电容式触摸屏的通讯接口设计方案
随着手机、pda等便携式电子产品的普及，人们需要更小的产品尺寸和更大的lcd显示屏。受到整机重量和机械设计的限制，人机输入接口开始由传统的机械按键向电阻式触摸屏过渡。2007年iphone面世并取得了巨大成功，它采用的电容式触摸屏提供了更高的透光性和新颖的多点触摸功能，开始成为便携式产品的新热点，并显现出成为主流输入接口方式的趋势。
一、 cypress truetouch™电容触摸屏方案介绍
cypress psoc技术将可编程模拟/数字资源集成在单颗芯片上，为感应电容式触摸屏提供了truetouch™解决方案，它涵盖了从单点触摸、多点触摸识别手势到多点触摸识别位置的全部领域。配合高效灵活的psoc designer 5.0 开发环境，cypress truetouch™方案正在业界获得广泛的应用。
图1是cypress truetouch™方案中经常使用的轴坐标式感应单元矩阵的图形，类似于触摸板，将独立的ito 感应单元串联在一起可以组成y 轴或x 轴的一个感应单元，行感应单元组成y 轴，列感应单元组成x 轴，行和列在分开的不同层上。多点触摸识别位置方法是基于互电容的触摸检测方法（行单元上加驱动激励信号，列单元上进行感应，有别于激励和感应的是同一感应单元的自电容方式），可以应用于任何触摸手势的检测，包括识别双手的10 个手指同时触摸的位置（图2）。它通过互电容检测的方式可以完全消除“鬼点”，当有多个触摸点时，仅当某个触摸点所在的行感应单元被驱动，列感应单元被检测时，才会有电容变化检测值，这样就可以检测出多个行 / 列交*处触摸点的绝对位置。
图1 轴坐标式感应单元矩阵的图形
图2 cypress truetouch 多点触摸识别位置
方案同时显示了5 个手指触摸点的位置。
图3显示了cypress truetouch™方案的不同应用领域，包括触摸按键，图像的两手指手势操作，以及同时识别多点触摸位置和控制多个目标。
图3 cypress truetouch™ 电容触摸屏方案
二、cypress truetouch™电容触摸屏的通讯接口
cypress truetouch™电容触摸屏主要通过tx / i2c / spi / usb 与主机实现物理通信，truetouch™芯片可以直接报告一些基本手势（如两点触摸的平移 / 缩放 / 旋转），也可以提供专用的api 给用户，用户端获得多点坐标后通过api 运算识别更多的或者自定义的手势。api 使用标准c 语言编写，可以运行在51 / arm 等多个平台，这大大简化了用户端软件开发的工作量。
1. tx 通信接口
cypress designer 5.0 提供了tx8sw用户模块，可以实现7 / 8位rs-232格式的软件串行接口，支持115200，57600，38400，19200，9600，4800，2400，and 1200 bps的传输速度。用户可以在代码中设定相应的i/o口，波特率，极性和停止位数。tx8sw接口不占用psoc的数字 / 模拟模块资源，提供了从psoc到主机的单向通信连接。
2. i2c 通信接口
cypress designer 5.0 提供了多个i2c通信的用户模块，包括i2chw（允许多主机通信，可以设定为主机或从机，支持7位/10位寻址模式），ezi2cs（工作为从机模式，占用rom/ram资源最少），i2cm（工作为主机模式）和i2cs（工作为从机模式）。这几种i2c模块都与philips的工业标准i2c总线接口兼容，而且不占用psoc的数字 / 模拟模块资源，提供了从psoc到主机的100 kbps / 400 kbps速率双向通信连接。
psoc 与主机i2c 通信时，通常是对所有的行 / 列感应单元触摸检测完成后，通过一个gpio 报告中断给主机，主机响应中断并读出所需的数据。以下方法可以确保主机读出数据的完整性：
while（1） ｛
tsx_scanallsensors（）; // tsx 是cypress 互电容检测方式用户模块
tsx_updateallbaselines（）; // 更新感应单元baseline
tsx_getcentroids（）; // 获得多点的位置
tsx_reportintwithovertime（）; // 向主机报告中断，有超时控制
// 检测ezi2cs 用户模块的ram 读/写计数器，等待直到主机读出全部数据
while （ezi2cs_bram_rwcntr ！= sizeof（i2cregs）） ｛｝;
…; // 运行其它用户代码
｝
主机对i2c structure 特定字节写入预定义数据后，可以通知psoc 进入待机模式（定期工作模式 + 定期休眠模式）或 完全休眠模式。psoc 在待机模式下主机可以进入休眠，psoc 通过sleep timer 定期唤醒自己进入定期工作模式，检测部分感应单元（如仅扫描行单元）来获知是否有用户激活事件。如果有激活事件就通过中断唤醒主机并进入psoc工作模式；没有就再次休眠并定期唤醒自己以降低功耗，实际的电流功耗是工作模式和休眠模式以时间加权的平均值，例如：一秒内唤醒psoc 4 次进入工作模式检测，每次检测16ms@3.2ma，其它时间进入休眠模式@3ua，实际的电流功耗 = （16ms ＊ 4 ＊ 3.2ma + （1000ms – 16ms ＊ 4） ＊ 3ua ） / 1000ms ～= 0.208 ma。
psoc sleep mode 下将关闭analog / digital um，使所有gpio 不形成电流通路，使能i2c 通信引脚的外部中断唤醒，然后进入sleep mode，主机随后可以调用一次i2c 读或写事件来唤醒psoc。
3. spi 通信接口
cypress designer 5.0 提供了spim（设定为主机模式），和spis（设定为从机模式） um。它们使用tx buffer / rx buffer，control / shift寄存器和digital通信模块，实现了8bit全双工同步通讯。用户可以选择sclk（由spi主机产生来设定通信bps）频率和极性，lsb first等属性以支持spi mode 0，1，2和3（见表1）。
表1 spi 模式选择
4. usb 通信接口
cypress designer 5.0 提供了usbuart（使用usb接口来模拟一个com口），和usbfs um。
usbuart使用时在psoc端和pc端就像使用串行口一样方便，用户在设定vendorid /productid / vendorstring / productstring / serialnumbertype /serialnumberstring / devicepower / maxpower这些参数后，编译项目就可以自动生成inf文件。当psoc与pc连接后，pc安装这个inf文件，双方就可以进行双向通信。
usbfs支持control / interrupt / bulk / isochronous 传输，提供了usb in / out控制节点的底层驱动模式，解释来自usb host的请求并分配给相应的函数。通过usbfs setup wizard可以很方便的配置器件描述符，用户还可以将usb配置成hid（human interface devices）器件或通用usb器件。
usbuart和usbfs接口都不占用psoc的数字 / 模拟模块资源，提供了从psoc到主机的usbfull speed双向连接。
三、cypress truetouch™电容触摸屏不同通讯接口的选择
选用cypress truetouch™触摸屏解决方案时，可以根据具体应用的需要灵活选择通讯接口（见表2）。
表2
电容式触摸屏的优点正在被广泛认可，其增强的耐用性、优雅的人机界面带给消费者全新的操作体验。随着电容式触摸屏市场的逐渐扩大，灵活的通讯接口选择将有助于cypress truetouch™电容触摸屏方案更好的为用户服务。
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cypress psoc技术将可编程模拟/数字资源集成在单颗芯片上，为感应电容式触摸屏提供了truetouch™解决方案，它涵盖了从单点触摸、多点触摸识别手势到多点触摸识别位置的全部领域。配合高效灵活的psoc designer 5.0 开发环境，cypress truetouch™方案正在业界获得广泛的应用。
图1是cypress truetouch™方案中经常使用的轴坐标式感应单元矩阵的图形，类似于触摸板，将独立的ito 感应单元串联在一起可以组成y 轴或x 轴的一个感应单元，行感应单元组成y 轴，列感应单元组成x 轴，行和列在分开的不同层上。多点触摸识别位置方法是基于互电容的触摸检测方法（行单元上加驱动激励信号，列单元上进行感应，有别于激励和感应的是同一感应单元的自电容方式），可以应用于任何触摸手势的检测，包括识别双手的10 个手指同时触摸的位置（图2）。它通过互电容检测的方式可以完全消除“鬼点”，当有多个触摸点时，仅当某个触摸点所在的行感应单元被驱动，列感应单元被检测时，才会有电容变化检测值，这样就可以检测出多个行 / 列交*处触摸点的绝对位置。
图1 轴坐标式感应单元矩阵的图形
图2 cypress truetouch 多点触摸识别位置
方案同时显示了5 个手指触摸点的位置。
图3显示了cypress truetouch™方案的不同应用领域，包括触摸按键，图像的两手指手势操作，以及同时识别多点触摸位置和控制多个目标。
图3 cypress truetouch™ 电容触摸屏方案
二、cypress truetouch™电容触摸屏的通讯接口
cypress truetouch™电容触摸屏主要通过tx / i2c / spi / usb 与主机实现物理通信，truetouch™芯片可以直接报告一些基本手势（如两点触摸的平移 / 缩放 / 旋转），也可以提供专用的api 给用户，用户端获得多点坐标后通过api 运算识别更多的或者自定义的手势。api 使用标准c 语言编写，可以运行在51 / arm 等多个平台，这大大简化了用户端软件开发的工作量。
1. tx 通信接口
cypress designer 5.0 提供了tx8sw用户模块，可以实现7 / 8位rs-232格式的软件串行接口，支持115200，57600，38400，19200，9600，4800，2400，and 1200 bps的传输速度。用户可以在代码中设定相应的i/o口，波特率，极性和停止位数。tx8sw接口不占用psoc的数字 / 模拟模块资源，提供了从psoc到主机的单向通信连接。
2. i2c 通信接口
cypress designer 5.0 提供了多个i2c通信的用户模块，包括i2chw（允许多主机通信，可以设定为主机或从机，支持7位/10位寻址模式），ezi2cs（工作为从机模式，占用rom/ram资源最少），i2cm（工作为主机模式）和i2cs（工作为从机模式）。这几种i2c模块都与philips的工业标准i2c总线接口兼容，而且不占用psoc的数字 / 模拟模块资源，提供了从psoc到主机的100 kbps / 400 kbps速率双向通信连接。
psoc 与主机i2c 通信时，通常是对所有的行 / 列感应单元触摸检测完成后，通过一个gpio 报告中断给主机，主机响应中断并读出所需的数据。以下方法可以确保主机读出数据的完整性：
while（1） ｛
tsx_scanallsensors（）; // tsx 是cypress 互电容检测方式用户模块
tsx_updateallbaselines（）; // 更新感应单元baseline
tsx_getcentroids（）; // 获得多点的位置
tsx_reportintwithovertime（）; // 向主机报告中断，有超时控制
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｝
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3. spi 通信接口
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表1 spi 模式选择
4. usb 通信接口
cypress designer 5.0 提供了usbuart（使用usb接口来模拟一个com口），和usbfs um。
usbuart使用时在psoc端和pc端就像使用串行口一样方便，用户在设定vendorid /productid / vendorstring / productstring / serialnumbertype /serialnumberstring / devicepower / maxpower这些参数后，编译项目就可以自动生成inf文件。当psoc与pc连接后，pc安装这个inf文件，双方就可以进行双向通信。
usbfs支持control / interrupt / bulk / isochronous 传输，提供了usb in / out控制节点的底层驱动模式，解释来自usb host的请求并分配给相应的函数。通过usbfs setup wizard可以很方便的配置器件描述符，用户还可以将usb配置成hid（human interface devices）器件或通用usb器件。
usbuart和usbfs接口都不占用psoc的数字 / 模拟模块资源，提供了从psoc到主机的usbfull speed双向连接。
三、cypress truetouch™电容触摸屏不同通讯接口的选择
选用cypress truetouch™触摸屏解决方案时，可以根据具体应用的需要灵活选择通讯接口（见表2）。
表2
电容式触摸屏的优点正在被广泛认可，其增强的耐用性、优雅的人机界面带给消费者全新的操作体验。随着电容式触摸屏市场的逐渐扩大，灵活的通讯接口选择将有助于cypress truetouch™电容触摸屏方案更好的为用户服务。
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