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大型家電通常利用一些集成電路(IC)實現不同的功能，包括用戶界面(UI)、感應和過程控制等。美觀的用戶界面是烤箱、洗衣機、冰箱等家用電器的一個重要區分特性。電容式觸摸感應是家用電器用戶界面的常用功能，因為它們非常穩健可靠，而且其“外觀和手感”是機械按鍵無可匹敵的。除了觸摸感應功能，用戶界面還提供聲音和視覺反饋。大型家電也需要額外集成電路，用于感應/測量物理量，完成過程和功能選擇，以及驅動最終控制元件。本文介紹了另一種將眾多家用電器功能集成到一個可編程片上系統(PSoC)控制器的方法，這種方法非常靈活、成本低，能夠讓家用電器擁有大量差異化的特性。 圖 1.可編程片上系統 將復雜系統(如大型家電)的眾多功能集成到單一集成電路之中，需要采用不同的設計方法。具體而言，可編程片上系統控制器擁有模擬和數字式外設，它們通過高度可配置的信號矩陣和數據總線網格相連接，從而支持創建定制設計。圖2所示為集成了一臺家電眾多功能的PSoC的方框圖。 圖 2.基于PSoC的家電解決方案的方框圖 用戶界面--觸摸感應 用戶界面是可以集成到可編程片上系統控制器的最重要功能之一。電容式觸摸傳感器外觀美麗、易于使用，與機械式傳感器、按鍵、控制旋鈕相比，使用壽命更長。但是，家電對前面板設計的要求非常嚴格： · 覆蓋層(PCB上的電介質材料)必須比較厚，一般超過5毫米。 · 傳感器需要拒絕電器產生的電氣噪音，以避免誤判觸摸。 為了滿足這些要求，電容式傳感器需要具有高信噪比(SNR)。此外，對于需要用到液體或者在被液體環繞的家用電器而言，其觸摸板還必須防水。這是因為覆蓋層即使存在水滴或積水也不能引起誤判觸摸。 此外，機械按鍵和旋鈕提供觸覺反饋，這樣可方便用戶了解是否已正確按下按鍵或者旋鈕已經轉動了多少。具有觸摸感應功能的電器可以設置觸覺反饋，還可使用小電機，形成振動，以響應觸摸。然而，這種觸覺反饋對大型家電而言是不切實際的。因此，設計基于電容式觸摸的用戶界面時，設計人員應該確保，設計中使用的電容式傳感器能夠提供充分的視覺和聽覺反饋。請考慮下面的徑向滑條示例： 圖 3.徑向滑條示例 徑向滑條是一種旋轉控制裝置---類似于機械旋鈕---通常用于控制連續變化的量，如烤箱的加熱水平(溫度)。徑向滑條可以檢測到手指的運動，并且可將旋轉度讀取為所需的輸入值。PCB中的滑條布局實際由單獨的多個傳感器組成;圖3中，該滑條由7個傳感器組成。所有傳感器所產生的信號用于計算手指在滑條上的位置。在上述例子中，滑條周圍放置的一組LED負責提供視覺反饋。這些LED只能通過控制器來轉動，而且轉動之后，即可追蹤到用戶的手指位置。此外，聽覺反饋由壓電揚聲器提供，這個揚聲器由控制器上集成的PWM驅動。 PCB的其它元件(如屏蔽電極)可用于向前面板提供防水性。電容式感應技術還可以用于添加其它的差異化特性，譬如接近感應，從而讓用戶界面更加直觀。通過接近感應，前面板可檢測到用戶手部的存在，因為隨著手的接近，系統會自動打開面板。多個接近傳感器同樣可以完成姿勢檢測。如欲了解有關在可編程片上系統IC中使用電容感應技術的更多詳情，敬請參見PSoC 4 CapSense設計指南。 用戶界面--顯示器 用戶界面中通常使用段式LCD和LED顯示字母數字數據。段式LCD成本和功耗較低，可直接由系統控制器驅動。段式LED的可視角度非常好，同LCD相比，不需要背光。 段式LED還可以進行多路復用，從而減少所需的引腳數量。一般而言，這種多路復用是在固件中完成的。基于固件的LED驅動需要消耗寶貴的CPU周期，顯示器刷新可能無法做到均勻或可靠，這具體取決于固件。實現定制LED多路復用邏輯的更好方法是：在可編程片上系統控制器之中采用可編程數字模塊。可編程數字模塊創建的電路可獨立于CPU工作，類似于外部LED驅動器。圖4顯示了采用可編程邏輯模塊實現的定制LED驅動器邏輯的原理圖。請注意，此設計中只需要5個引腳即可驅動20個LED。 圖 4.采用可編程數字模塊的定制LED驅動器 其它集成功能 大型家電包含多個模擬傳感器，這些傳感器可用于測量溫度、液位等量。減少外部信號調理電路數量的一種有效方式是利用控制器中的可編程模擬模塊。圖5中的原理圖顯示了集成了溫度補償功能的負載測量電路。 圖 5.模擬傳感器界面 可編程模擬模塊和數字模塊還可以簡化家電中的最終控制元件，譬如加熱線圈或電機。通過詳細計劃的精心設計，設計人員可以將多個功能集成到單個可編程片上系統中，從而對家電產品進行優化。這樣做既可以降低BOM成本，提高靈活性(即，多個系列的大型家電均可使用同一設備，只需要對固件進行稍許修改即可)，而且還提供了差異化的市場營銷特性。 |
