基于觸摸的界面已經(jīng)從高端消費產(chǎn)品的特殊功能轉(zhuǎn)變?yōu)橄M者對任何產(chǎn)品（甚至是廉價電器）都需要的通用功能。對設(shè)計人員來說，好消息是基于電容的觸摸感應(yīng)需要最簡單的傳感器硬件——蝕刻在印刷電路板 PCB 上的電極。但是，正確設(shè)計觸摸功能需要在微控制器 （MCU） 上使用相對復(fù)雜的軟件和/或一些專用硬件加速，具體取決于應(yīng)用程序和按鍵數(shù)量。盡管如此，電容式觸控界面的制造成本仍然很低，而且觸控面板非常可靠，即使在惡劣的環(huán)境中也是如此。因此，觸摸界面的趨勢將不可避免地繼續(xù)下去。

　　觸摸板復(fù)雜性和 MCU

　　幾乎任何 MCU 都可以處理基本的觸摸感應(yīng)。例如，Microchip支持多種觸控技術(shù)，但電容分壓器 （CVD） 方案適用于公司所有集成了 A/D 轉(zhuǎn)換器的 MCU 產(chǎn)品組合，包括 6 引腳PIC10產(chǎn)品系列的成員。CVD 技術(shù)依賴 A/D 轉(zhuǎn)換器的采樣和保持電容器作為參考，轉(zhuǎn)換器通過感應(yīng)電壓電平來檢測觸摸。

　　8 位 MCU 細分市場的低端設(shè)備可能只能處理幾個按鍵。更高端的 8 位 MCU 可以處理更多的按鍵。據(jù) Microchip 稱，PIC168 位系列是公司 8 位產(chǎn)品組合的中檔產(chǎn)品，包括多達 30 個 A/D 轉(zhuǎn)換器通道和一個基于 CVD 觸摸方案的電容式觸摸系統(tǒng)。它還需要每個電極一個通道。

　　但 A/D 通道數(shù)不一定是限制設(shè)計人員可以使用任何 MCU 實現(xiàn)的按鍵數(shù)量的設(shè)計方面。根據(jù) Microchip 的說法，由于每個傳感器需要存儲的數(shù)據(jù)量，內(nèi)存會限制鍵的數(shù)量。

　　Microchip 免費向客戶提供觸控軟件，包括源代碼。該軟件執(zhí)行多種功能以確保準確性，包括過濾 60 Hz 噪聲和高頻噪聲，以及針對溫度和濕度等環(huán)境因素調(diào)整參數(shù)。當然，MCU 也會不斷地掃描將通道復(fù)用到 A/D 轉(zhuǎn)換器的按鍵。

　　根據(jù) Microchip 的說法，典型的基于 PIC16 的實現(xiàn)可能支持 22 個按鍵，需要大約 80% 的 MCU 處理時間來運行觸摸界面并提供 100 到 200 毫秒范圍內(nèi)的最大響應(yīng)時間。據(jù) Microchip 稱，客戶通常會實施 4 到 10 個傳感器。

　　充電時間測量單元

　　Microchip 使用稱為充電時間測量單元 （CTMU） 的模擬外設(shè)在某些 MCU 上支持不同的觸摸感應(yīng)方法。CTMU 并非專為觸控而開發(fā)，但可用于觸控應(yīng)用，并且需要較少的處理器開銷。

　　CTMU 使用恒流源對觸摸電路重復(fù)充電一段特定時間，并通過 A/D 轉(zhuǎn)換器對電壓進行采樣。當沒有手指存在時，觸摸電路將充電至較高電壓，或在觸摸傳感器時充電至較低電壓。

　　CTMU 方案允許 MCU 支持與 A/D 通道一樣多的按鍵。它支持低至 4 μs 的鍵掃描時間。Microchip 在選定的 8 位PIC18和 16 位PIC24中提供外設(shè)產(chǎn)品。例如，通用PIC18F45K22 MCU 和支持 USB 的PIC18F46J50 MCU 包括 CTMU。在 16 位系列中，通用PIC24F04KA201 MCU、支持 USB 的PIC24FJ64GB004 MCU 和集成 LCD 控制器的PIC24FJ256DA210 MCU 都包含 CTMU。

　　觸摸專用硬件

　　瑞薩電子以不同的方式處理觸摸感應(yīng)。該公司的大多數(shù) MCU 都可以在軟件中支持觸摸界面。但瑞薩做出了不提供和支持觸控軟件的戰(zhàn)略決定，因為據(jù)該公司稱，軟件實施太容易受到組件漂移、噪音和影響準確性的影響。

　　反而，瑞薩面向 16 位R8C MCU 系列的成員，這些成員具有用于觸摸應(yīng)用的稱為傳感器控制單元 （SCU） 的外圍設(shè)備。SCU 基于狀態(tài)機、比較器和定時器，當它們組合在一起時，可以感應(yīng)觸摸并在硬件中執(zhí)行噪聲對抗和連續(xù)系統(tǒng)校準。MCU 系列包括可以感應(yīng)多達 36 個按鍵的設(shè)備，而這些設(shè)備僅使用主機 MCU 的 15% 的計算能力。

　　瑞薩電子方案依賴于一個比較器來測量參考電路和觸摸電路的充電和放電。該方案使用定時器來測量觸摸電路降至閾值以下所需的時間。

　　據(jù)瑞薩電子稱，功耗是專用硬件的另一個優(yōu)勢。該公司的 MCU 在掃描鍵盤進行輸入時可以使用低至 16 μA 的電流。瑞薩在工業(yè)軟件實施中看到的最低功耗在 30 μA 范圍內(nèi)。瑞薩電子引導(dǎo)客戶使用 R8C MCU，無論是在獨立場景中處理觸摸和應(yīng)用功能，還是作為需要更快處理器的應(yīng)用的專用觸摸控制器。

　　軟件支持

　　飛思卡爾的軟件和硬件方案方法是為設(shè)計團隊提供一致的軟件接口的靈活性，以及??使用具有專用觸摸硬件的 MCU 或依賴軟件算法的標準 MCU 的選擇。該公司的 Xtrinsic 觸摸傳感軟件 （TSS） 提供與嵌入式軟件開發(fā)人員相同的接口，而與 MCU 的硬件功能無關(guān)。TSS 適用于沒有專用觸摸硬件的8 位 HCS08和32 位 Coldfire MCU 系列，以及包含公司觸摸感應(yīng)輸入 （TSI） 外設(shè)的 32 位 ColdFire+ 和Kinetis MCU 系列。

　　飛思卡爾支持 HCS08 和 Coldfire 的多種觸摸算法。也許最簡單的是 GPIO 并使用通用 I/O 線。這種基于定時器的方案測量與傳感器電極并聯(lián)的外部電容器充電需要多長時間。如果存在觸摸，則電壓需要更長的時間才能充電到設(shè)定的閾值。

　　TSI 外設(shè)完全卸載了 MCU 的觸控感應(yīng)任務(wù)，支持 16 鍵。飛思卡爾表示，支持 TSI 的 MCU 可以在低至 1 μA 的電流下運行，并且在觸摸按鍵時仍可喚醒。

　　分層架構(gòu)允許設(shè)計團隊對鍵盤、滑塊和旋轉(zhuǎn)傳感器使用相同的接口，無論是否存在 TSI 模塊。它還允許設(shè)計團隊在沒有 TSI 的情況下在多種觸摸算法中進行選擇。