谈谈电容触摸按键设计---CapSense控制器GPO和蜂鸣器输出配置

世强代理的Cypress CY8CMBR3xxx系列是I2C接口的寄存器可配置的CapSense控制器。该系列产品通过使用电容式触摸感应技术，带来了高级且容易实现的人机交互解决方案。该系列产品可支持多达16个电容式感应的输入，能有效消除设计周期中费时的固件开发，并加快调试过程。此外，该系列产品具有绝佳的信噪比、一流的防水性能， 并能连接各类外形的传感器。因此，当需要实现电容按键、滑条和接近感应解决方案时，CY8CMBR3xxx系列  CapSense控制器是理想的选择。

CY8CMBR3xxx系列 CapSense控制器广泛应用于各种人机交互界面设备上，帮助客户快速便捷的实现触摸按键、滑条、滚轮等电容触摸类应用。CapSense控制器在实际应用中可通过EZ-Click进行配置。EZ-Click是一个简单且直观的可用于配置和调试CY8CMBR3xxx控制器的图形用户界面工具。本文将就CY8CMBR3xxx系列  CapSense控制器的GPO输出和蜂鸣器输出的配置展开叙述。

1．GPO配置

CY8CMBR3xxx控制器支持最多八个GPO，用于驱动LED或驱动构成基本D/A转换器的外部电阻网。根据所配置的内容，GPO可以输出PWM信号或输出直流电压电平。由于GPO引脚与CapSense传感器引脚被复用，所以使用EZ-Click来指定CY8CMBR3xxx引脚作为CapSense引脚还是GPO引脚。

1.1 GPO驱动模式

CY8CMBR3xxx中的GPO支持两个驱动模式：开漏极模式和强驱动模式。开漏极模式相当于一个常开（N/O）开关。当传感器无效时，相应的GPO将处于高阻态；当传感器被激活时，GPO转为低态。该驱动模式有用于驱动一个外部电阻网，以实现D/A转换。强驱动模式可用于驱动LED。GPO驱动模式为全局配置，并可应用于所有使能的GPO。

1.2 GPO逻辑电平

CY8CMBR3xxx允许用户配置GPO引脚的逻辑电平（高电平有效或低电平有效）。基于传感器状态的GPO输出电压的控制有该功能而更加灵活，如表1所示。该功能为全局，并可应用于所有使能的GPO引脚。如果将驱动模式设置为开漏（Open-Drain）低电平驱动模式，仅当引脚外部拉到VDD时，才有效。

 

表1.GPO逻辑电平

1.3 GPO上的PWM输出

CY8CMBR3xxx提供GPO引脚上的PWM输出。PWM信号有利于控制LED的亮度。为了使能GPO上的PWM输出，在EZ-Click窗口“Global configuration”选项卡内指定有效状态占空比和无效状态占空比的比例。比例为100%的有效占空比和比例为0%无效占空比导致GPO上的直流输出。

PWM输出功能为全局，并可应用于所有使能的GPO。PWM信号的频率为106.6Hz。PWM占空比可以以6.67%的步长对每个GPO进行配置。

1.4 GPO主机控制

在CY8CMBR3xxx中，每个GPO（GPO0-GPO7）被逻辑地链接到了CapSense引脚（CS0-CS7）。当传感器被激活时，相应的GPO将自动打开。然而，如果主机处理器需要控制GPO引脚，应使能GPO主机控制的功能。该功能允许处理器通过写入GPO_OUTPUT_STATE寄存器内来控制GPO引脚。欲了解更多信息，请参考CY8CMBR3xxx寄存器技术参考手册。

当控制器在查找触摸模式和查找接近模式下操作时，主机写指令至CY8CMBR3xxx控制器与这些指令相应的延迟时间等于一个扫描周期。如果控制器在活动模式下操作，延迟时间取决于所有传感器的总扫描时间。

1.5 主机中断

传感器状态或滑条位置具有改变时，主机中断功能在HI引脚上生成一个传输到主机处理器且时长为250µs的低电平有效脉冲信号，如图1所示。要使能该功能，指定EZ-Click中的主机中断引脚。主机中断具有开漏极电平驱动模式下的配置，并需要一个外部上拉电阻才能正常工作。

 

图 1. CSx 按键被触摸时的主机中断线

1.6 触发器

当使能触发器功能时，GPO引脚的状态改变在按键的每个上升沿和接近传感器状态上。此功能使CapSense控制器的机械式按键开关的行为能够实现。触发器的配置在图2中显示。对于每个GPO引脚，可以使能或禁用触发器功能。

使用触发器功能时，要考虑到以下注意事项：

触发器和LED点亮保持时间功能是互斥的。如果上述两个功能均有效，则优先触发器功能，并LED点亮保持时间功能将被禁用。

如果使能触发器功能并打开任何GPO，则器件不会进入查找接近模式。如果您的设计需要“接近唤醒”功能，则禁用触发器功能。

 

图2.触发器功能的示例

1.7 LED点亮保持时间

LED点亮保持时间指定释放相应传感器后GPO引脚被驱动为低电平或高电平时所需的时长，如图3所示。对于每个GPO引脚，可以使能或禁用LED点亮保持时间的功能。LED点亮保持时间用于所有GPO并它的取值范围为0到2000ms，分辨率为20ms。

触发器和LED点亮保持时间功能是互斥的。如果上述两个功能均有效，则优先切换功能，并LED点亮保持时间功能将被禁用。

 

图3.LED点亮保持时间

1.8 模拟电压输出

模拟电压输出功能使用一个电阻网络来指示传感器状态作为一个输入主机的模拟电压，如图4所示。在这种配置中，应将GPO驱动模式设置为开漏低电平驱动模式。当触及传感器时，驱动相应的GPO为逻辑低电平信号，并VOUT时形成电压分频器。当释放传感器时，相应的GPO处于高阻状态并电压VOUT会等于VDD。此外，还要使能侧翼传感器抑制（FSS）功能，以便每次只会报告一个有效的按键。

计算模拟电压VOUT的公式如下：

 

其中：R是VDD和VOUT之间的电阻

Rn是VOUT和地面之间的有效电阻

 

图4.使用GPO和电阻网络的模拟电压输出

2. 蜂鸣器配置

2.1 蜂鸣器输出

CY8CMBR3xxx支持单输入压电蜂鸣器。蜂鸣器由PWM信号驱动；它的频率是可配置的。要使能蜂鸣器，请选择EZ-Click中的蜂鸣器引脚。

CY8CMBR3xxx支持频率为1.0、1.1、1.3、1.6、2.0、2.6和4.0kHz的蜂鸣器以满足不同压电蜂鸣器的驱动要求并提供不同的频率。蜂鸣器输出的占空比固定为50％。

2.2蜂鸣器开启时间

蜂鸣器开启时间功能允许用户指定激活传感器时要使蜂鸣器输出有效的期间，如图5所示。蜂鸣器信号输出由所配置的时长驱动，并且它并不取决于传感器的触摸时间。蜂鸣器开启的时间结束后，即使激活传感器，该输出也会进入空闲状态。

蜂鸣器开启的时间结束前，如果在相同传感器或任何其他传感器触摸，则蜂鸣器信号输出不会重启，如图6和图7。

 

图5.发生触摸事件时激活蜂鸣器

 

图6.在相同传感器上发生连续触摸时的蜂鸣器操作

 

图7.激活多个传感器时的蜂鸣器操作