童懷俊，陳 功，任 飛

（合肥榮事達(dá)三洋電器股份有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引言

1970年代，美國(guó)軍方首次將觸摸屏（TouchPanel）技術(shù)應(yīng)用于軍事用途，此后，該項(xiàng)技術(shù)逐漸向民用移轉(zhuǎn)，并且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，新一代觸摸技術(shù)和產(chǎn)品相繼出現(xiàn)，其堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)得到大眾的認(rèn)同。2007年蘋果發(fā)布了采用了觸摸屏的最高端手機(jī)產(chǎn)品iPhone。隨著iPhone 的流行，觸摸屏技術(shù)在手機(jī)中普及開來，即便是低端手機(jī)型號(hào)也都增加觸摸按鍵、滑動(dòng)條和旋轉(zhuǎn)輪的使用。由于觸摸屏技術(shù)在手機(jī)中的成功普及，觸摸技術(shù)迅速應(yīng)用在包括PDA、PC、GPS 系統(tǒng)和家用電器等眾多領(lǐng)域。

就電子產(chǎn)品，特別是消費(fèi)類產(chǎn)品而言，如何將用戶復(fù)雜的控制動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^、便捷且可生產(chǎn)的體驗(yàn)，是用戶界面設(shè)計(jì)面臨的終極挑戰(zhàn)。因此作為消費(fèi)類產(chǎn)品的洗衣機(jī)對(duì)于新技術(shù)的采用，無疑是順應(yīng)了市場(chǎng)潮流。針對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研，在洗衣機(jī)的人機(jī)界面中應(yīng)用觸摸按鍵技術(shù)成為當(dāng)前的主流設(shè)計(jì)。

1 觸摸按鍵的技術(shù)原理

工作原理不同，觸摸式按鍵可分為兩大類： 電阻式觸摸按鍵與電容式感應(yīng)按鍵，即滑動(dòng)式按鍵和點(diǎn)觸式按鍵。

1.1 電阻式按鍵

電阻式的觸摸按鍵原理非常類似于觸摸屏技術(shù)，需要由多塊導(dǎo)電薄膜上面按照按鍵的位置印制成的，因此這種按鍵需要在設(shè)備表面貼一張觸摸薄膜。電阻式觸摸屏一直由于其低廉的價(jià)格而深受廠商的喜愛，但是由于導(dǎo)電薄膜的耐用性較低，并且也會(huì)降低透光性，因此已經(jīng)被越來越多的廠家所拋棄。

1.2 電容式按鍵

電容式觸摸按鍵主要是為了克服電阻屏的耐用性所提出的，電容式觸摸按鍵的結(jié)構(gòu)與電阻式的相似，但是其采用電容量為判斷標(biāo)準(zhǔn)。簡(jiǎn)單來說，就是一個(gè)IC 控制的電路，該電路包括一個(gè)能放置在任何介質(zhì)面板后的簡(jiǎn)單阻性環(huán)形電極組件，因此，按鍵的操作界面可以是一整塊普通絕緣體（如有機(jī)玻璃一般材料都可），不需要在界面上挖孔，按鍵在介質(zhì)下面，人手接近界面和下面的電極片形成電容，靠偵測(cè)電容量的變化來感應(yīng)。如圖1 所示。

溫度，靜電，水，灰塵等外界因素一般不會(huì)影響，界面沒有太多要求，可以加上背光，音效等，靠人手感應(yīng)，整個(gè)界面沒有按鍵的存在，便于清潔，讓產(chǎn)品在外觀上更加高檔美觀，由于按鍵沒有接點(diǎn)，使用壽命也是非常的長(zhǎng)久，一般來說是半永久性。

圖1 工作原理圖Fig.1 Principle of the touch work

2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目的總體要求，預(yù)實(shí)現(xiàn)10 個(gè)觸摸按鍵，1 個(gè)輕觸按鍵，一個(gè)64 段LCD 顯示屏的驅(qū)動(dòng)。本項(xiàng)目采用CYPRESS CY8C21534 芯片實(shí)現(xiàn)按鍵的觸摸功能以及常用按鍵的掃描，采用具有LCD 驅(qū)動(dòng)功能的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)顯示，兩個(gè)芯片之間采用I2C 總線進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)按鍵顯示的總體方案。CY8C21534 芯片封裝如圖2 所示。

CY8C21534 芯片有28 個(gè)引腳，25 個(gè)既可以定義為I/O 口，又可以當(dāng)做A/D 口，可以作為觸摸輸入口，可以定義2個(gè)速度為400K I2C 通訊口。8K 的FLASH ROM支持50000 次的擦除/燒寫周期，512K SDRAM。4 個(gè)8bit 可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可以定義8bit 到32bit 的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器?？梢远x2 個(gè)A/D 輸入口，2 個(gè)D/A 輸出口。內(nèi)置時(shí)鐘電路。軟件采用圖形化界面，支持C 語言，匯編語言，庫函數(shù)非常豐富。軟件的開發(fā)工作容易上手。其采用的FLASH ROM 可以反復(fù)擦寫有效地降低了開發(fā)成本。基于上述特點(diǎn)，采用該芯片簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，而且程序的編寫也相當(dāng)?shù)姆奖?，靈活。芯片有10 個(gè)觸摸按鍵和1個(gè)輕觸按鍵。

P17，P15 作為I2C 通訊口，P02 作為CYPRESS 的應(yīng)對(duì)環(huán)境變化SHIELD 濾波方式輸入口。原理如圖3 所示。

圖2 CY8C21534 引腳配置Fig.2 CY8C21534 Pin Assignment

圖3 硬件原理圖Fig.3 Principle of the hardware

根據(jù)電容式觸摸鍵的原理和洗衣機(jī)在防水上的要求，在PCB 設(shè)計(jì)要注意以下方面問題： ①PCB 板材為PF4，F(xiàn)PC，板材厚度為0.5，1.2，1.6mm；②PCB 布線時(shí)，線寬6～8mil，走線應(yīng)該盡量的短，布線時(shí)不要與電源線，通訊線平行，不要在傳感器下方走線，不要在傳感器所在層布傳感器連接線，傳感器連接過孔放在焊盤邊緣，地線應(yīng)該為20%～40%的網(wǎng)格狀，最好正面鋪地，反面不鋪地。PCB 覆蓋物的厚度，一般來說按鍵小于3mm，固體小于1mm，觸摸鍵小于0.5mm。非塑料覆蓋物的厚度應(yīng)該為推薦覆蓋物的厚度與非塑料覆蓋物介電常數(shù)的乘積除以2.5 的商。

另外觸摸鍵對(duì)外觀工藝方面有一些特別的要求： ①操作面板上不能有金屬件或者帶有金屬效果的噴漆，以免影響按鍵的靈敏度；②按鍵必須做的足夠的寬大，做小了很容易產(chǎn)生誤操作。因?yàn)樗幌駲C(jī)械式的按鍵，只要避免聯(lián)動(dòng)就可以了，它只要感應(yīng)到了就產(chǎn)生動(dòng)作。另外還要考慮到長(zhǎng)時(shí)間按住時(shí)以及操作面板上有水時(shí)的按鍵響應(yīng)問題，需要相應(yīng)的方案解決；③觸摸按鍵與操作面板的安裝工藝，在按鍵的結(jié)構(gòu)上還要考慮感應(yīng)PCB 的貼裝方式對(duì)感應(yīng)的影響，以及在生產(chǎn)時(shí)操作的方便性，定位的準(zhǔn)確性等工藝問題。

3 軟件設(shè)計(jì)

CYPRESS CY8C21534芯片在系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)鍵掃描，把得到的鍵信號(hào)通過I2C 通訊送至主控芯片處理。軟件流程圖如圖4所示。

圖4 軟件結(jié)構(gòu)圖Fig4 Software structure

4 總結(jié)

本文簡(jiǎn)述了觸摸技術(shù)的發(fā)展，觸摸按鍵的技術(shù)原理。在此基礎(chǔ)之上采用CYPRESS CY8C21534 芯片設(shè)計(jì)出觸摸鍵的應(yīng)用方案。該方案在洗衣機(jī)的上的應(yīng)用，豐富了人機(jī)操作界面，方便了用戶使用，提供好良好的市場(chǎng)形象。同時(shí)也為進(jìn)一步讓觸摸技術(shù)在洗衣機(jī)以及家電領(lǐng)域的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] CYPRESS 芯片用戶手冊(cè).