利用PSoC的靈活性解決觸摸式遙控器設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

Apple公司的iPod、LG的巧克力手機(jī)的一個(gè)共同特點(diǎn)就是在人機(jī)交互上有了革命性的創(chuàng)新，將傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵替換為電容感應(yīng)的觸摸式按鍵。幫助它們實(shí)現(xiàn)飛躍的是同一種功能強(qiáng)大，使用靈活的芯片，即Cypress公司的可編程片上系統(tǒng)PSOC。觸摸感應(yīng)技術(shù)為MP3、手機(jī)帶來(lái)了驚喜，當(dāng)Cypress的銷(xiāo)售人員想把類(lèi)似的觸摸概念推廣到上海老牌電視生產(chǎn)商?hào)|杰電氣時(shí)，東杰公司的工程師認(rèn)識(shí)到將這一應(yīng)用推廣到他們的附屬產(chǎn)品-電視機(jī)遙控器上可能意義更大。

傳統(tǒng)的電視機(jī)遙控器一般都是歐美半導(dǎo)體芯片的禁區(qū)，由于量大且設(shè)計(jì)成熟，里面電子芯片的價(jià)格已經(jīng)殺到幾乎無(wú)利可圖的境地。雖然成本低廉，技術(shù)成熟，但也存在產(chǎn)品嚴(yán)重同質(zhì)化、按鍵易磨損、壽命不長(zhǎng)、鍵縫容易吸灰塵、不易清潔等一系列缺點(diǎn)。正是基于對(duì)這些不足的深切體會(huì)，在初步了解了PSoC的功能和實(shí)現(xiàn)觸摸的基本原理后，東杰公司決定先以遙控器產(chǎn)品而非很多人都能想到的TV產(chǎn)品來(lái)嘗試PSoC帶來(lái)的觸摸感覺(jué)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)和使用方式的突破。

遙控器對(duì)價(jià)格非常敏感，而PSoC肯定會(huì)比現(xiàn)在使用的國(guó)產(chǎn)遙控芯片貴一些，但考慮到省去的幾十個(gè)機(jī)械按鍵的成本，僅僅用稍高一點(diǎn)的BOM成本，卻做出了外觀精致很多、無(wú)磨損、極易清掃的全新遙控器，此外用戶終生不需要重新購(gòu)買(mǎi)替換遙控器。

從機(jī)械鍵改為觸摸鍵，并不僅僅是換一個(gè)主控芯片的問(wèn)題。在實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換過(guò)程中，自然會(huì)面臨一些問(wèn)題。下面將討論如何利用PSoC的可編程性和高靈活性來(lái)解決這些問(wèn)題。

多鍵問(wèn)題

PSoC的工作原理是一個(gè)I／O口可以控制一個(gè)感應(yīng)鍵。對(duì)于少于28個(gè)觸摸鍵的應(yīng)用(絕大多數(shù)應(yīng)用屬于這種)，PSoC較便宜的Neutron系列可以很容易地實(shí)現(xiàn)(Apple公司和LG公司的產(chǎn)品都是用這個(gè)系列)。但遙控器上面的鍵動(dòng)輒就是四五十個(gè)，難道非要?jiǎng)佑帽容^高端的I／O資源更多的Radon系列嗎?I／O口雖然足夠，但成本的增加和Radon系列芯片自帶的USB接口讓人感覺(jué)有點(diǎn)殺雞用牛刀。對(duì)于像遙控器這種陣列式的按鍵，雖然可以利用雙層感應(yīng)區(qū)域提供縱橫坐標(biāo)的方式來(lái)大大減少I(mǎi)／O資源的消耗，但這樣的結(jié)果是由原來(lái)的兩層PCB變?yōu)樗膶覲CB，對(duì)于成本敏感的遙控器來(lái)說(shuō)也幾乎不可能接受。

但如果將每一個(gè)鍵的觸摸感應(yīng)區(qū)域一分為二，這樣在同一個(gè)表面上，一個(gè)鍵就將有縱橫兩個(gè)坐標(biāo)；而由于PSoC的核心是具有處理能力的單片機(jī)，而非固定功能的ASIC，這樣就可以很方便地根據(jù)兩個(gè)坐標(biāo)來(lái)判斷出按鍵的位置(圖1)。于是，50多個(gè)I／O的需求一下銳減到17個(gè)(十三行四列)，Neutron系列的每顆芯片都可以很容易地完成此任務(wù)。

觸摸鍵靈敏度的問(wèn)題

把一個(gè)鍵一分為二的做法雖然很完美地解決了I／O資源問(wèn)題，但設(shè)計(jì)者很快就有了另外一個(gè)擔(dān)心，即感應(yīng)面積是決定感應(yīng)靈敏度的一個(gè)很重要的因素，這樣將一個(gè)本來(lái)就不大的感應(yīng)區(qū)域一分為二，而且彼此還要有一定空隙，這樣存在靈敏度大大下降的可能。此外，這種遙控器是一個(gè)按鍵密度較高的很有挑戰(zhàn)的應(yīng)用。

幸運(yùn)的是，就在這個(gè)方案要實(shí)施的時(shí)候，Cypress又推出了一套全新的算法CSD(具體原理可參考Cypress相關(guān)文檔)來(lái)測(cè)知手指的觸摸。這套算法較早先的CSR算法雖然只有一個(gè)字母的差別，卻在性能上有了質(zhì)的飛躍，靈敏度提高了4倍，噪聲抑制改善了60％，另外適應(yīng)電源和溫度變化的穩(wěn)定性也有了很大改善。正是由于這些質(zhì)的飛躍，設(shè)計(jì)者僅僅調(diào)用了Cypress剛剛發(fā)布的CSD用戶模塊放在設(shè)計(jì)中，便輕而易舉地攻克了這個(gè)本來(lái)很有挑戰(zhàn)的技術(shù)難題。CSD模塊的實(shí)際效果也令所有感受過(guò)這些按鍵的人贊不絕口。

集成紅外調(diào)制功能

由于是紅外遙控，自然要實(shí)現(xiàn)將紅外信號(hào)調(diào)制發(fā)射的過(guò)程。這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的功能，只需要模擬普通遙控芯片的發(fā)射端口發(fā)出38K的紅外調(diào)制波形就行。乍一看，這與觸摸按鍵似乎是風(fēng)馬牛不相及的兩個(gè)功能，而且使用其它專(zhuān)用觸摸IC時(shí)，集成這個(gè)功能幾乎是一條不可逾越的鴻溝，必須為這一小小功能再添加一顆控制芯片。雙芯片方案自然會(huì)有美中不足。 然而，同樣一個(gè)問(wèn)題對(duì)PSOC來(lái)講則非常簡(jiǎn)單。這也是Cypress公司一直在大力提倡的Capsense Plus(集成觸摸感應(yīng)和其它控制功能于一身)的概念，即實(shí)現(xiàn)觸摸功能只占用了PSoC的部分資源，而PSoC內(nèi)部其余的資源(包括程序控制，可編程模塊以及I／O口)仍然可以為客戶所用。這樣的一"芯"二用，既可以集成簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，同時(shí)在成本上也會(huì)帶來(lái)很大優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于集成紅外信號(hào)的調(diào)制，在PSoC里僅僅增加了一個(gè)高速PWM調(diào)制端口。別小看這不太起眼的功能的增加，也僅僅用到了很少的芯片資源，但東杰電氣在進(jìn)行方案評(píng)估的時(shí)候，市面上別的專(zhuān)用觸摸芯片由于功能固定，對(duì)于這一小小的"額外"需求都可能難以實(shí)現(xiàn)。

由于PSoC的靈活性，它不僅可以做出簡(jiǎn)單的按鍵功能，而且同一個(gè)芯片在經(jīng)過(guò)程序處理后，在不增加任何硬件成本的情況下，可以很容易實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)條和類(lèi)似iPod滑動(dòng)圈的造型。如果將這些造型有機(jī)地融入遙控器外觀的設(shè)計(jì)，用來(lái)調(diào)節(jié)電視的音量或者頻道的選擇，既可使外觀更加時(shí)尚，同時(shí)也可以方便用戶使用。