支持網絡的多媒體智能電話改變了消費者使用手機的方式。在這些電話中,特別受歡迎的是液晶觸摸屏接口,用戶通過它來使用各種應用程序,或者用手指滾動訪問網頁。如果希望在不花費大量的時間、預算或者功耗的情況下,開發這類復雜的接口,采用零功耗Altera MAX IIZ CPLD是一個理想的選擇。與ASSP或者其它競爭技術不同,MAX IIZCPLD的I/O非常多、使用方便、功耗低,能靈活突出產品優勢。這些優點大大簡化并加速了個性化手機、便攜式媒體播放器和顯示器的開發,適用于醫療、汽車和工業等應用領域。Altera基于MAX IIZ EPM240Z器件的最新多點觸摸屏參考設計,有助于設計人員迅速將構思變為實際產品。 定制或者自行設計 任何觸摸屏方案都包括兩部分:2D觸摸傳感器和計算應用程序,后者將傳感器數據轉換為用戶意圖。參考設計是完整的傳感器和數據采集系統,可以進行定制,也可以原樣使用。它提供銦錫氧化物(ITO)屏以及簡單的雙面PCB用作多觸點導航板。圖1(a)所示的2D多觸點參考設計基于MAX IIZ EPM240Z CPLD以及ADI的AD7142集成電容數字轉換器(CDC),支持片內環境校準以及ITO屏。 參考設計有一個簡單的數據解釋程序,演示并測試多觸點傳感器的工作。AD7142 CDC用于監測電容變化,只有14個電容傳感器通道。在這一參考設計中,MAX IIZ CPLD擴展了AD7142CDC的功能,使其能夠處理兩維ITO薄膜和PCB觸摸傳感器。應用處理器通過SPI或者I2C總線訪問AD7142的CDC寄存器文件,將MAX IIZ CPLD的SRC信號控制設置在合適的軸上。長時間暫停后,觸摸屏監測到一次觸摸時,MAX IIZ CPLD會產生一個中斷信號。 ITO或者PCB觸摸屏設計 任何觸摸屏設計都從實際的觸摸傳感器開始。雖然這個參考設計主要是針對電容ITO觸摸屏,但也適用于一面為水平走線,另一面是垂直走線的雙面PCB。ITO 觸摸屏有兩個被絕緣體分開的透明層,14條y走線連接至AD7142CDC輸入,16條x走線連接至MAX IIZ CPLD。MAX IIZCPLD能夠增加更多的I/O,進一步提高分辨率,支持更大的觸摸屏。14x16的設計可支持最高16x14cm的觸摸屏。 圖1:(a) 基于Altera MAX IIZ EPM240Z CPLD的多觸點觸摸屏參考設計;(b) ITO觸摸屏或者PCB觸摸板的側視圖(左)以及正視圖(右)。 圖1(b)中的傳感器可實現計算導航板,從而避免了使用普通導航板所需要的選擇按鈕。如圖2所示,中指移動光標,食指和無名指觸摸屏幕,指示鼠標左鍵或者右鍵點擊。去掉移動部分后,電容觸摸屏傳感器比按鍵和按鍵開關更耐用。 圖2:用手指控制無開關導航板。 AD7142 CDC并不是設計用作觸摸屏解碼器,而是用于測量電容以及PCB上傳感器線陣的電容變化。AD7142 CDC電氣特性比較完備,能校準特定的PCB布局,然后針對14個傳感器輸入的每一輸入進行電容測量,精度為12位。每個測量周期結束后,通過I2C或者SPI總線來訪問這些數值。AD7142 CDC在SRC信號上發送一個250kHz方波,驅動靠近傳感器板的走線,然后測量接收到的SRC信號強度。由于觸摸屏電容和SRC信號接收強度成正比,因此AD7142 CDC探測并量化用戶手指接觸觸摸屏時的電容變化。 AD7142CDC連續進行14次可尋址電容測量。圖3顯示當沒有手指接觸時基線條件下的寄存器值,下面的圖顯示了手指觸摸傳感器9時的寄存器值。AD7142CDC非常靈敏,應用處理器利用這一詳細的電容矢量值,確定手指位于9.3傳感器位置,即在傳感器9和10之間。AD7142CDC精度達到12位,因此,只需要14個傳感器就可以精確測量手指的位置。 圖3:線性AD7142 CDC采樣示意圖。 MAX IIZ CPLD將線性傳感器轉換為2D傳感器 AD7142CDC可以測量14個傳感器相對于一條SRC走線的電容。增加MAX IIZ CPLD后,可在串行接口的控制下,獲得AD7142CDC的SRC方波信號,并選擇驅動觸摸屏的某一條垂直x走線,從而支持多條SRC走線。AD7142CDC可以進行相對于垂直走線軸或者本地的電容測量。MAX IIZ中大量的I/O(5x5mm封裝支持54個I/O,7x7mm封裝支持116個I/O)結合AD7142的高分辨率電容數字測量能力,使這一解決方案能夠適用于面積較大的觸摸屏和面板。 圖4為AD7142 CDC和MAX IIZ CPLD相結合后的2D電容測量結果,顯示了16條走線,即,對x軸進行了16次劃分。左側是基線電容測量,而右側是兩個手指觸摸傳感器后的結果。圖中藍色和紅色采樣行表示哪一SRC走線被激活。 圖4:電容數字采樣2D陣列表示:基線(左)和觸摸后的結果(右)。 降低功耗,節省時間,減少處理 MAXIIZ CPLD和AD7142CDC觸摸屏解碼參考設計的功效非常高,正常全速工作和正常分辨率下一般只需要1.5mA電流。它還支持三種其它功效級別。在第一低功耗級中,應用處理器降低采樣率,只采集一部分水平和垂直走線,或者使用精確的AD7142CDC來確定走線之間的觸摸點。在更低的功耗級中,需要用戶觸摸屏幕中心來喚醒器件,這要求應用處理器只采樣一條水平走線和一條垂直走線。 最低功耗級可以將應用處理器和AD7142 CDC置于關斷模式。采用外部32kHz時鐘以及每秒一次的采樣率,典型的MAX IIZCPLD待機電流只有50μA。當MAX IIZCPLD的高功效電容探測系統監測到屏幕被觸摸時,它通過中斷信號喚醒處理器。處理器被喚醒后,系統以更高的精度來讀取觸摸位置。 本文小結 單點觸摸屏和面板不再是實現電子系統接口的最新手段,而被認為是必備功能。單點觸摸屏方案已經廣泛應用,因此為使產品得到消費者的青睞,需要采用兩點或者多點觸摸屏。現在應用的多觸點解決方案還不多,Altera MAX IIZ CPLD 利用現有元件實現了靈活的多觸點用戶接口。 |