眾所周知，賽普拉斯是全球電容式觸摸感應(yīng)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，擁有業(yè)界最廣的產(chǎn)品線，其基于PSoC的CapSense器件可實(shí)現(xiàn)無與倫比的靈活性和集成度，并具備強(qiáng)大的抗噪性，能適用于從復(fù)雜的多功能應(yīng)用到替代單一按鍵的各種類型的觸摸設(shè)計(jì)。

比起我們常見但已經(jīng)有點(diǎn)跟不上時(shí)代的機(jī)械按鍵，觸摸按鍵的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，比如：

• 由于物理位置的移動(dòng)，機(jī)械按鍵的可靠性較低，并且隨著時(shí)間推移，會產(chǎn)生磨損。但觸摸按鍵不會有這種煩惱。

• 機(jī)械按鍵不容易防水，會引起不良問題。但是觸摸按鍵可以通過覆蓋層隔絕意外狀況。

• 同觸摸相比，機(jī)械按鍵需要用力按下才能工作，會隨著時(shí)間累積在縫隙內(nèi)產(chǎn)生污垢，導(dǎo)致要不斷加大按壓力度。

• 和機(jī)械按鍵相比，觸摸按鍵的外觀更時(shí)尚精美等等

有了這些諸多的理由，在如今的電子市場，如移動(dòng)電話、個(gè)人電腦、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、汽車和白色家電等產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計(jì)都能看到觸摸按鍵活躍的身影。

Cypress PSoC 4000S CapSense原型開發(fā)套件

本次2017貿(mào)澤電子智造創(chuàng)新大賽拿到了Cypress贊助的CY8CKIT-145-40XXPSoC 4000S CapSense原型開發(fā)套，這是基于賽普拉斯第四代觸摸技術(shù)的一款板子，一起來見識下。

PSoC 4 CapSense原開發(fā)板PCB設(shè)計(jì)有些獨(dú)特，外形有種大鵬展翅的趕腳，很夸張，板子采用類似USB dongle接口類型，直接插入電腦的USB接口就可以使用。

拆解外包裝后，可以看到一句很鼓舞人心的話“Design the way you think”，千萬不要認(rèn)為這是簡簡單單的一句廣告語，愛板網(wǎng)工程師認(rèn)為這確實(shí)很貼合Cypress的產(chǎn)品特性，PSoC，即可編程片上系統(tǒng)，你完全可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)最優(yōu)的定義相應(yīng)的管腳信號，創(chuàng)造出最合理的設(shè)計(jì)。

整個(gè)板子不大，按功能大致可以分為3個(gè)部分：分別是搭載核心器件PSoC 4 Capsense器件的目標(biāo)板；一個(gè)KitProg板載編程器和調(diào)試器以及還有兩塊電容性板。

其中電容性板又可以分為兩部分：一塊是三個(gè)電容性按鍵， 另一塊是采用五段電容性滑塊。

Cypress PSoC 4000S CapSense原型開發(fā)板板載資源如下：

• PSoC 4000S器件(CY8C4045AZI-S413)

• PSoC 4000S擴(kuò)展I/O

• 10-pin下載調(diào)試接口（未貼片）

• KitProg2(PSoC 5LP)器件(CY8C5868LTI-LP039)

• KitProg2擴(kuò)展I/O口

• 5-pin SWD接口

• PCB USB finger接口

• EZ-BLE? PRoC?模塊

• 一個(gè)單刀單擲開關(guān)選擇SWD調(diào)試的目標(biāo)器件

• 一個(gè)用戶led、一個(gè)電源led、一個(gè)KitProg2狀態(tài)led以及觸摸按鍵對應(yīng)LED指示燈

• 一個(gè)用戶按鍵，一個(gè)PSoC 4000S以及EZ-BLE模塊復(fù)位按鍵、一個(gè)KitProg2按鍵

• 電流測試接口（未貼片）

• CapSense觸摸按鍵、滑條

因?yàn)椴捎每凼浇Y(jié)構(gòu)，KitProg板載編程器和調(diào)試器可以直接掰下來單獨(dú)使用。KitProg除了實(shí)現(xiàn)下載調(diào)試，還能用于像mebed那樣的U盤下載方式，非常方便。

PSoC 4000S CapSense觸摸控制器

板載的賽普拉斯PSoC 4000S CapSense觸摸控制器，具體型號為CY8C4045AZI-S413，基于ARM Cortex-M0+處理器，最大主頻為48MHz，內(nèi)部集成32KB FLASH、4KB SRAM，并支持1個(gè)10bt single-slope ADC、8個(gè)比較器、2兩個(gè)IDACs，5個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器/PWM、2個(gè)串行接口、1個(gè) CapSense模塊，最大可支持36個(gè)GPIO口擴(kuò)展。

CapSense 觸摸感應(yīng)原理

CapSense 觸摸感應(yīng)解決方案的硬件設(shè)計(jì)主要包括觸摸傳感器，PCB，保護(hù)組件（overlay），如下圖的結(jié)構(gòu)所示。

CapSense，顧名思義，是通過電容的變化來檢測手指接近或觸及觸摸表面，在賽普拉斯觸具體的觸摸解決方案設(shè)計(jì)中，又可以分為自電容感應(yīng)或者互電容感應(yīng)技術(shù)。

如上圖左邊的圖就是自電容感應(yīng)原理，自電容使用一個(gè)引腳，并測量該引腳和電源地之間的電容，驅(qū)動(dòng)與傳感器相連的引腳上的電流并測量電壓。若將手指放在傳感器上，則測得的電容會增加。自電容感應(yīng)最適合用于單點(diǎn)觸摸傳感器，如按鍵和滑條。

上圖中右側(cè)的圖則是互電容感應(yīng)技術(shù)的原理，互電容感應(yīng)將測量兩個(gè)電極間的電容，其中一個(gè)電極被稱為發(fā)送電極TX，另一個(gè)被稱為接收電極RX。

在互電容測量系統(tǒng)中，為 TX 引腳提供數(shù)字電壓（VDDD 和 GND 間的信號切換），并測量 RX 引腳上所接收到的電荷。在RX 電極上接收到的電荷與兩個(gè)電極間的互電容（CM）成正比。

在 TX 和 RX 電極間放置手指時(shí)，互電容會降低到 C1M（如下圖所示），由于互電容降低，RX 電極上接收到的電荷也會降低。CapSense 系統(tǒng)通過測量 RX 電極上接收到的電荷來檢測觸摸/無觸摸狀態(tài)?；ル娙菪?yīng)最適合用于多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，如觸摸屏和觸控板。

基于PSoC 4000S CapSense觸摸控制器可以實(shí)現(xiàn)多種觸摸控制方案，最簡單的就是觸摸，還有滑條觸摸以及接近式觸摸。

Cypress BLE PRoC模塊

另外，為了方便用戶開發(fā)，PSoC 4 CapSense原型開發(fā)板將所有IO口都引出來了，更讓人驚喜的是板子背面居然帶有一個(gè)BLE模塊！！！

放大看一下，Cypress BLE PRoC模塊，具體型號為CYBLE-022001-00模塊，支持BLE 4.1協(xié)議棧，尺寸只有10mm*10mm*1.8mm，非常小，但是包含了ADC、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器功能和支持PWM、I2C、UART、SPI外設(shè)，可以通過PSOC的可編程架構(gòu)自己定義。

Cypress BLE PRoC 模塊的工作電流 TX 為 15.6 mA @0 dbm、RX 為 16.4 mA，這個(gè)功耗只能說普通，如果和之前 Silicon Labs 的 Thunderboard Sense （EFR32MG1） 相比要高很多。

整個(gè)板子的硬件框圖如下：

可以看到，板子的調(diào)試器使用的SWD信號下載調(diào)試是可以通過板載的SW4開關(guān)切換下載到觸摸控制芯片內(nèi)還是BLE模塊內(nèi)。