摘要
XC800 微控制器系列新成員 XC82x 與 XC83x 是高效能的電容式觸控感測解決方案，成本低，可控制多個觸控按鍵、觸控滑桿或觸控轉盤。這些裝置的 ROM 有專屬模組與軟體程式庫，支援三種不同的觸控板電容測量法，能夠以非常小的使用者軟體驅動 LED 矩陣。
圖1:英飛凌觸控標誌
前言
近來，觸控按鍵、觸控滑桿與轉盤在人機介面 (HMI) 設計中愈來愈普遍。使用電容式觸控技術製造這些輸入元件，不僅讓使用更為彈性，且能高度客製化，大幅降低整體系統成本，還能增加機械可靠性。
機械按鍵的設計十分複雜，成本昂貴。截止空間距離必須滿足熱膨脹與美感的某些需求，按鍵與電子接點的材料則必須有彈性、可靠且耐用。設計時，這些因素全需考慮到，並結合電位計等其他元件來決定輸入按鍵的最後尺寸與形狀。
相對地，電容式觸控系統的設計人員能夠將重心放在介面需求上，充分利用此技術的彈性與超扁平設計解決方案，還能夠透過外殼材料偵測使用者的輸入，此外，只要透過軟體參數就能調整行為，不必受限於機械限制。
圖2:按鍵、滑桿與轉盤形狀範例
電容式觸控感測控制
電容式觸控感測控制是一種人機介面，介面上的觸控板控制器會不斷測量觸控板電容。觸控板被觸碰時，電容會增加，觸控板控制器便會偵測到電容。與機械按鍵相比，觸控板的配置更可靠、更扁平，也更有彈性。
圖3:加蓋的觸控板 3
英飛凌提供三種不同的解決方案來測量觸控板的電容。
1. 弛張振盪器 (RO)
2. 電荷重置 (CR)
3. 充電時間測量 (CTM)
弛張振盪器
8 位元微控制器高效能 XC800 系列的最新成員，XC822、XC824、XC835 與 XC836，有專屬 LED 與觸控感測控制器模組 (LEDTSCU)，能在多達 8 個通道上部署弛張振盪器拓樸。
圖4:XC83x 方塊圖
在 RO 拓樸中，會有一個簡單電路在觸控板上產生振盪，模組會計算在預先定義的監控時間長度內的振盪次數，來測量振盪的頻率。因為頻率與電容成反比，觸控板的振盪頻率較低。
LEDTSCU 會定時測量每個觸控板上的頻率，測量的結果則由英飛凌微控制器 ROM 中提供的軟體程式庫進一步處理。此程式庫中的適應平均功能會從測量產生移動平均，並偵測電容變化。所有參數都能由使用者調整。
圖5:適應平均控制
變數中的旗標是由相當便利的「觸控感測狀態機器」處理，機器會隨著觸碰或鬆開觸控板、觸控時間過長、過短或適當，來設定或清除某些旗標。
LEDTSCU 也能作為 LED 矩陣控制器，可控制多達 64 個 LED。LED 矩陣是由許多排列成數行與數列的 LED 所組成，有各種配置，由於時間多工的關係，任何時候最多只有一列為啟用中。
圖6:LED 矩陣控制器
以時間多工方式將觸控感測功能與 LED 控制功能結合時，會將觸控感測針腳分攤給 LED 行。由於整體需要的針腳較少，所以有多個觸控按鍵與 LED 的設計，就能備有較小的微控制器、較小的 PCB，整體系統成本也能降低。
目前英飛凌提供 XC822 簡易工具包與 XC836 簡易工具包，讓入門的新手評估觸控感測。針對專家，則建議使用以 XC822T 為基礎的 7 按鍵應用套件。
圖7: XC822 與 XC836 簡易工具包
圖8:7 按鍵應用套件
電荷重置與充電時間測量
英飛凌的所有 XC800 微控制器都能使用 CR 與 CTM 法。這兩個方法使用微控制器的「類比數位轉換器」(ADC) 通道測量觸控板電容。視裝置的不同，XC800 微控制器可以有 4 或 8 個個別 ADC 通道。
電容的測量方式是將電荷打入觸控板上，然後觀察產生的電壓。系統會定時逐一檢查每個觸控板。測量前會先將觸控板放電，並預先將 ADC 中的取樣電容器充電到 VAREF/2 (ADC 參考電壓的一半)。取樣期間，電荷會從取樣電容器流向觸控板，直到電壓等化為止。使用 CR 法時，此電壓等級是測量的結果。觸控板電容愈大，測量到的電壓愈低。
使用 CTM 法時，會不斷取樣，不將觸控板放電，直到電壓等級到達預先定義的臨界值為止。測量結果是計時器所測量到從第一次取樣開始，到超過臨界值之間的這段時間。觸控板電容愈大，此時間愈長。
系統會定時測量每個觸控板的電容，測量結果則由英飛凌提供軟體程式庫中的增強適應平均控制功能進一步處理。系統會產生移動平均，並偵測電容變化。所有參數都能由使用者調整。
圖9 :增強適應平均控制
觸控感測狀態機器更新後會根據手指觸碰的不同，設定或清除變數中的旗標。
使用共用的中斷線，就能將 CR 法和 CTM 法輕鬆地與 RO 法整合。英飛凌提供以 XC836T 為基礎的 16 按鍵應用套件作為評估之用。
