觸摸屏和觸摸鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)和實(shí)施正在興起。觸摸屏為嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品提供了許多優(yōu)勢(shì)，從人體工程學(xué)到美學(xué)，但是為了成功實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)，必須考慮幾個(gè)挑戰(zhàn)和權(quán)衡。

優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇更容易當(dāng)熟悉關(guān)鍵技術(shù)，了解挑戰(zhàn)并遵循有助于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程的設(shè)計(jì)指南時(shí)。雖然目前市場(chǎng)上有幾種基于微控制器（MCU）的電容式觸摸測(cè)量方法，但硬件輔助解決方案為工程師提供了最理想的觸摸實(shí)現(xiàn)方法，幫助他們克服與集成嵌入式觸摸技術(shù)相關(guān)的挑戰(zhàn)。

集成硬件 - 基于實(shí)現(xiàn)

將MCU與電容式觸摸傳感集成有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括：

單芯片解決方案

降低觸摸功能的CPU使用率

最小化系統(tǒng)資源要求

縮短開(kāi)發(fā)周期

降低功耗

在硬件中實(shí)現(xiàn)觸摸鍵功能可節(jié)省大量CPU周期，然后可以用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。還可以添加其他功能以改善可用于系統(tǒng)控制管理的CPU帶寬量。為了支持負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)工程師，領(lǐng)先的MCU供應(yīng)商瑞薩電子開(kāi)發(fā)了一種集成了16的集成解決方案具有觸摸傳感器控制單元（T-SCU）的R8C CPU內(nèi)核。

R8C/3xT電容式觸摸按鍵解決方案

R8C/3xT MCU組包含一個(gè)稱(chēng)為傳感器控制單元（SCU）的專(zhuān)用硬件模塊在保持最低CPU使用率的同時(shí)執(zhí)行觸摸感應(yīng)，與傳統(tǒng)解決方案相比，這有助于顯著降低功耗水平。 SCU還提供完全可編程性，以自動(dòng)化觸摸檢測(cè)過(guò)程，并集成了可提高噪聲容限的機(jī)制。

傳感器控制單元《br》 SCU在待機(jī)模式下提供感應(yīng)，每個(gè)通道最多支持四個(gè)電極。 SCU處理四個(gè)關(guān)鍵功能：控制和錯(cuò)誤管理，自動(dòng)掃描和測(cè)量，噪聲計(jì)數(shù)器測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸。

圖1：超過(guò)85％的CPU帶寬可用。

控制和錯(cuò)誤管理

如下圖所示，SCU由狀態(tài)計(jì)數(shù)器，輔助計(jì)數(shù)器和主計(jì)數(shù)器組成。 SCU控制端口，計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)傳輸，以檢測(cè)電容式觸摸電極的浮動(dòng)電容。

圖2：T-SCU框圖。

自動(dòng)掃描和測(cè)量，SCU管理自動(dòng)掃描，釋放CPU以專(zhuān)注于系統(tǒng)控制功能。 SCU具有兩種操作模式：

單模式 - 單通道觸摸檢測(cè)

掃描模式 - 順序或有選擇地進(jìn)行多通道觸摸檢測(cè)。可以使用RC計(jì)時(shí)器或外部觸發(fā)器在軟件中觸發(fā)掃描

圖3：自動(dòng)掃描卸載CPU。

噪聲計(jì)數(shù)器測(cè)量和環(huán)境變化

SCU能夠?yàn)V除觸摸測(cè)量系統(tǒng)的噪聲，實(shí)現(xiàn)低頻或RF噪聲消除，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的觸摸決策。

TypeFrequency BandNoise SourceFiltering TechniqueHardware/SoftwareSwitching1 kHz-1 MHz - 感應(yīng)加熱噪聲 - 磁場(chǎng)噪聲 - 電源 - 調(diào)光噪聲 - 二級(jí)計(jì)數(shù)器方法（低頻噪聲消除）硬件（SCU） - 附加平均過(guò)程軟件RF100 kHz-900 MHz- AM波噪聲 - 多種測(cè)量技術(shù)硬件（SCU）環(huán)境變化《 1 kHz-溫度變化 - 特性隨時(shí)間漂移 - 雜散電容 - 漂移校正處理軟件表1：噪聲計(jì)數(shù)器測(cè)量。

低頻噪聲消除：

輔助計(jì)數(shù)器設(shè)置電壓低于檢測(cè)閾值后的測(cè)量次數(shù)。然后，如果在計(jì)數(shù)器降至零之前發(fā)生檢測(cè)閾值交叉，則SCU可以遞增輔助計(jì)數(shù)器，從而拒絕任何類(lèi)型的尖峰變化。

圖4：輔助計(jì)數(shù)器用于消除低頻噪聲。

RF噪聲消除：

SCU采用多種方法消除RF干擾，包括隨機(jī)測(cè)量，多數(shù)決策測(cè)量和兩者的組合。

隨機(jī)測(cè)量：SCU硬件可以隨機(jī)改變每個(gè)傳感器的采樣點(diǎn)，以最大限度地降低輻射和傳導(dǎo)噪聲源的檢測(cè)效果。這種基于硬件的方法具有在最小化CPU使用率的同時(shí)獲得所需測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。用戶(hù)有16種不同的時(shí)序選項(xiàng)可供選擇，這有助于在測(cè)量觸摸時(shí)的噪聲抑制。

圖5：16個(gè)隨機(jī)采樣點(diǎn)中的一個(gè)可用于測(cè)量。

多數(shù)決定測(cè)量：此方法測(cè)量在測(cè)量期間設(shè)置的次數(shù)，并使用多數(shù)決定從測(cè)量結(jié)果判斷“H”/“L”。

圖6：此方法過(guò)濾掉高頻噪聲。

數(shù)據(jù)傳輸

SCU還可以管理將測(cè)量值傳輸?shù)皆O(shè)置的RAM緩沖區(qū)在選擇性掃描模式下，RAM緩沖區(qū)將包含從起始通道到最大通道的所有通道的數(shù)據(jù)，即使未設(shè)置通道的使能位也是如此。

圖7：DTC有助于在沒(méi)有CPU干預(yù)的情況下傳輸數(shù)據(jù)。

降低功耗

SCU在待機(jī)模式下的觸摸感應(yīng)功能也有助于最大限度地降低平均電流消耗，例如，通過(guò)appr在典型的100 ms響應(yīng)時(shí)間周期內(nèi)肟含量為16μA。

圖8：等待模式下的感應(yīng)有助于降低整體平均功耗。

軟件架構(gòu)

如圖9所示，瑞薩電子觸摸解決方案由四層組成。

圖9：Touch API的大小僅為1.2 KB。

硬件接口層 - 包含有助于配置SCU塊的低級(jí)驅(qū)動(dòng)程序

傳感器層 - 處理處理并做出觸摸決策。它還包含：

漂移補(bǔ)償程序

噪聲對(duì)策（例如，低級(jí)別過(guò)濾）

觸摸決策 - 輸入到更高級(jí)別的層

功能實(shí)現(xiàn)層 - 進(jìn)一步將觸摸決策輸入解釋為車(chē)輪或滑塊配置上的有效觸摸

用戶(hù)應(yīng)用層 - 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為定義的用戶(hù)界面功能。

工具支持

瑞薩電子還提供一系列硬件和軟件工具，旨在促進(jìn)快速器件評(píng)估，并幫助加快基于R8C/3xT的設(shè)計(jì)的上市時(shí)間。例如，Renesas Touch Workbench允許工程師簡(jiǎn)化評(píng)估和調(diào)整硬件和軟件的過(guò)程，以獲得最佳的觸摸性能，從而節(jié)省時(shí)間和成本。這個(gè)功能強(qiáng)大且易于操作的工具可通過(guò)HEW目標(biāo)服務(wù)器，E8a仿真器或串行接口連接。

終端用戶(hù)對(duì)支持觸摸的移動(dòng)設(shè)備的需求不斷增加，例如電子閱讀器，平板電腦和智能手機(jī)正在推動(dòng)對(duì)更小，更薄的外形和更高性能觸摸鍵系統(tǒng)的需求，這些系統(tǒng)以更低的功率運(yùn)行以延長(zhǎng)電池壽命 - 所有這些都以更低的成本實(shí)現(xiàn)。我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)所有這些方面？雖然軟件實(shí)現(xiàn)是一種選擇，但具有集成觸摸感應(yīng)功能的MCU是關(guān)鍵。具有專(zhuān)用觸摸傳感器單元的MCU（如瑞薩電子提供的那些）為工程師提供掃描，測(cè)量，噪聲計(jì)數(shù)器測(cè)量，環(huán)境變化和數(shù)據(jù)傳輸所需的能力，同時(shí)保持較低的平均功耗 - 幫助他們克服CPU的挑戰(zhàn)利用率。