可編程片上系統(tǒng) (PSoC) 控制器是特別為家用電器而設(shè)計(jì)的解決方案，能夠簡(jiǎn)化添加顯示屏、觸摸感應(yīng)等新功能的過(guò)程，從而塑造更優(yōu)的產(chǎn)品特性。
技術(shù)干貨
● 可編程片上系統(tǒng)(PSoC)系統(tǒng)控制器配有的模擬和數(shù)字外設(shè)，與高度可配置的信號(hào)和數(shù)據(jù)總線網(wǎng)格矩陣相聯(lián)，從而增加了靈活度，推動(dòng)更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品更快上市。
● 定制數(shù)字模塊可用于多路 LED 控制，從系統(tǒng) CPU 上卸載正在運(yùn)行的任務(wù)。
● 可編程模擬模塊能夠減少外部信號(hào)調(diào)節(jié)電路的數(shù)量(這些調(diào)節(jié)電路是集成多個(gè)模擬傳感器所需的)。
大型家電通常需要使用多個(gè)集成電路 (IC) 來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，包括用戶界面(UI)、感應(yīng)和進(jìn)程控制。對(duì)于烤箱、洗衣機(jī)以及電冰箱等家電來(lái)說(shuō)，美觀的 UI 設(shè)計(jì)是一大主要產(chǎn)品特性。家電 UI 設(shè)計(jì)通常使用電容式觸摸感應(yīng)，其界面的堅(jiān)固性以及“視覺(jué)和觸感”均是機(jī)械按鈕無(wú)法比擬的。除了觸摸感應(yīng)之外，家電 UI 還需要提供音頻和視覺(jué)反饋功能。同時(shí)，大型家電也需要額外的 IC 來(lái)感應(yīng)、測(cè)量物理量、運(yùn)行進(jìn)程和功能選擇以及驅(qū)動(dòng)最終控制元件。制造商可以選擇將多個(gè)家電功能集成到單個(gè)可編程 PSoC 控制器中，無(wú)須使用多個(gè) IC。該解決方案非常靈活，并且成本低，讓家電制造商能夠輕松地為其產(chǎn)品增加各種各樣的特色功能。
圖1：可編程片上系統(tǒng) (PSoC) 控制器(右)比基于 MCU的系統(tǒng)(左)具有更高的集成度和功能水平，能夠降低成本并簡(jiǎn)化產(chǎn)品差異化過(guò)程。
想要把大型家電等復(fù)雜系統(tǒng)的多個(gè)功能集成到單個(gè) IC 中，就需要采用不同的設(shè)計(jì)方法。具體來(lái)說(shuō)，PSoC 控制器配有的模擬和數(shù)字外設(shè)，與高度可配置的信號(hào)和數(shù)據(jù)總線網(wǎng)格矩陣相聯(lián)，能夠進(jìn)行多種不同的定制設(shè)計(jì)。
圖2：家用電器的 PSoC 配置框圖顯示了如何簡(jiǎn)化添加顯示屏和觸摸感應(yīng)等功能，以加速定制設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。
用戶界面 - 觸控感應(yīng)
UI 是 PSoC 控制器上最重要的集成功能之一。電容式觸摸傳感器在美學(xué)設(shè)計(jì)上具有優(yōu)勢(shì)，并易于使用。與按鈕、旋鈕等機(jī)械部件相比，其使用壽命更長(zhǎng)。然而，家用電器對(duì)前端面板設(shè)計(jì)的要求非常嚴(yán)格。
● 需要較厚的覆蓋層(覆蓋在 PCB 印制電路板上的電介質(zhì)材料)，通常大于 5 mm。
● 為了避免發(fā)生誤觸，傳感器需要消除家電產(chǎn)生的電子噪音的影響。
為了滿足這些要求，電容式傳感器需要具備較高的信噪比 (SNR)。此外，涉及液體或在液體環(huán)境下使用的電器需要配置具有防水性的觸控面板。這樣，即便是在面板上濺水或者潑水也不會(huì)造成誤觸。
另一方面，機(jī)械按鈕和旋鈕能夠提供觸覺(jué)反饋，用戶可以知曉是否按下了按鈕以及旋鈕的扭轉(zhuǎn)位置。配置了觸摸感應(yīng)功能的家電也可以有觸覺(jué)反饋，可以使用小型電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)以響應(yīng)觸摸指令。然而，這種觸覺(jué)反饋對(duì)于大型家電來(lái)說(shuō)是不切實(shí)際的。設(shè)計(jì)電容觸控 UI 時(shí)，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)確保所用的電容傳感器能夠提供足夠的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)反饋。
請(qǐng)參考以下徑向滑塊案例。徑向滑塊是一種旋轉(zhuǎn)控制器，類似于旋鈕，通常用于控制連續(xù)變量，例如烤箱的熱度(溫度)?；瑝K能夠檢測(cè)手指的移動(dòng)動(dòng)作，移動(dòng)幅度則被讀取為輸入數(shù)值。實(shí)際上，印制電路板上的滑塊布局是由多個(gè)單獨(dú)的傳感器組成的(見(jiàn)圖3)。所有傳感器信號(hào)均用于計(jì)算手指在滑塊上的位置。
圖3：在徑向滑塊中，有 7 個(gè)傳感器產(chǎn)生信號(hào)以計(jì)算手指所在位置。分布在滑塊周圍的 LED 燈用于提供視覺(jué)反饋，從而追蹤手指移動(dòng)位置;壓電揚(yáng)聲器由集成在控制器上的 PWM 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，能夠提供額外的音頻反饋。
如示例所示，把 LED 燈組安裝在滑塊周圍，以提供視覺(jué)反饋。LED 燈組由控制器打開(kāi)，由此跟蹤用戶的手指位置。此外，壓電揚(yáng)聲器能夠提供音頻反饋，而該揚(yáng)聲器是由集成在控制器上的 PWM 模塊所驅(qū)動(dòng)的。
屏蔽電極等其它印制電路板元件也可以為前端面板提供防水性。添加接近感應(yīng)功能等其他功能時(shí)也能應(yīng)用電容感應(yīng)技術(shù)，可以給 UI 帶來(lái)更直觀的感覺(jué)。接近感應(yīng)功能使前端面板能夠檢測(cè)用戶的手正在接近面板，以便系統(tǒng)可以自動(dòng)啟動(dòng)面板。另外，還可以運(yùn)用多個(gè)接近傳感器檢測(cè)手勢(shì)。
用戶界面 - 顯示屏
UI 中通常使用段式 LCD 和 LED 來(lái)顯示字母和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。段式LCD 相對(duì)便宜，能耗較低，還可以由系統(tǒng)控制器直接驅(qū)動(dòng)。與 LCD 相比，段式 LED 可以提供良好的視角，不需要背光。
而段式 LED 可以多路復(fù)用，從而減少所需的引腳數(shù)。通常來(lái)說(shuō)，多路復(fù)用應(yīng)用于固件中?；诠碳腖ED驅(qū)動(dòng)消耗寶貴的CPU周期，導(dǎo)致顯示刷新不均勻或不可靠，這取決于固件。。PSoC 控制器內(nèi)的可編程數(shù)字模塊為定制 LED 復(fù)用邏輯的執(zhí)行提供了更有效的方法(見(jiàn)圖 4)。由可編程數(shù)字模塊創(chuàng)建的電路獨(dú)立于 CPU 工作，類似于一個(gè)外部 LED 驅(qū)動(dòng)器。
圖 4：使用可編程數(shù)字模塊的定制 LED 驅(qū)動(dòng)器在高效設(shè)計(jì)表現(xiàn)出更出色的顯示性能;要注意的是，此版本僅使用 5 個(gè)引腳來(lái)驅(qū)動(dòng) 20 個(gè) LED。
其他整合
大型家電包含多個(gè)模擬傳感器，可以測(cè)量溫度、液位等數(shù)值。而減少外部信號(hào)調(diào)節(jié)電路數(shù)量的有效方式就是使用控制器內(nèi)的可編程模擬模塊。例如，使用可編程模擬模塊整合負(fù)載測(cè)量電路與溫度補(bǔ)償(見(jiàn)圖 5)。
圖 5：PSoC 控制器具有可編程模擬模塊，可以減少需要的外部信號(hào)調(diào)節(jié)電路的數(shù)量，例如，本例中的溫度補(bǔ)償與負(fù)載測(cè)量電路整合。
可編程模擬和數(shù)字模塊還可以簡(jiǎn)化家電中的最終控制元件驅(qū)動(dòng)，例如加熱線圈或電機(jī)。
有了精密的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)人員可以將多個(gè)功能集成到單個(gè) PSoC 中，從而優(yōu)化他們的家電產(chǎn)品。這樣做不僅可以降低物料成本，增加靈活性(只需稍微修改固件，多個(gè)大型家電也可以使用單個(gè)設(shè)備)，還可以制造更具特色的產(chǎn)品功能。
（轉(zhuǎn)載）
