APP下载
登录
今天介绍2017贸泽电子智造创新大赛第二弹，板子：Cypress PSoC 4000S CapSense原型开发套件。
众所周知，赛普拉斯是全球电容式触摸感应领域的领导者，拥有业界最广的产品线，其基于PSoC的CapSense器件可实现无与伦比的灵活性和集成度，并具备强大的抗噪性，能适用于从复杂的多功能应用到替代单一按键的各种类型的触摸设计。比起我们常见但已经有点跟不上时代的机械按键，触摸按键的优点非常明显，比如：
- 由于物理位置的移动，机械按键的可靠性较低，并且随着时间推移，会产生磨损。但触摸按键不会有这种烦恼。
- 机械按键不容易防水，会引起不良问题。但是触摸按键可以通过覆盖层隔绝意外状况。
- 同触摸相比，机械按键需要用力按下才能工作，会随着时间累积在缝隙内产生污垢，导致要不断加大按压力度。
- 和机械按键相比，触摸按键的外观更时尚精美等等
有了这些诸多的理由，在如今的电子市场，如移动电话、个人电脑、消费类电子产品、汽车和白色家电等产品的工业设计都能看到触摸按键活跃的身影。
Cypress PSoC 4000S CapSense原型开发套件
本次2017贸泽电子智造创新大赛拿到了Cypress赞助的CY8CKIT-145-40XX PSoC 4000S CapSense原型开发套，这是基于赛普拉斯第四代触摸技术的一款板子，一起来见识下。
PSOC 4 CapSense原开发板PCB设计有些独特，外形有种大鹏展翅的赶脚，很夸张，板子采用类似USB dongle接口类型，直接插入电脑的USB接口就可以使用。
拆解外包装后，可以看到一句很鼓舞人心的话“Design the way you think”，千万不要认为这是简简单单的一句广告语，爱板网工程师认为这确实很贴合Cypress的产品特性，PSOC，即可编程片上系统，你完全可以根据自己的设计最优的定义相应的管脚信号，创造出最合理的设计。
整个板子不大，按功能大致可以分为3个部分：分别是搭载核心器件PSOC 4 Capsense器件的目标板；一个KitProg板载编程器和调试器以及还有两块电容性板。
其中电容性板又可以分为两部分：一块是三个电容性按键， 另一块是采用五段电容性滑块。
Cypress PSoC 4000S CapSense原型开发板板载资源如下：
- PSoC 4000S器件(CY8C4045AZI-S413)
- PSoC 4000S扩展I/O
- 10-pin下载调试接口（未贴片）
- KitProg2(PSoC 5LP)器件(CY8C5868LTI-LP039)
- KitProg2扩展I/O口
- 5-pin SWD接口
- PCB USB finger接口
- EZ-BLE™ PRoC™模块
- 一个单刀单掷开关选择SWD调试的目标器件
- 一个用户led、一个电源led、一个KitProg2状态led以及触摸按键对应LED指示灯
- 一个用户按键，一个PSoC 4000S以及EZ-BLE模块复位按键、一个KitProg2按键
- 电流测试接口（未贴片）
- CapSense触摸按键、滑条
因为采用卡扣式结构，KitProg板载编程器和调试器可以直接掰下来单独使用。KitProg除了实现下载调试，还能用于像mebed那样的U盘下载方式，非常方便。
PSoC 4000S CapSense触摸控制器
板载的赛普拉斯PSoC 4000S CapSense触摸控制器，具体型号为CY8C4045AZI-S413，基于ARM Cortex-M0+处理器，最大主频为48MHz，内部集成32KB FLASH、4KB SRAM，并支持1个10bt single-slope ADC、8个比较器、2两个IDACs，5个定时器/计数器/PWM、2个串行接口、1个 CapSense模块，最大可支持36个GPIO口扩展。
CapSense 触摸感应原理
CapSense 触摸感应解决方案的硬件设计主要包括触摸传感器，PCB，保护组件（overlay），如下图的结构所示。
CapSense，顾名思义，是通过电容的变化来检测手指接近或触及触摸表面，在赛普拉斯触具体的触摸解决方案设计中，又可以分为自电容感应或者互电容感应技术。
如上图左边的图就是自电容感应原理，自电容使用一个引脚，并测量该引脚和电源地之间的电容，驱动与传感器相连的引脚上的电流并测量电压。若将手指放在传感器上，则测得的电容会增加。自电容感应最适合用于单点触摸传感器，如按键和滑条。
上图中右侧的图则是互电容感应技术的原理，互电容感应将测量两个电极间的电容，其中一个电极被称为发送电极TX，另一个被称为接收电极RX。
在互电容测量系统中，为 TX 引脚提供数字电压（VDDD 和 GND 间的信号切换），并测量 RX 引脚上所接收到的电荷。在RX 电极上接收到的电荷与两个电极间的互电容（CM）成正比。
在 TX 和 RX 电极间放置手指时，互电容会降低到 C1M（如下图所示），由于互电容降低，RX 电极上接收到的电荷也会降低。CapSense 系统通过测量 RX 电极上接收到的电荷来检测触摸/无触摸状态。互电容效应最适合用于多点触摸系统，如触摸屏和触控板。
基于PSoC 4000S CapSense触摸控制器可以实现多种触摸控制方案，最简单的就是触摸，还有滑条触摸以及接近式触摸。
Cypress BLE PRoC模块
另外，为了方便用户开发，PSoC 4 CapSense原型开发板将所有IO口都引出来了，更让人惊喜的是板子背面居然带有一个BLE模块！！！
放大看一下，Cypress BLE PRoC模块，具体型号为CYBLE-022001-00模块，支持BLE 4.1协议栈，尺寸只有10mm*10mm*1.8mm，非常小，但是包含了ADC、定时器、计数器功能和支持PWM、I2C、UART、SPI外设，可以通过PSOC的可编程架构自己定义。
Cypress BLE PRoC模块的工作电流TX为 15.6 mA @0 dbm、RX 为16.4 mA，这个功耗只能说普通，如果和之前Silicon Labs的Thunderboard Sense（EFR32MG1）相比要高很多。
整个板子的硬件框图如下：
可以看到，板子的调试器使用的SWD信号下载调试是可以通过板载的SW4开关切换下载到触摸控制芯片内还是BLE模块内。
上电开发
赛普拉斯为自家的PSoC系列产品提供了专门的IDE工具PSoC Creator。PSoC Creator是一个非常人性化，比较先进，又易于使用的集成设计环境（IDE）。它引入革命性的硬件和软件协同设计，搭载了经过预先验证以及带有帮助功能的PSoC的组件库。主要的特点有：
- 通过拖放PSoC元件建造你自己定制设计的原理图
- 自动对元器件布局布线以及配置GPIO口
- 开发和调试固件可以使用内置的API组件
同样，用户可以通过PSoC Creator对psoc系列的产品进行编译、编程。
爱板网工程师安装的IDE版本为3.3，目前最新的版本好像已经到4.1了。在赛普拉斯官网可以找到相应的开发demo，这边就直接拿来使用了。
PSoC Creator工具使用十分友好，在先前的PSoC系列开发板评测中都有介绍，这边就不啰嗦了。
Cypress官方也提供了针对PSoC 4000S CapSense原型开发套件的demo程序，一起来看下。程序分为两各部分，一各是触摸控制的程序，一各式BLE程序，我们可以编译完成后可以通过板载的SW4开关切换SWD信号对应的目标芯片来分别实现下载。
编译
在实际的下载中遇到了点问题，板载的kitprog2调试器固件版本有点低，低就低吧，居然低了就不能下载，必须要更新。
而且更新的话必须通过另一个工具PSoC Programmer来实现。
选择这个工具中的Upgrade Firmware即可。
更新完成就可以返回PSoC Creator进行下载调试了。整个使用的过程中基本上就这里有点问题，其它地方还是非常顺畅的。
调试。
做了个小实验，将水滴到触摸界面上
即便是触摸界面上有水渍，还是能精确判断触摸状态。
BLE的程序下载时候，需要注意将板载的SW4开关切换到对应的BLE位置。如果检测不到对应的目前器件，重新插拔板卡试试。
下载完成后就能通过手机或者赛普拉斯官方提供的CySmart来连接板子的蓝牙
几次测试下来，也发现了Demo例程蓝牙的信号不是太稳定。
BLE老是断开连接，也不稳定，有时获取不到通知，demo还是有待优化。
小结
众所周知，触摸式解决方案看似狭隘，但是市场确是泛而广，如今众多的电子产品都采用触摸按键代替实体按键，无论从成本和用户体验都不逊色，这才是市场可以向前进化最根本的动力。赛普拉斯作为全球电容式触摸方案的领导者，解决方案的优秀性毋庸置疑，推出的PSoC 4000S CapSense原型开发套件只需15美金，可谓是物美价廉，加上这个套件包含主控，调试器，蓝牙模块，让人看到一个优秀且实用的解决方案，有需要的用户不妨多多关注。
热门文章
