摘 "要： 結(jié)合車用多媒體觸控面板的功能及外觀設(shè)計(jì)要求，充分考慮實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，外界的各種電磁波雜訊等干擾，基于CS5518芯片所具有的電容式觸摸感應(yīng)的功能和強(qiáng)大的抗干擾能力，采用CS5518為主要芯片來實(shí)現(xiàn)觸摸的捕捉和反饋?；贑S8961在系統(tǒng)編程功能允許用戶通過JTAG端口或UART端口方便地更新程序代碼，選此芯片作為主控芯片并通過I2C協(xié)議進(jìn)行通信。CS8966是一種通用微控制器具有豐富的外設(shè)功能，可用來控制背光燈的亮暗。通過大量的實(shí)驗(yàn)與安全性能測(cè)試，目前該多媒體觸摸面板已經(jīng)大量投入生產(chǎn)?？偨Y(jié)出利用CS5518實(shí)現(xiàn)的觸摸技術(shù)已經(jīng)成熟，而且可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域，對(duì)其研究實(shí)用意義重大。

關(guān)鍵詞： CS5518; CS8961; CS8966; 觸摸式按鍵

中圖分類號(hào)： TN949.6 " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)： 1004?373X（2015）02?0062?03

Design of car multimedia touch panel based on CS5518

LIN Feng1， MENG Chao2

（1. Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications， Wuhan 430074， China; 2.Wuhan Trimode Technology， Wuhan 430074， China）

Abstract： According to functions and design requirements of automotive multimedia touch panel， the complexity of the actual application environment and external electromagnetic interference are fully considered. Since CS5518 chip has capacitive touch sensing function and powerful anti?jamming capacity， CS5518 chip is used to realize capture and feedback of the touch. In the case of allowance of the system programming function， users can easily update the program code based on CS8961 through JTAG port or UART port. This chip is chosen as the main control chip and for communication by means of IIC protocol. CS8966 is a common microcontroller， which has a wealth of peripheral functions， and can be used to control the backlight. A lot of experiments and safety testing of the multimedia touch panel were carried out. A mass production of multimedia touch panels has been made. The touch technology based on CS5518 has been mature， and can be applied to other areas. It is worth studying.

Keywords： CS5518; CS8961; CS8966; touch key

在觸摸按鍵技術(shù)方面，目前主要可分為電阻式觸摸按鍵和電容感應(yīng)式按鍵。由于電阻是觸摸按鍵需要在設(shè)備表面貼一張觸摸電阻薄膜耐用性較低，而電容式感應(yīng)按鍵具有防水防污，易清潔、無機(jī)械開關(guān)磨損，時(shí)尚美觀，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[1]。

1 "芯片簡(jiǎn)介

1.1 "CS8961概述

CS8961是一個(gè)以單周期8051CPU為內(nèi)核的嵌入式微控制器設(shè)備。它包括一個(gè)171 KB的內(nèi)部程序閃存ROM，256 KB的內(nèi)部 RAM和4 KB的輔助RAM。它還包括 一些先進(jìn)的外圍設(shè)備，如2通道的CAN 端口，9個(gè)通道的通用PWM輸出端口，6通道12位ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器）作為還有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）模塊。在系統(tǒng)編程功能允許用戶通過JTAG端口或UART端口方便地更新程序代碼。此外，用戶可以通過JTAG接口實(shí)時(shí)調(diào)試系統(tǒng)[2]。

1.2 "CS5518概述

CS5518是一種通用微控制器具有豐富的外設(shè)功能，適用于廣泛的應(yīng)用程序。該CPU是基于單周期8051內(nèi)核的增強(qiáng)版，速度是傳統(tǒng)的12?T8051的10倍?？偟钠洗鎯?chǔ)器包括1 KB的SRAM和8 KB "Program SRAM。8051內(nèi)核內(nèi)置了T0/T1/T2定時(shí)器和一個(gè)30位看門狗計(jì)時(shí)器。嵌入式CPU內(nèi)核也高達(dá)4個(gè)外部中斷[3]。

1.3 "CS8966 概述

CS8966是一種通用微控制器具有豐富的外設(shè)功能，適用于廣泛的應(yīng)用程序?？偟钠洗鎯?chǔ)器包括2 KB的SRAM和總共32 KB嵌入式閃存寄存器。8051內(nèi)核內(nèi)置了T0/T1/T2定時(shí)器和一個(gè)16位看門狗計(jì)時(shí)器。嵌入式CPU內(nèi)核有2個(gè)全雙工UART端口， 1個(gè)I2C主/從和1個(gè)I2C從純控制器，高達(dá)40個(gè)GPIO引腳，以及多達(dá)8個(gè)外部中斷[4]。

2 "汽車面板內(nèi)部通信的具體設(shè)計(jì)

2.1 "CS8961，CS5518，CS8966內(nèi)部通信結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)

HMI是該設(shè)計(jì)面板的項(xiàng)目名稱，為方面起見，此文介紹的汽車多媒體的觸摸面板均簡(jiǎn)稱HMI。HMI的設(shè)計(jì)主要選擇4顆芯片，一顆CS8961作為通信的主要芯片，通過I2C來控制2顆CS5518和1顆CS8966。如圖1所示，CS8961作為主設(shè)備，CS5518和CS8966作為從設(shè)備。

CS8966通過I2C向CS5518和CS8966發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信。CS8966控制觸摸板的背光燈白色LED燈的亮滅，然后反饋信號(hào)傳送給CS8961。CS5518通過軟件設(shè)定閾值，同時(shí)偵測(cè)觸摸電容的變化來判斷是否有觸摸動(dòng)作。并通過精確的算法來處理數(shù)據(jù)，控制反應(yīng)橘燈LED燈的亮滅。CS8961還可以直接通過UART控制燈的亮度，如圖1所示，ILL就是調(diào)節(jié)亮度的信號(hào)。

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圖1 CM2051?HMI touchkey control board

2.2 "CS5518工作模式

CS5518特別之處在于主要用于觸摸項(xiàng)目。每顆CS5518可以檢測(cè)多達(dá)14個(gè)觸摸按鍵。在觸摸項(xiàng)目中，CS5518可以工作在接近模式，方案A（使用15 kHz檢測(cè)觸摸鍵），方案B（使用 12 MHz到檢測(cè)觸摸鍵），同步方案中，最多可以14個(gè)鍵同時(shí)進(jìn)行充放電。

CS5518是HMI采集并處理觸摸信號(hào)的關(guān)鍵，所以，對(duì)CS5518的應(yīng)用至關(guān)重要。這里簡(jiǎn)單介紹CS5518的4種工作方式和相關(guān)寄存器的配置。

為了更好地描述CS5518，在此引入Petri網(wǎng)的概念。Petri網(wǎng)是一種局部確定的思想適合描述異步并發(fā)現(xiàn)象的信息流系統(tǒng)模型，它既有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，又有直觀的圖形表示。Petri 網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)主要用于并發(fā)離散事件系統(tǒng)，特定的分布式系統(tǒng)[5]。

如圖2所示，用Petri網(wǎng)描述了CS5518的4種模式之間的轉(zhuǎn)換。CS5518分為正常工作模式（Normal）、能源管理模式（PMM）、空閑模式（IDLE）和停止模式（STOP）。這4種模式之間的轉(zhuǎn)換提高了能效，大大減少了能源的消耗。相關(guān)寄存器PRM（Power Management Register）（0XC4），最高位置1即可滿足需求。關(guān)于如何設(shè)置恰當(dāng)，是在軟件中實(shí)現(xiàn)的。

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圖2 CS5518模式轉(zhuǎn)換Petri網(wǎng)

2.3 "CS5518軟件的實(shí)現(xiàn)

圖3是CS5518主函數(shù)的源代碼，默認(rèn)情況下，CS5518一直工作在正常模式，不斷檢測(cè)是否有觸摸動(dòng)作。

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圖3 CS5518主程序源代碼

HMI程序流程圖具體如圖4所述，CS8961將參數(shù)設(shè)置，寄存器的初值寫入兩片CS5518對(duì)應(yīng)的E2PROM，E2PROM?A和E2PROM?B。清除WatchDog中斷，設(shè)置CS5518A和CS5518B冗余檢測(cè)標(biāo)記。初始化CS5518A和CS5518B并且開中斷，開啟CS5518的接近模式，使能觸摸功能。由于生產(chǎn)需求，設(shè)計(jì)了3種不同版本。如圖4所示將出現(xiàn)3種規(guī)格，SA100，SA101和SA102，這個(gè)是由最終版本決定的，在預(yù)定義中。

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圖4 HMI程序流程圖

3 "HMI的軟件調(diào)試和生產(chǎn)測(cè)試分析

3.1 "軟件調(diào)試

為了能夠方便地測(cè)試部件之間的通信是否正常，設(shè)置了一個(gè)DebugMode來進(jìn)行調(diào)試。并且在出廠前進(jìn)入DebugMode對(duì)部件參數(shù)進(jìn)行校正。在設(shè)計(jì)過程中，規(guī)定了通信協(xié)議，發(fā)送規(guī)定的16進(jìn)制字符串，HMI根據(jù)接收的字符返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)。通過返回?cái)?shù)據(jù)，判斷通信是否正常。如圖5所示，測(cè)試人員進(jìn)入DebugMode對(duì)HMI進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)試。

3.2 "生產(chǎn)測(cè)試分析

在生產(chǎn)中，測(cè)試了上千臺(tái)HMI的閾值參數(shù)，這個(gè)參數(shù)對(duì)CS5518靈敏度的設(shè)置具有很重要的參考作用。如圖6所示，為生產(chǎn)機(jī)臺(tái)所測(cè)的HMI的閾值（TH）和基準(zhǔn)值（Baseline）。

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圖5 進(jìn)入DebugMode對(duì)HMI進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)試參數(shù)

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圖6 DRL觸摸鍵的閾值分布圖

第一列代表的是按鍵的序號(hào)，第二列代表的是按鍵的名稱，簡(jiǎn)化名稱有利于程序的編寫，方便設(shè)計(jì)者的交流。利用這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)和特定的算法，得出每個(gè)按鍵閾值的分布趨勢(shì)然后選取穩(wěn)定值。閾值描述數(shù)據(jù)資料集中趨勢(shì)和離散程度的兩個(gè)最重要的測(cè)量度設(shè)置小了會(huì)不靈敏，設(shè)置大了，又會(huì)誤動(dòng)作。如圖6所示，是根據(jù)最新的200個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)整理的其中DRL觸摸鍵的閾值分布，可以看出閾值集中在2 000左右。這個(gè)閾值的算法是標(biāo)準(zhǔn)差公式然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定的。在統(tǒng)計(jì)工作中，平均值和標(biāo)準(zhǔn)差是描述數(shù)據(jù)資料集中趨勢(shì)和離散程度的2個(gè)最重要的測(cè)量度[6]。

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圖7 DRL觸摸鍵的閾值分布圖

4 "結(jié) "語

該款觸摸面板已經(jīng)上市，受到追求時(shí)尚大方的年輕人的普遍歡迎。該車用觸摸面板是我公司重點(diǎn)推出的一款觸摸按鍵?，F(xiàn)在CS5518在觸摸按鍵方面的技術(shù)已經(jīng)成熟，將會(huì)移植到其他產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)在已經(jīng)有其他車型在用CS5518做觸摸按鍵，還將移植到其他行業(yè)，例如空調(diào)觸摸調(diào)節(jié)溫度等。

參考文獻(xiàn)

[1] 方獻(xiàn)良.基于A/D的電容觸摸按鍵電路設(shè)計(jì)[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)：理工版，2010，23（3）：122?125.

[2] Myson Century. CS8961 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century， 2009.

[3] Myson Century. CS5518 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century， 2011.

[4] Myson Century. CS8966 data sheet [R]. [S.l.]： Myson Century ， 2011.

[5] 袁崇義.Petri網(wǎng)原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[6] 宋巨航.于平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差的一種簡(jiǎn)潔算法[J].包鋼科技， 2004（6）：96?98.