Microchip AR1100電阻式USB和RS - 232觸摸屏控制器：功能與應(yīng)用解析

在當今的電子設(shè)備中，觸摸屏的應(yīng)用越來越廣泛，從工業(yè)控制到消費電子，觸摸屏為用戶提供了更加直觀和便捷的交互方式。Microchip的AR1100電阻式USB和RS - 232觸摸屏控制器就是一款在觸摸屏領(lǐng)域表現(xiàn)出色的產(chǎn)品，下面我們將詳細介紹它的特點、應(yīng)用以及使用方法。

文件下載：AR1100T-I SO.pdf

一、產(chǎn)品概述

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。它能夠自動在USB和RS - 232通信協(xié)議之間進行選擇，并且支持來自各種觸摸屏制造商的4線、5線或8線模擬電阻式觸摸屏。該控制器可以動態(tài)適應(yīng)各種觸摸屏的電氣特性，如靈敏度、接觸電阻和電容，從而以最少的設(shè)計時間提供最佳性能。

特殊特性

• 環(huán)保合規(guī)：符合RoHS標準，滿足環(huán)保要求。
• 節(jié)能模式：具備節(jié)能睡眠模式，有效降低功耗。
• 寬溫度范圍：支持工業(yè)溫度范圍，適用于各種惡劣環(huán)境。
• 漂移補償：內(nèi)置漂移補償算法，提高觸摸屏的穩(wěn)定性。
• 用戶EEPROM：擁有96字節(jié)的用戶EEPROM，方便存儲用戶數(shù)據(jù)。

電源要求

• 工作電壓：3.3 - 5.0V ± 5%。
• 待機電流：UART模式下小于10μA，USB模式下小于325μA。
• 工作電流：無觸摸時小于17mA，觸摸時小于25mA（實際結(jié)果會因傳感器略有不同）。

觸摸模式

支持關(guān)閉、流模式、按下和抬起等觸摸模式，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

觸摸傳感器支持

• 類型：支持4線、5線和8線模擬電阻式觸摸屏。
• 電阻范圍：引線間電阻為50 - 2000歐姆。
• 電容范圍：層間電容為0 - 0.5μF。

觸摸分辨率和報告率

• 分辨率：最大10位分辨率。
• 報告率：典型值為每秒150次報告，實際報告率會根據(jù)傳感器的電氣特性動態(tài)自動最大化。

通信方式

• 自動檢測/選擇：能夠自動檢測并選擇UART或USB通信模式。
• UART：支持9600波特率的異步串行通信。
• USB：符合USB V2.0標準，支持全速傳輸，可枚舉為HID - GENERIC、HID - MOUSE、HID - DIGITIZER三種設(shè)備類型。

封裝類型

提供20引腳QFN（5 x 5 mm）、20引腳SOIC和20引腳SSOP三種封裝類型，方便不同的設(shè)計需求。

二、產(chǎn)品應(yīng)用

AR1100適用于各種需要快速、準確和可靠觸摸集成的應(yīng)用，包括但不限于以下領(lǐng)域：

• 移動通信設(shè)備：如智能手機、平板電腦等，提供流暢的觸摸操作體驗。
• 個人數(shù)字助理（PDA）：方便用戶進行信息輸入和操作。
• 全球定位系統(tǒng)（GPS）：在導航設(shè)備中實現(xiàn)觸摸控制，提高操作便捷性。
• 觸摸屏顯示器：用于工業(yè)控制、自助服務(wù)亭、POS終端等大型顯示器。
• 媒體播放器：實現(xiàn)觸摸操作，增強用戶交互。
• 便攜式儀器：在醫(yī)療設(shè)備、測量儀器等領(lǐng)域提供觸摸控制功能。

三、硬件實現(xiàn)

引腳分配

AR1100的引腳分配明確，不同引腳具有不同的功能，如電源、振蕩器、傳感器連接、UART通信、USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。具體的引腳功能可以參考數(shù)據(jù)手冊中的詳細表格。

原理圖

提供了簡化的原理圖，同時詳細的原理圖和物料清單（BOM）可以在文檔中找到。在設(shè)計時，未使用的傳感器引腳應(yīng)接地，以確保電路的穩(wěn)定性。

傳感器連接

AR1100與不同類型傳感器的連接方式在文檔中有圖形化的描述，方便工程師進行連接和調(diào)試。

ESD和噪聲考慮

在參考原理圖中給出了建議的ESD保護措施，同時要注意選擇合適的ESD保護二極管，以避免對觸摸性能產(chǎn)生影響。此外，參考設(shè)計原理圖中包含了觸摸傳感器濾波電容，但改變其值可能會對觸摸性能產(chǎn)生不利影響。

四、通信方式

物理層

AR1100支持UART和USB兩種通信方式，并能自動檢測和選擇激活的模式。USB模式可以枚舉為三種設(shè)備類型，默認的USB設(shè)備類型可以通過配置命令進行更改，并保存在非易失性存儲器中。

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，分為觸摸報告和命令數(shù)據(jù)包兩種類型。

• 觸摸報告：根據(jù)不同的通信模式（UART、HID - GENERIC、HID - MOUSE、HID - DIGITIZER），觸摸報告的格式有所不同。觸摸報告的測量分辨率為10位，經(jīng)過處理后以12位格式報告，全量程范圍為0到4095。
• 命令數(shù)據(jù)包：用于除觸摸報告之外的所有通信，如配置、控制等。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。

五、命令集

AR1100提供了一系列命令，用于配置和控制其操作。在正常操作中，為了避免觸摸報告干擾命令，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命令恢復正常操作。常見的命令包括：

• TOUCH_ENABLE：啟用觸摸報告。
• TOUCH_DISABLE：禁用觸摸報告。
• CALIBRATE：執(zhí)行校準程序。
• REG_READ：讀取寄存器。
• REG_WRITE：寫入寄存器。
• EE_READ：讀取EEPROM中的數(shù)據(jù)。
• EE_WRITE：寫入EEPROM中的數(shù)據(jù)。
• EE_READ_PARAMS：從EEPROM讀取參數(shù)集到RAM。
• EE_WRITE_PARAMS：將參數(shù)集從RAM寫入EEPROM。
• USB_MODE_GENERIC：將默認USB模式設(shè)置為HID - GENERIC。
• USB_MODE_MOUSE：將默認USB模式設(shè)置為HID - MOUSE。
• USB_MODE_DIGITIZER：將默認USB模式設(shè)置為HID - DIGITIZER。

六、配置寄存器

AR1100的配置寄存器包含了多個參數(shù)，用于調(diào)整觸摸性能和操作模式。例如，TouchThreshold寄存器用于設(shè)置觸摸檢測的閾值，SensitivityFilter寄存器用于設(shè)置觸摸穩(wěn)定性的標準，SamplingFast和SamplingSlow寄存器用于設(shè)置觸摸測量的采樣平均水平等。通過合理配置這些寄存器，可以優(yōu)化AR1100的性能。

七、操作模式

配置

AR1100出廠時使用默認設(shè)置即可正常工作，但對于一些特殊應(yīng)用，可能需要使用命令更改默認設(shè)置。推薦的配置步驟如下：

1. 執(zhí)行TOUCH_DISABLE命令，禁用觸摸報告。
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. 可選地執(zhí)行EE_WRITE_PARAMS命令，將新的寄存器值保存為默認值。
4. 執(zhí)行TOUCH_ENABLE命令，重新啟用觸摸報告。

校準

校準可以使AR1100發(fā)出的觸摸報告能夠校正傳感器的方向，并精確地將報告的觸摸位置映射到底層顯示設(shè)備的物理尺寸上。校準過程需要操作員依次觸摸主機在顯示設(shè)備上呈現(xiàn)的一系列目標，AR1100將每個校準觸摸點的原始觸摸數(shù)據(jù)存檔到EEPROM中，然后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”數(shù)據(jù)。

睡眠模式

AR1100支持低功耗睡眠模式，以節(jié)省設(shè)備不使用時的功耗。在UART通信模式下，經(jīng)過指定的時間間隔（由SleepDelay寄存器設(shè)置）且沒有觸摸或通信時，設(shè)備將進入睡眠模式。在USB通信模式下，睡眠模式由主機的USB SUSPEND控制傳輸激活。

傳感器類型配置

通過MODE輸入引腳和配置參數(shù)TouchOptions的組合，可以配置AR1100連接的傳感器類型（4W、5W或8W）。對于5W傳感器，MODE輸入引腳必須接地；對于4W或8W傳感器，MODE輸入引腳應(yīng)斷開連接。此外，TouchOptions寄存器中的位1用于進一步選擇4W和8W傳感器。

LED指示

LED用于指示控制器的狀態(tài)，快速閃爍表示檢測到觸摸，慢速閃爍表示未檢測到觸摸，熄滅表示控制器無電源或處于睡眠狀態(tài)。

USB模式更改

低級別操作（配置、校準、引導加載）僅在UART和HID - GENERIC兩種通信模式下支持。如果AR1100在HID - MOUSE或HID - DIGITIZER模式下運行，需要將其配置為HID - GENERIC模式進行低級別操作，然后再重新配置回所需的默認設(shè)備類型。

八、引導加載

AR1100的引導加載過程允許主機對其進行重新編程。由于閃存程序內(nèi)存無法同時容納引導加載部分和應(yīng)用部分，因此AR1100需要分3次進行編程，每次編程時USB設(shè)備都需要重新枚舉。引導加載操作僅在UART和HID - GENERIC通信模式下支持。

九、EEPROM映射

EEPROM分為用戶區(qū)域、參數(shù)區(qū)域和校準數(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)域存儲了各種配置參數(shù)，校準數(shù)據(jù)區(qū)域存儲了校準相關(guān)的數(shù)據(jù)。

十、電氣規(guī)格和封裝信息

電氣規(guī)格

文檔給出了AR1100的絕對最大額定值，包括環(huán)境溫度、存儲溫度、電壓、功率、電流等參數(shù)。在使用時，應(yīng)確保設(shè)備在規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)工作，以避免損壞設(shè)備。

封裝信息

AR1100提供了20引腳SSOP、20引腳SOIC和20引腳QFN三種封裝類型，文檔詳細介紹了每種封裝的尺寸、引腳間距等技術(shù)細節(jié)，并提供了訂購信息。

十一、總結(jié)

Microchip的AR1100電阻式USB和RS - 232觸摸屏控制器是一款功能強大、性能穩(wěn)定的觸摸屏控制解決方案。它具有豐富的特性、靈活的通信方式和簡單的配置方法，適用于各種觸摸屏應(yīng)用場景。通過合理使用其命令集和配置寄存器，可以優(yōu)化觸摸性能，滿足不同用戶的需求。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，選擇合適的封裝類型和配置參數(shù)，確保設(shè)備的正常運行。

你在使用AR1100的過程中遇到過哪些問題？你認為它在哪些方面還有改進的空間呢？歡迎在評論區(qū)留言討論。