利用PSoC的靈活性解決觸摸式遙控器設(shè)計(jì)中的問題
出處:winsu 發(fā)布于:2007-12-03 15:44:22
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)帶來了驚喜,當(dāng)Cypress的銷售人員想把類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、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)品來嘗試PSoC帶來的觸摸感覺,從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)和使用方式
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、無磨損、極易清掃的全新遙控器,此外用戶終生不需要重新購買替換遙控器。
從機(jī)械鍵改為觸摸鍵,并不僅僅是換一個(gè)主控芯片的問題。在實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換過程中,自然會(huì)面臨一些問題。下面將討論如何利用PSoC的可編程性和高靈活性來解決這些問題。
多鍵問題
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)的方式來大大減少I/O資源的消耗,但這樣的結(jié)果是由原來的兩層PCB變?yōu)樗膶覲CB,對(duì)于成本敏感的遙控器來說也幾乎不可能接受。
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)來測知手指的觸摸。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這些按鍵的人贊不絕口。

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