深入解析Microchip AR1100電阻式USB和RS - 232觸摸屏控制器

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，觸摸屏的應(yīng)用越來越廣泛。Microchip的AR1100電阻式USB和RS - 232觸摸屏控制器為各類觸摸屏設(shè)備提供了一個功能豐富且易于集成的解決方案。下面，我們就來詳細(xì)了解一下這款控制器。

文件下載：AR1100-I SS.pdf

一、AR1100概述

1.1 特點與優(yōu)勢

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

• 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)能睡眠模式，可有效降低功耗。
• 寬工作溫度范圍：工業(yè)級溫度范圍，能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。
• 漂移補償算法：內(nèi)置漂移補償算法，保證觸摸屏的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
• 用戶EEPROM：擁有96字節(jié)的用戶EEPROM，方便存儲用戶數(shù)據(jù)。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

AR1100適用于多種需要快速、準(zhǔn)確和可靠觸摸集成的應(yīng)用，如移動通訊設(shè)備、個人數(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終端等。

二、硬件設(shè)計

2.1 引腳分配

AR1100采用20引腳封裝，不同引腳具有不同的功能。例如，1、18引腳為電源引腳，2、19引腳為振蕩器引腳等。具體的引腳分配可參考文檔中的表格，在進(jìn)行硬件設(shè)計時，需要根據(jù)實際需求正確連接這些引腳。

2.2 原理圖設(shè)計

文檔提供了簡化的原理圖，同時詳細(xì)的原理圖和物料清單（BOM）可在特定的圖示中找到。在設(shè)計過程中，要注意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線模擬電阻式觸摸屏。不同類型的傳感器連接方式在文檔的圖3 - 2中有詳細(xì)描述，設(shè)計時需根據(jù)實際使用的傳感器類型進(jìn)行正確連接。

2.4 ESD和噪聲考慮

ESD保護(hù)對于觸摸屏控制器的穩(wěn)定運行至關(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，如PESD5V0S1BA，其電容值較低，為35pF，可有效保護(hù)設(shè)備且盡量減少對觸摸性能的影響。同時，參考設(shè)計原理圖中包含了觸摸傳感器濾波電容，但要注意改變其值可能會對觸摸性能產(chǎn)生不利影響。

三、通信方式

3.1 物理通信

AR1100支持UART和USB兩種通信方式，并能自動檢測和選擇。USB模式下可枚舉為HID - GENERIC、HID - MOUSE和HID - DIGITIZER三種設(shè)備類型。默認(rèn)的USB設(shè)備類型可通過配置命令進(jìn)行更改，并保存在非易失性存儲器中，出廠默認(rèn)值為HID - MOUSE。

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，分為觸摸報告和命令數(shù)據(jù)包兩類。

• 觸摸報告：根據(jù)不同的通信模式，觸摸報告的格式有所不同。例如，在UART和HID - GENERIC模式下，為5字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)格式；在HID - MOUSE和HID - DIGITIZER模式下，也有各自特定的格式。觸摸報告的測量分辨率為10位，最終以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，如配置和控制。命令數(shù)據(jù)包和響應(yīng)數(shù)據(jù)包具有相似的框架，但格式略有不同。在UART通信模式下，完整的命令數(shù)據(jù)包必須在約250ms的超時時間內(nèi)發(fā)送，否則部分?jǐn)?shù)據(jù)包將被丟棄；在USB模式下，數(shù)據(jù)包通常在單個64字節(jié)的USB緩沖區(qū)中傳輸。

四、命令集

AR1100提供了一系列命令，用于配置和控制其操作。常見的命令包括：

• TOUCH_ENABLE：啟用觸摸報告。
• TOUCH_DISABLE：禁用觸摸報告，以避免觸摸報告干擾其他命令的執(zhí)行。
• CALIBRATE：啟動控制器的校準(zhǔn)程序，可根據(jù)需要選擇25點或4點校準(zhǔn)。
• REG_READ和REG_WRITE：分別用于讀取和寫入操作寄存器。
• EE_READ和EE_WRITE：用于讀取和寫入EEPROM中的數(shù)據(jù)。
• EE_READ_PARAMS和EE_WRITE_PARAMS：用于從EEPROM讀取和寫入操作參數(shù)集。
• USB_MODE_GENERIC、USB_MODE_MOUSE和USB_MODE_DIGITIZER：用于設(shè)置默認(rèn)的USB設(shè)備類型。

五、配置寄存器

AR1100有多個配置寄存器，用于設(shè)置各種操作參數(shù)。例如：

• TouchThreshold：設(shè)置觸摸檢測的閾值，值越大，檢測觸摸的條件越寬松。
• SensitivityFilter：設(shè)置觸摸“穩(wěn)定性”的標(biāo)準(zhǔn)，值越大，對觸摸越敏感，但可能穩(wěn)定性較差。
• SamplingFast和SamplingSlow：分別設(shè)置快速和慢速觸摸移動時的采樣平均水平，可根據(jù)實際需求調(diào)整以平衡報告速度和抗噪聲能力。

六、操作模式

6.1 配置

AR1100出廠時使用默認(rèn)設(shè)置即可正常工作，但某些應(yīng)用可能需要更改這些設(shè)置。可通過命令集進(jìn)行配置，推薦的操作步驟為：先禁用觸摸報告，然后根據(jù)需要修改參數(shù)寄存器的值，可選擇將新的寄存器值存檔為默認(rèn)值，最后重新啟用觸摸報告。

6.2 校準(zhǔn)

校準(zhǔn)可使AR1100發(fā)出準(zhǔn)確的觸摸報告，將觸摸位置精確映射到顯示設(shè)備的物理尺寸。校準(zhǔn)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(biāo)，AR1100將每個校準(zhǔn)觸摸點的原始觸摸數(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)過指定的無觸摸或通信時間間隔后，設(shè)備將進(jìn)入睡眠模式；在USB通信模式下，由主機的USB SUSPEND控制傳輸激活睡眠模式。設(shè)備可通過觸摸或主機的通信喚醒。

6.4 傳感器類型配置

通過MODE輸入引腳和配置參數(shù)TouchOptions的組合，可配置AR1100所連接的傳感器類型（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)開路。

6.5 LED指示

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

6.6 USB模式更改

低級別操作（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模式下運行，需要將其配置為HID - GENERIC模式進(jìn)行低級別操作，完成后再重新配置回所需的默認(rèn)設(shè)備類型。

七、引導(dǎo)加載

引導(dǎo)加載過程允許主機對AR1100進(jìn)行重新編程。由于閃存程序內(nèi)存無法同時容納引導(dǎo)加載部分和應(yīng)用程序部分，AR1100采用3次編程的方式進(jìn)行。每次編程時，USB設(shè)備都需要重新枚舉。引導(dǎo)加載操作也有相應(yīng)的命令集，如VERSION、RESET、INIT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)域存儲各種操作參數(shù)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)區(qū)域存儲校準(zhǔn)相關(guān)的數(shù)據(jù)。

九、電氣規(guī)格和封裝信息

9.1 電氣規(guī)格

AR1100的絕對最大額定值包括環(huán)境溫度、存儲溫度、電壓、功耗、電流等參數(shù)。在使用過程中，必須確保設(shè)備在這些額定值范圍內(nèi)工作，以避免損壞設(shè)備。

9.2 封裝信息

AR1100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，不同封裝有不同的尺寸和引腳布局。文檔中詳細(xì)給出了各種封裝的尺寸、引腳間距等技術(shù)細(xì)節(jié)，設(shè)計時可根據(jù)實際需求選擇合適的封裝。

Microchip的AR1100電阻式USB和RS - 232觸摸屏控制器為觸摸屏設(shè)備的設(shè)計提供了一個全面且靈活的解決方案。電子工程師在設(shè)計過程中，需要深入理解其各項特性和功能，結(jié)合實際應(yīng)用需求，合理進(jìn)行硬件設(shè)計、通信配置和參數(shù)設(shè)置，以實現(xiàn)最佳的觸摸性能。你在使用AR1100的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。