接口

Cypress TrueTouch™电容触摸屏主要通过TX / I2C / SPI / USB 与主机实现物理通信，TrueTouch™芯片可以直接报告一些基本手势（如两点触摸的平移 / 缩放 / 旋转），也可以提供专用的API 给用户，用户端获得多点坐标后通过API 运算识别更多的或者自定义的手势。API 使用标准C 语言编写，可以运行在51 / ARM 等多个平台，这大大简化了用户端软件开发的工作量。

1. TX 通信接口

2. I2C 通信接口

Cypress Designer 5.0 提供了多个I2C通信的用户模块，包括I2CHW（允许多主机通信，可以设定为主机或从机，支持7位/10位寻址模式），EzI2Cs（工作为从机模式，占用ROM/RAM资源最少），I2Cm（工作为主机模式）和I2Cs（工作为从机模式）。这几种I2C模块都与Philips的工业标准I2C总线接口兼容，而且不占用PSoC的数字 / 模拟模块资源，提供了从PSoC到主机的100 kbps / 400 kbps速率双向通信连接。

PSoC 与主机I2C 通信时，通常是对所有的行 / 列感应单元触摸检测完成后，通过一个GPIO 报告中断给主机，主机响应中断并读出所需的数据。以下方法可以确保主机读出数据的完整性：

While（1）｛

TSX_ScanAllSensors（）; // TSX 是Cypress 互电容检测方式用户模块

TSX_UpdateAllBaselines（）; // 更新感应单元Baseline

TSX_GetCentroids（）; // 获得多点的位置

TSX_ReporTINTwithOverTIme（）; // 向主机报告中断，有超时控制

// 检测EzI2Cs 用户模块的RAM 读/写计数器，等待直到主机读出全部数据

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

…; // 运行其它用户代码

｝

主机对I2C Structure 特定字节写入预定义数据后，可以通知PSoC 进入待机模式（定期工作模式 + 定期休眠模式）或完全休眠模式。PSoC 在待机模式下主机可以进入休眠，PSoC 通过Sleep TImer 定期唤醒自己进入定期工作模式，检测部分感应单元（如仅扫描行单元）来获知是否有用户激活事件。如果有激活事件就通过中断唤醒主机并进入PSoC工作模式；没有就再次休眠并定期唤醒自己以降低功耗，实际的电流功耗是工作模式和休眠模式以时间加权的平均值，例如：一秒内唤醒PSoC 4 次进入工作模式检测，每次检测16ms@3.2mA，其它时间进入休眠模式@3uA，实际的电流功耗 = （16ms ＊ 4 ＊ 3.2mA + （1000ms – 16ms ＊ 4）＊ 3uA ） / 1000ms ～= 0.208 mA。

PSoC Sleep mode 下将关闭Analog / Digital UM，使所有GPIO 不形成电流通路，使能I2C 通信引脚的外部中断唤醒，然后进入Sleep mode，主机随后可以调用一次I2C 读或写事件来唤醒PSoC。

3. SPI 通信接口

Cypress Designer 5.0 提供了SPIM（设定为主机模式），和SPIS（设定为从机模式） UM。它们使用Tx Buffer / Rx Buffer，Control / Shift寄存器和Digital通信模块，实现了8bit全双工同步通讯。用户可以选择SCLK（由SPI主机产生来设定通信bps）频率和极性，LSB First等属性以支持SPI mode 0，1，2和3（见表1）。

表1 SPI 模式选择

4. USB 通信接口

Cypress Designer 5.0 提供了USBUART（使用USB接口来模拟一个COM口），和USBFS UM。

USBUART使用时在PSoC端和PC端就像使用串行口一样方便，用户在设定VendorID /ProducTID / VendorString / ProductString / SerialNumberType /SerialNumberString / DevicePower / MaxPower这些参数后，编译项目就可以自动生成INF文件。当PSoC与PC连接后，PC安装这个INF文件，双方就可以进行双向通信。

USBFS支持Control / Interrupt / Bulk / Isochronous 传输，提供了USB IN / OUT控制节点的底层驱动模式，解释来自USB Host的请求并分配给相应的函数。通过USBFS Setup Wizard可以很方便的配置器件描述符，用户还可以将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的数字 / 模拟模块资源，提供了从PSoC到主机的USBFull Speed双向连接。

三、Cypress TrueTouch™电容触摸屏不同通讯接口的选择

选用Cypress TrueTouch™触摸屏解决方案时，可以根据具体应用的需要灵活选择通讯接口（见表2）。

表2