Microchip AR1100電阻式USB和RS - 232觸摸屏控制器深度解析

在電子設(shè)備中，觸摸屏控制器是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的關(guān)鍵部件。Microchip的AR1100電阻式USB和RS - 232觸摸屏控制器以其豐富的特性和出色的性能，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中得到了廣泛應(yīng)用。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款控制器。

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一、概述

1.1 產(chǎn)品特點(diǎn)

AR1100是一款功能豐富、高度集成的通用觸摸屏控制器解決方案。它具有以下顯著特點(diǎn)：

• 環(huán)保合規(guī)：符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，滿足環(huán)保要求。
• 節(jié)能模式：具備節(jié)能的睡眠模式，可有效降低功耗。
• 寬溫范圍：支持工業(yè)溫度范圍，能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。
• 漂移補(bǔ)償：內(nèi)置漂移補(bǔ)償算法，確保觸摸屏的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
• 用戶存儲(chǔ)：擁有96字節(jié)的用戶EEPROM，方便用戶存儲(chǔ)自定義數(shù)據(jù)。

1.2 應(yīng)用場(chǎng)景

AR1100適用于多種需要快速、準(zhǔn)確和可靠觸摸集成的應(yīng)用，包括但不限于移動(dòng)通訊設(shè)備、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、觸摸屏顯示器、自助服務(wù)亭、媒體播放器、便攜式儀器和銷售點(diǎn)終端等。

二、硬件設(shè)計(jì)

2.1 引腳分配

AR1100的引腳分配明確，不同引腳承擔(dān)著不同的功能。例如，電源引腳（1、18）為設(shè)備提供電力；振蕩器引腳（2、19、3、20）用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；MODE引腳（4）可用于選擇傳感器類型（5線或4/8線）。具體的引腳功能可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中的詳細(xì)表格。

2.2 原理圖設(shè)計(jì)

文檔中提供了簡(jiǎn)化的原理圖，同時(shí)詳細(xì)的原理圖和物料清單（BOM）可在相關(guān)附圖中找到。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，未使用的傳感器引腳應(yīng)接地，以避免干擾。

2.3 傳感器連接

AR1100支持4線、5線和8線模擬電阻式觸摸傳感器。不同類型的傳感器連接方式在文檔中有圖形化描述，設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行正確連接。

2.4 ESD和噪聲考慮

在設(shè)計(jì)中，ESD保護(hù)至關(guān)重要。建議在所有有源傳感器線路上使用ESD保護(hù)二極管，但要注意盡量減小電容。例如，PESD5V0S1BA因其標(biāo)稱低電容（35 pF）而被推薦用于參考設(shè)計(jì)。同時(shí)，參考設(shè)計(jì)原理圖中包含了觸摸傳感器濾波電容，但改變其值可能會(huì)對(duì)觸摸性能產(chǎn)生不利影響。

三、通信方式

3.1 物理通信

AR1100支持UART和USB通信，并能自動(dòng)檢測(cè)和選擇激活模式。USB模式可枚舉為HID - GENERIC、HID - MOUSE和HID - DIGITIZER三種設(shè)備類型，默認(rèn)USB設(shè)備類型可通過(guò)配置命令更改并保存在非易失性存儲(chǔ)器中。

3.2 數(shù)據(jù)協(xié)議

數(shù)據(jù)協(xié)議采用多字節(jié)數(shù)據(jù)包傳輸，分為觸摸報(bào)告和命令數(shù)據(jù)包兩類。

• 觸摸報(bào)告：觸摸報(bào)告由AR1100發(fā)起，響應(yīng)觸摸檢測(cè)。報(bào)告格式因通信模式而異，測(cè)量分辨率為10位，坐標(biāo)值以12位格式報(bào)告，滿量程范圍為0到4095。
• 命令數(shù)據(jù)包：用于配置和控制等操作。命令數(shù)據(jù)包和響應(yīng)數(shù)據(jù)包具有相同的框架，但格式略有不同。在UART通信模式下，完整的命令數(shù)據(jù)包必須在超時(shí)定時(shí)器（約250 ms）內(nèi)送達(dá)；在USB模式下，數(shù)據(jù)包通常在單個(gè)64字節(jié)的USB緩沖區(qū)中傳輸。

四、命令集

4.1 命令概述

AR1100提供了一系列命令，用于配置和調(diào)整設(shè)備的操作參數(shù)。為避免觸摸報(bào)告干擾命令執(zhí)行，建議在執(zhí)行其他命令之前先執(zhí)行TOUCH_DISABLE命令，最后執(zhí)行TOUCH_ENABLE命令恢復(fù)正常操作。

4.2 主要命令

• TOUCH_ENABLE：?jiǎn)⒂糜|摸報(bào)告。
• TOUCH_DISABLE：禁用觸摸報(bào)告。
• CALIBRATE：?jiǎn)?dòng)校準(zhǔn)程序，根據(jù)不同的參數(shù)可選擇25點(diǎn)或4點(diǎn)校準(zhǔn)。
• REG_READ：讀取一個(gè)或多個(gè)操作寄存器。
• REG_WRITE：寫入一個(gè)或多個(gè)操作寄存器。
• EE_READ：從EEPROM讀取一個(gè)或多個(gè)字節(jié)。
• EE_WRITE：向EEPROM寫入一個(gè)或多個(gè)字節(jié)。
• EE_READ_PARAMS：從EEPROM讀取整個(gè)操作參數(shù)集到RAM。
• EE_WRITE_PARAMS：將整個(gè)操作參數(shù)集從RAM寫入EEPROM。
• USB_MODE_GENERIC：將默認(rèn)USB模式設(shè)置為HID - GENERIC。
• USB_MODE_MOUSE：將默認(rèn)USB模式設(shè)置為HID - MOUSE。
• USB_MODE_DIGITIZER：將默認(rèn)USB模式設(shè)置為HID - DIGITIZER。

五、配置寄存器

5.1 寄存器概述

AR1100的配置寄存器包含多個(gè)參數(shù)，用于調(diào)整設(shè)備的各種性能。這些參數(shù)可通過(guò)命令進(jìn)行修改，以滿足不同應(yīng)用的需求。

5.2 主要寄存器功能

• TouchThreshold：設(shè)置觸摸檢測(cè)閾值，值越大，檢測(cè)觸摸的條件越寬松。
• SensitivityFilter：設(shè)置觸摸“穩(wěn)定性”標(biāo)準(zhǔn)，值越大，對(duì)觸摸越敏感，但可能穩(wěn)定性較差。
• SamplingFast和SamplingSlow：分別設(shè)置觸摸快速和慢速移動(dòng)時(shí)的測(cè)量樣本平均水平，值越低，報(bào)告速度越快，但可能更容易受到噪聲影響。
• AccuracyFilterFast和AccuracyFilterSlow：分別設(shè)置觸摸快速和慢速移動(dòng)時(shí)的測(cè)量精度增強(qiáng)水平，值越低，觸摸位置分辨率越高，但噪聲可能也會(huì)增加。
• SpeedThreshold：設(shè)置觸摸運(yùn)動(dòng)被視為“慢速”或“快速”的閾值。
• DitherFilter：設(shè)置閾值，防止在靜止觸摸時(shí)報(bào)告的觸摸位置發(fā)生變化。
• SleepDelay：設(shè)置無(wú)觸摸或主機(jī)通信時(shí)進(jìn)入低功耗睡眠模式的時(shí)間間隔（僅UART通信模式）。
• PenUpDelay：設(shè)置筆抬起事件的延遲時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)去抖功能。
• TouchMode：定義控制器對(duì)筆按下、移動(dòng)和抬起三種觸摸事件的響應(yīng)動(dòng)作。
• TouchOptions：包含多個(gè)操作選項(xiàng)的位標(biāo)志，如觸摸啟用、校準(zhǔn)反饋詳細(xì)模式、動(dòng)態(tài)上升時(shí)間算法啟用等。

六、操作模式

6.1 配置操作

AR1100出廠時(shí)使用默認(rèn)設(shè)置即可正常工作，但某些應(yīng)用可能需要修改參數(shù)?？赏ㄟ^(guò)命令進(jìn)行配置，推薦的操作步驟如下：

1. 執(zhí)行TOUCH_DISABLE命令，禁用觸摸報(bào)告。
2. 根據(jù)需要執(zhí)行REG_WRITE命令，修改選定參數(shù)寄存器的值。
3. 可選執(zhí)行EE_WRITE_PARAMS命令，將新的寄存器值存檔為默認(rèn)值。
4. 執(zhí)行TOUCH_ENABLE命令，重新啟用觸摸報(bào)告。

6.2 校準(zhǔn)操作

校準(zhǔn)可使AR1100發(fā)出的觸摸報(bào)告能夠校正傳感器方向，并將報(bào)告的觸摸位置精確映射到顯示設(shè)備的物理尺寸。校準(zhǔn)過(guò)程需要操作員依次觸摸主機(jī)在顯示設(shè)備上呈現(xiàn)的一系列目標(biāo)，AR1100將每個(gè)校準(zhǔn)觸摸點(diǎn)的原始觸摸數(shù)據(jù)存檔到EEPROM中，在正常操作中使用這些數(shù)據(jù)將“原始”數(shù)據(jù)處理為“校準(zhǔn)”數(shù)據(jù)。

6.3 睡眠模式

AR1100支持低功耗睡眠模式，以節(jié)省能源。在UART通信模式下，經(jīng)過(guò)指定時(shí)間間隔（SleepDelay參數(shù)）無(wú)觸摸或通信時(shí)，設(shè)備將進(jìn)入睡眠模式，可通過(guò)觸摸或主機(jī)通信喚醒；在USB通信模式下，主機(jī)發(fā)送USB SUSPEND控制傳輸可激活睡眠模式，若主機(jī)允許設(shè)備喚醒主機(jī)，觸摸可喚醒主機(jī)，否則需主機(jī)發(fā)送RESUME條件喚醒設(shè)備。

6.4 傳感器類型配置

通過(guò)MODE輸入引腳和配置參數(shù)TouchOptions的組合，可配置AR1100連接的傳感器類型（4W、5W或8W）。對(duì)于5W傳感器，MODE輸入引腳必須接地；對(duì)于4W或8W傳感器，MODE輸入引腳應(yīng)斷開(kāi)。此外，配置寄存器TouchOptions的第1位可進(jìn)一步選擇4W和8W。

6.5 LED指示

LED用于指示控制器狀態(tài)。慢速閃爍表示控制器通電且無(wú)觸摸檢測(cè)；快速閃爍表示檢測(cè)到觸摸；熄滅表示控制器無(wú)電源或處于睡眠狀態(tài)。

6.6 USB模式更改

低級(jí)別操作（配置、校準(zhǔn)、引導(dǎo)加載）僅在UART和HID - GENERIC通信模式下支持。如果AR1100在HID - MOUSE或HID - DIGITIZER模式下運(yùn)行，需將其配置為HID - GENERIC模式進(jìn)行低級(jí)別操作，然后再重新配置回所需的默認(rèn)設(shè)備類型。

七、引導(dǎo)加載

7.1 引導(dǎo)加載過(guò)程

由于Flash程序存儲(chǔ)器無(wú)法同時(shí)容納引導(dǎo)加載部分和應(yīng)用部分，AR1100采用3次編程的方式進(jìn)行編程，每次編程時(shí)USB設(shè)備都需要重新枚舉。

7.2 命令集

引導(dǎo)加載操作使用與觸摸應(yīng)用相同的數(shù)據(jù)格式和協(xié)議，主要命令包括VERSION、RESET、INIT、WRITE、READ、FLUSH和WRITE_MODE等。

八、EEPROM映射

EEPROM分為用戶區(qū)域、參數(shù)區(qū)域和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)區(qū)域。用戶區(qū)域可由用戶自定義使用；參數(shù)區(qū)域存儲(chǔ)設(shè)備的各種配置參數(shù)；校準(zhǔn)數(shù)據(jù)區(qū)域存儲(chǔ)校準(zhǔn)相關(guān)的數(shù)據(jù)。

九、電氣規(guī)格

AR1100的電氣規(guī)格規(guī)定了其工作的電壓、溫度、電流等范圍。例如，工作電壓為3.3 - 5.0V ± 5%，待機(jī)電流在UART模式下小于10 μA，USB模式下小于325 μA，工作電流在無(wú)觸摸時(shí)小于17 mA，觸摸時(shí)小于25 mA。同時(shí)，文檔還給出了絕對(duì)最大額定值，如環(huán)境溫度范圍、存儲(chǔ)溫度范圍、引腳電壓范圍等，使用時(shí)需確保設(shè)備在規(guī)定范圍內(nèi)工作，以避免損壞。

十、封裝信息

10.1 封裝類型

AR1100提供三種封裝類型：20引腳QFN（5 x 5 mm）、20引腳SOIC和20引腳SSOP。不同封裝適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景和設(shè)計(jì)需求。

10.2 封裝標(biāo)記和訂購(gòu)信息

封裝標(biāo)記包含客戶特定信息、年份代碼、周代碼和追溯代碼等。訂購(gòu)時(shí)可根據(jù)溫度范圍、封裝類型和包裝形式選擇合適的產(chǎn)品編號(hào)。

10.3 封裝詳細(xì)信息

文檔詳細(xì)給出了每種封裝的技術(shù)細(xì)節(jié)，包括尺寸、引腳間距、高度等參數(shù)。在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，需要參考這些參數(shù)確保正確的封裝布局。

Microchip的AR1100電阻式USB和RS - 232觸摸屏控制器以其豐富的功能和良好的性能，為觸摸屏應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體需求合理配置設(shè)備參數(shù)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)最佳的觸摸體驗(yàn)。大家在使用AR1100過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。