有利于降低CPU使用率的触摸按键解决方案

触摸屏和触摸键技术的设计和实施正在兴起。触摸屏为嵌入式系统产品提供了许多优势，从人体工程学到美学，但是为了成功实现这些技术，必须考虑几个挑战和权衡。

优化设计选择更容易当熟悉关键技术，了解挑战并遵循有助于系统开发过程的设计指南时。虽然目前市场上有几种基于微控制器（MCU）的电容式触摸测量方法，但硬件辅助解决方案为工程师提供了最理想的触摸实现方法，帮助他们克服与集成嵌入式触摸技术相关的挑战。

集成硬件 - 基于实现

将MCU与电容式触摸传感集成有几个优点，包括：

单芯片解决方案

降低触摸功能的CPU使用率

最小化系统资源要求

缩短开发周期

降低功耗

在硬件中实现触摸键功能可节省大量CPU周期，然后可以用于实现系统控制。还可以添加其他功能以改善可用于系统控制管理的CPU带宽量。为了支持负责开发人机界面的设计工程师，领先的MCU供应商瑞萨电子开发了一种集成了16的集成解决方案具有触摸传感器控制单元（T-SCU）的R8C CPU内核。

R8C/3xT电容式触摸按键解决方案

R8C/3xT MCU组包含一个称为传感器控制单元（SCU）的专用硬件模块在保持最低CPU使用率的同时执行触摸感应，与传统解决方案相比，这有助于显着降低功耗水平。 SCU还提供完全可编程性，以自动化触摸检测过程，并集成了可提高噪声容限的机制。

传感器控制单元《br》 SCU在待机模式下提供感应，每个通道最多支持四个电极。 SCU处理四个关键功能：控制和错误管理，自动扫描和测量，噪声计数器测量和数据传输。

图1：超过85％的CPU带宽可用。

控制和错误管理

如下图所示，SCU由状态计数器，辅助计数器和主计数器组成。 SCU控制端口，计数器和数据传输，以检测电容式触摸电极的浮动电容。

图2：T-SCU框图。

自动扫描和测量，SCU管理自动扫描，释放CPU以专注于系统控制功能。 SCU具有两种操作模式：

单模式 - 单通道触摸检测

扫描模式 - 顺序或有选择地进行多通道触摸检测。可以使用RC计时器或外部触发器在软件中触发扫描

图3：自动扫描卸载CPU。

噪声计数器测量和环境变化

SCU能够滤除触摸测量系统的噪声，实现低频或RF噪声消除，从而实现准确的触摸决策。

TypeFrequency BandNoise SourceFiltering TechniqueHardware/SoftwareSwitching1 kHz-1 MHz - 感应加热噪声 - 磁场噪声 - 电源 - 调光噪声 - 二级计数器方法（低频噪声消除）硬件（SCU） - 附加平均过程软件RF100 kHz-900 MHz- AM波噪声 - 多种测量技术硬件（SCU）环境变化《 1 kHz-温度变化 - 特性随时间漂移 - 杂散电容 - 漂移校正处理软件表1：噪声计数器测量。

低频噪声消除：

辅助计数器设置电压低于检测阈值后的测量次数。然后，如果在计数器降至零之前发生检测阈值交叉，则SCU可以递增辅助计数器，从而拒绝任何类型的尖峰变化。

图4：辅助计数器用于消除低频噪声。

RF噪声消除：

SCU采用多种方法消除RF干扰，包括随机测量，多数决策测量和两者的组合。

随机测量：SCU硬件可以随机改变每个传感器的采样点，以最大限度地降低辐射和传导噪声源的检测效果。这种基于硬件的方法具有在最小化CPU使用率的同时获得所需测量的优点。用户有16种不同的时序选项可供选择，这有助于在测量触摸时的噪声抑制。

图5：16个随机采样点中的一个可用于测量。

多数决定测量：此方法测量在测量期间设置的次数，并使用多数决定从测量结果判断“H”/“L”。

图6：此方法过滤掉高频噪声。

数据传输

SCU还可以管理将测量值传输到设置的RAM缓冲区在选择性扫描模式下，RAM缓冲区将包含从起始通道到最大通道的所有通道的数据，即使未设置通道的使能位也是如此。

图7：DTC有助于在没有CPU干预的情况下传输数据。

降低功耗

SCU在待机模式下的触摸感应功能也有助于最大限度地降低平均电流消耗，例如，通过appr在典型的100 ms响应时间周期内肟含量为16μA。

图8：等待模式下的感应有助于降低整体平均功耗。

软件架构

如图9所示，瑞萨电子触摸解决方案由四层组成。

图9：Touch API的大小仅为1.2 KB。

硬件接口层 - 包含有助于配置SCU块的低级驱动程序

传感器层 - 处理处理并做出触摸决策。它还包含：

漂移补偿程序

噪声对策（例如，低级别过滤）

触摸决策 - 输入到更高级别的层

功能实现层 - 进一步将触摸决策输入解释为车轮或滑块配置上的有效触摸

用户应用层 - 将数据转换为定义的用户界面功能。

工具支持

瑞萨电子还提供一系列硬件和软件工具，旨在促进快速器件评估，并帮助加快基于R8C/3xT的设计的上市时间。例如，Renesas Touch Workbench允许工程师简化评估和调整硬件和软件的过程，以获得最佳的触摸性能，从而节省时间和成本。这个功能强大且易于操作的工具可通过HEW目标服务器，E8a仿真器或串行接口连接。

终端用户对支持触摸的移动设备的需求不断增加，例如电子阅读器，平板电脑和智能手机正在推动对更小，更薄的外形和更高性能触摸键系统的需求，这些系统以更低的功率运行以延长电池寿命 - 所有这些都以更低的成本实现。我们如何实现所有这些方面？虽然软件实现是一种选择，但具有集成触摸感应功能的MCU是关键。具有专用触摸传感器单元的MCU（如瑞萨电子提供的那些）为工程师提供扫描，测量，噪声计数器测量，环境变化和数据传输所需的能力，同时保持较低的平均功耗 - 帮助他们克服CPU的挑战利用率。