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隨著現代電子產品的日益更新和智能化發展，人機交互接口（HMI）得到越來越多的關注和應用，豐富了人們的體驗，而作為其中重要的一部分，觸控感應技術也在快速發展。 觸控技術目前來講主要分為電阻式觸控和電容式觸控，作為近年來飛速發展的新技術，電容式觸控感應技術以其無機械損耗、壽命長、靈敏度高、節省空間和觸摸動作豐富等優點得到越來越廣泛的應用，與此同時，半導體廠商也不斷地推出相應技術的IC以簡化硬件設計人員的開發。 飛思卡爾半導體推出的Kinetis系列MCU架構之中嵌入了高性能的電容式觸摸感應接口TSI模塊，增強了電容觸摸感應的穩定性和魯棒性，同時也極大地簡化了設計人員的開發過程。 電容式觸摸感應原理 目前基于IC設計的電容式觸摸感應技術主要有兩種： 一種是把電容值的變化轉換成電壓的變化，再通過內部特殊的電容模數轉換器經過A/D采樣算出電容量； 另一種是把電容值變化轉換成內部計數器計數值的變化，在外部電極上產生三角波充放電電壓信號，通過對該三角波電壓信號的周期進行測量計數來反映外部電極的電容量變化。 SiliconLabs推出的電容觸摸系列MCU采用的是前一種方法。 Kinetis K60內部集成的TSI模塊采用的則是后面一種方法。 TSI模塊通過內部的恒流源對外部電極進行充放電，形成三角波電壓信號。三角波電壓信號的周期隨著外部電容的變化而變化，而手指作為虛擬地靠近電極時會造成電容容量的增加，使三角波電壓信號周期變長。與此同時，TSI模塊內部還有一個固定容量的電容構成的振蕩器，以其產生的參考時鐘節拍對外部電極產生的三角波電壓信號的周期進行計數，外部電極電容量的變化引起三角波電壓信號周期的變化進而引起測量計數值的變化，再通過內部讀取相應的計數器值即可算出電容量變化。根據TSI內部運行機制，當電容值超出設定的觸發閾值時，TSI觸發標志位激活相應的中斷請求，實現電容觸摸感應事件的響應。 系統硬件設計 由于采用了帶有專用電容觸控功能即TSI模塊的MCU，因此簡化了硬件電路的設計。一方面減少了開發成本，另一方面也降低了硬件電路的復雜性，增強了系統的穩定性和魯棒性。 1.電容觸控接口設計 內置TSI模塊接口極大地簡化了硬件設計，只需簡單地把外部電極通過一個限流電阻串聯到相應的TSI模塊通道上即可。限流電阻主要是為了防止電極與MCU之間的充放電電流過大而損害MCU，限流電阻的大小根據實際情況而定。 2.觸摸鍵盤PCB布局設計 利用帶有絕緣漆的覆銅板作為電極板，并采用三角形狀覆銅拼接組合成方形觸摸鍵盤，同時該三角覆銅分別引出相應的接口至TSI模塊的通道。 系統軟件設計 TSI模塊不僅簡化了電容式觸摸鍵盤硬件上的設計，而且在軟件設計方面，通過簡單的配置相關寄存器、編寫相應的校準程序和中斷服務程序即可驅動電容觸摸功能，極大地簡化了軟件設計流程。本系統軟件設計采用中斷方式，TSI模塊自動進行周期性掃描，只有觸摸事件發生時才觸發中斷進行響應，減少CPU負擔。 1.TSI模塊初始化 對TSI模塊的初始化主要是根據實際硬件設計對其相關寄存器進行操作，在初始化階段涉及到的相關寄存器包括通用控制與狀態寄存器（TSI0_GENCS）、掃描控制寄存器（TSI0_SCANS）、通道使能寄存器（TSI0_PEN），另外還涉及到K60MCU內部時鐘和引腳配置寄存器等。 2.TSI模塊自校準 TSI模塊初始化之后，要實現電容式感應觸摸的檢測，還需要對TSI模塊進行電容值的校準，采樣正常無手指觸摸情況下的電容量即內部計數器的計數值，將其與自定義的死區值進行相加和相減之后分別存入閾值寄存器的高部分和低部分，以此作為標準檢測電極電容變化區間，當電容量的變化處于死區區間內時，不會觸發越界中斷，當電容量超出閾值寄存器的范圍時（包括低于閾值寄存器的低部分或者高于閾值寄存器的高部分）自動觸發越界中斷。 3.TSI模塊中斷服務處理 TSI模塊有多種中斷方式，包括錯誤中斷、超時中斷、掃描結束中斷和越界中斷，在K60 MCU內部中斷機制里，它們共享99號中斷向量。 同時，飛思卡爾公司免費提供了強大的觸摸感應軟件庫（即TSS庫）和開發生態系統的支持，可以直接應用在飛思卡爾Kinetis平臺上，可縮短了工程開發周期而且也增加了系統的穩定性。 |
