觸摸屏和觸摸鍵技術的設計和實施正在興起。觸摸屏為嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品提供了許多優(yōu)勢，從人體工程學到美學，但是為了成功實現(xiàn)這些技術，必須考慮幾個挑戰(zhàn)和權衡。

優(yōu)化設計選擇更容易當熟悉關鍵技術，了解挑戰(zhàn)并遵循有助于系統(tǒng)開發(fā)過程的設計指南時。雖然目前市場上有幾種基于微控制器（MCU）的電容式觸摸測量方法，但硬件輔助解決方案為工程師提供了最理想的觸摸實現(xiàn)方法，幫助他們克服與集成嵌入式觸摸技術相關的挑戰(zhàn)。

集成硬件 - 基于實現(xiàn)

將MCU與電容式觸摸傳感集成有幾個優(yōu)點，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

縮短開發(fā)周期

降低功耗

在硬件中實現(xiàn)觸摸鍵功能可節(jié)省大量CPU周期，然后可以用于實現(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。為了支持負責開發(fā)人機界面的設計工程師，領先的MCU供應商瑞薩電子開發(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內核。

R8C/3xT電容式觸摸按鍵解決方案

R8C/3xT MCU組包含一個稱為傳感器控制單元（SCU）的專用硬件模塊在保持最低CPU使用率的同時執(zhí)行觸摸感應，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，以自動化觸摸檢測過程，并集成了可提高噪聲容限的機制。

傳感器控制單元《br》 SCU在待機模式下提供感應，每個通道最多支持四個電極。 SCU處理四個關鍵功能：控制和錯誤管理，自動掃描和測量，噪聲計數(shù)器測量和數(shù)據(jù)傳輸。

圖1：超過85％的CPU帶寬可用。

控制和錯誤管理

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

圖2：T-SCU框圖。

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

單模式 - 單通道觸摸檢測

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

圖3：自動掃描卸載CPU。

噪聲計數(shù)器測量和環(huán)境變化

SCU能夠濾除觸摸測量系統(tǒng)的噪聲，實現(xiàn)低頻或RF噪聲消除，從而實現(xiàn)準確的觸摸決策。

TypeFrequency BandNoise SourceFiltering TechniqueHardware/SoftwareSwitching1 kHz-1 MHz - 感應加熱噪聲 - 磁場噪聲 - 電源 - 調光噪聲 - 二級計數(shù)器方法（低頻噪聲消除）硬件（SCU） - 附加平均過程軟件RF100 kHz-900 MHz- AM波噪聲 - 多種測量技術硬件（SCU）環(huán)境變化《 1 kHz-溫度變化 - 特性隨時間漂移 - 雜散電容 - 漂移校正處理軟件表1：噪聲計數(shù)器測量。

低頻噪聲消除：

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

圖4：輔助計數(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，包括隨機測量，多數(shù)決策測量和兩者的組合。

隨機測量：SCU硬件可以隨機改變每個傳感器的采樣點，以最大限度地降低輻射和傳導噪聲源的檢測效果。這種基于硬件的方法具有在最小化CPU使用率的同時獲得所需測量的優(yōu)點。用戶有16種不同的時序選項可供選擇，這有助于在測量觸摸時的噪聲抑制。

圖5：16個隨機采樣點中的一個可用于測量。

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

圖6：此方法過濾掉高頻噪聲。

數(shù)據(jù)傳輸

SCU還可以管理將測量值傳輸?shù)皆O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)，即使未設置通道的使能位也是如此。

圖7：DTC有助于在沒有CPU干預的情況下傳輸數(shù)據(jù)。

降低功耗

SCU在待機模式下的觸摸感應功能也有助于最大限度地降低平均電流消耗，例如，通過appr在典型的100 ms響應時間周期內肟含量為16μA。

圖8：等待模式下的感應有助于降低整體平均功耗。

軟件架構

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塊的低級驅動程序

傳感器層 - 處理處理并做出觸摸決策。它還包含：

漂移補償程序

噪聲對策（例如，低級別過濾）

觸摸決策 - 輸入到更高級別的層

功能實現(xiàn)層 - 進一步將觸摸決策輸入解釋為車輪或滑塊配置上的有效觸摸

用戶應用層 - 將數(shù)據(jù)轉換為定義的用戶界面功能。

工具支持

瑞薩電子還提供一系列硬件和軟件工具，旨在促進快速器件評估，并幫助加快基于R8C/3xT的設計的上市時間。例如，Renesas Touch Workbench允許工程師簡化評估和調整硬件和軟件的過程，以獲得最佳的觸摸性能，從而節(jié)省時間和成本。這個功能強大且易于操作的工具可通過HEW目標服務器，E8a仿真器或串行接口連接。

終端用戶對支持觸摸的移動設備的需求不斷增加，例如電子閱讀器，平板電腦和智能手機正在推動對更小，更薄的外形和更高性能觸摸鍵系統(tǒng)的需求，這些系統(tǒng)以更低的功率運行以延長電池壽命 - 所有這些都以更低的成本實現(xiàn)。我們如何實現(xiàn)所有這些方面？雖然軟件實現(xiàn)是一種選擇，但具有集成觸摸感應功能的MCU是關鍵。具有專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，測量，噪聲計數(shù)器測量，環(huán)境變化和數(shù)據(jù)傳輸所需的能力，同時保持較低的平均功耗 - 幫助他們克服CPU的挑戰(zhàn)利用率。