Cypress PSoC 4000S CapSense原型開發套件

眾所周知，賽普拉斯是全球電容式觸摸感應領域的領導者，擁有業界最廣的產品線，其基于PSoC的CapSense器件可實現無與倫比的靈活性和集成度，并具備強大的抗噪性，能適用于從復雜的多功能應用到替代單一按鍵的各種類型的觸摸設計。

比起我們常見但已經有點跟不上時代的機械按鍵，觸摸按鍵的優點非常明顯，比如：

• 由于物理位置的移動，機械按鍵的可靠性較低，并且隨著時間推移，會產生磨損。但觸摸按鍵不會有這種煩惱。

• 機械按鍵不容易防水，會引起不良問題。但是觸摸按鍵可以通過覆蓋層隔絕意外狀況。

• 同觸摸相比，機械按鍵需要用力按下才能工作，會隨著時間累積在縫隙內產生污垢，導致要不斷加大按壓力度。

• 和機械按鍵相比，觸摸按鍵的外觀更時尚精美等等

有了這些諸多的理由，在如今的電子市場，如移動電話、個人電腦、消費類電子產品、汽車和白色家電等產品的工業設計都能看到觸摸按鍵活躍的身影。

Cypress PSoC 4000S CapSense原型開發套件

本次2017貿澤電子智造創新大賽拿到了Cypress贊助的CY8CKIT-145-40XXPSoC 4000S CapSense原型開發套，這是基于賽普拉斯第四代觸摸技術的一款板子，一起來見識下。

PSoC 4 CapSense原開發板PCB設計有些獨特，外形有種大鵬展翅的趕腳，很夸張，板子采用類似USB dongle接口類型，直接插入電腦的USB接口就可以使用。

拆解外包裝后，可以看到一句很鼓舞人心的話“Design the way you think”，千萬不要認為這是簡簡單單的一句廣告語，愛板網工程師認為這確實很貼合Cypress的產品特性，PSoC，即可編程片上系統，你完全可以根據自己的設計最優的定義相應的管腳信號，創造出最合理的設計。

整個板子不大，按功能大致可以分為3個部分：分別是搭載核心器件PSoC 4 Capsense器件的目標板；一個KitProg板載編程器和調試器以及還有兩塊電容性板。

其中電容性板又可以分為兩部分：一塊是三個電容性按鍵， 另一塊是采用五段電容性滑塊。

Cypress PSoC 4000S CapSense原型開發板板載資源如下：

• PSoC 4000S器件(CY8C4045AZI-S413)

• PSoC 4000S擴展I/O

• 10-pin下載調試接口（未貼片）

• KitProg2(PSoC 5LP)器件(CY8C5868LTI-LP039)

• KitProg2擴展I/O口

• 5-pin SWD接口

• PCB USB finger接口

• EZ-BLE? PRoC?模塊

• 一個單刀單擲開關選擇SWD調試的目標器件

• 一個用戶led、一個電源led、一個KitProg2狀態led以及觸摸按鍵對應LED指示燈

• 一個用戶按鍵，一個PSoC 4000S以及EZ-BLE模塊復位按鍵、一個KitProg2按鍵

• 電流測試接口（未貼片）

• CapSense觸摸按鍵、滑條

因為采用卡扣式結構，KitProg板載編程器和調試器可以直接掰下來單獨使用。KitProg除了實現下載調試，還能用于像mebed那樣的U盤下載方式，非常方便。

PSoC 4000S CapSense觸摸控制器

板載的賽普拉斯PSoC 4000S CapSense觸摸控制器，具體型號為CY8C4045AZI-S413，基于ARM Cortex-M0+處理器，最大主頻為48MHz，內部集成32KB FLASH、4KB SRAM，并支持1個10bt single-slope ADC、8個比較器、2兩個IDACs，5個定時器/計數器/PWM、2個串行接口、1個 CapSense模塊，最大可支持36個GPIO口擴展。

CapSense 觸摸感應原理

CapSense 觸摸感應解決方案的硬件設計主要包括觸摸傳感器，PCB，保護組件（overlay），如下圖的結構所示。

CapSense，顧名思義，是通過電容的變化來檢測手指接近或觸及觸摸表面，在賽普拉斯觸具體的觸摸解決方案設計中，又可以分為自電容感應或者互電容感應技術。

如上圖左邊的圖就是自電容感應原理，自電容使用一個引腳，并測量該引腳和電源地之間的電容，驅動與傳感器相連的引腳上的電流并測量電壓。若將手指放在傳感器上，則測得的電容會增加。自電容感應最適合用于單點觸摸傳感器，如按鍵和滑條。

上圖中右側的圖則是互電容感應技術的原理，互電容感應將測量兩個電極間的電容，其中一個電極被稱為發送電極TX，另一個被稱為接收電極RX。

在互電容測量系統中，為 TX 引腳提供數字電壓（VDDD 和 GND 間的信號切換），并測量 RX 引腳上所接收到的電荷。在RX 電極上接收到的電荷與兩個電極間的互電容（CM）成正比。

在 TX 和 RX 電極間放置手指時，互電容會降低到 C1M（如下圖所示），由于互電容降低，RX 電極上接收到的電荷也會降低。CapSense 系統通過測量 RX 電極上接收到的電荷來檢測觸摸/無觸摸狀態?；ル娙菪钸m合用于多點觸摸系統，如觸摸屏和觸控板。

基于PSoC 4000S CapSense觸摸控制器可以實現多種觸摸控制方案，最簡單的就是觸摸，還有滑條觸摸以及接近式觸摸。

Cypress BLE PRoC模塊

另外，為了方便用戶開發，PSoC 4 CapSense原型開發板將所有IO口都引出來了，更讓人驚喜的是板子背面居然帶有一個BLE模塊?。?！

放大看一下，Cypress BLE PRoC模塊，具體型號為CYBLE-022001-00模塊，支持BLE 4.1協議棧，尺寸只有10mm*10mm*1.8mm，非常小，但是包含了ADC、定時器、計數器功能和支持PWM、I2C、UART、SPI外設，可以通過PSOC的可編程架構自己定義。

Cypress BLE PRoC 模塊的工作電流 TX 為 15.6 mA @0 dbm、RX 為 16.4 mA，這個功耗只能說普通，如果和之前 Silicon Labs 的 Thunderboard Sense （EFR32MG1） 相比要高很多。

整個板子的硬件框圖如下：

可以看到，板子的調試器使用的SWD信號下載調試是可以通過板載的SW4開關切換下載到觸摸控制芯片內還是BLE模塊內。