Realizace dotykových kapacitních tlačítek

Vlastimil Krška, Rostislav Kerber, UREL, FEEC, VUT Brno
xkrska03stud.feec.vutbr.cz, xkerbe00stud.feec.vutbr.cz
projekt zveřejněn také na www.pandatron.cz a www.hw.cz

1. Úvod
2. Realizace
3. Závěr
4. Literatura

Úvod

Cílem tohoto projektu je využít obvod firmy Freescale k realizaci dotykových kapacitních tlačítek. Obvod MPR 084 je senzorový kontroler určený právě pro snímání dotekových kapacitních tlačítek.
Během projektu bude navrženo obvodové uspořádání, jeho realizace a návrh programového ovládání pomocí AVR kitu s kontrolerem ATmega16. Výsledkem projektu bude model schopný detekce
stisku tlačítka a jeho vypsání na znakový display.

Realizace

Tento projekt bude realizován na vývojovém programovacím kitu s mikrokontrolerem ATmega16, který je zobrazen na následujícím obrázku. Veškeré programové ovládání je tedy testováno na tomto kitu.

Tento obvod pracující s napájecím napětím 1,8V až 3,6V při provozních teplotách -40°C až +85°C pracuje na principu zjišťování údálosti na tlačítkách. Při detekci této události (eventu) se generuje
signál přerušení pro spuštění obslužného programu. Obvod MPR 084 pracuje se sběrnicí I2C a pomocí této komunikace také posílá data pro zpracovávání událostí zjištěných na tlačítkách.
Na následujícím obrázku je detailní zobrazení pinů obvodu i s jejich popisky.

Protože je I2C komunikace mimo aktivní provoz primárně na vysoké úrovni, je nutné piny SCL a SDA připojit na pull-up rezistory. Při psaní obslužných programů se nejprve předpokládalo s použitím vnitřních softwarových
pull-up rezistorů avšak poté bylo přistoupeno k použítí skutečných rezistorů s hodnotou 2,7kΩ, kterými se dodatečně připojilo napájecí napětí na tyto piny. V obrázku layoutu však tato dodatečná úprava není zakreslena.
Podle všech informací by však použití vnitřních softwarových rezistoru mělo odvést stejně dobrou práci. Poslední úprava, která není ve schématu ani v návrhu layoutu zakreslena je vyvedení pinu IRQ na z našeho pohledu
třetí vývod KD lišty od spodu. Zde je totiž v AVR kitu připojen vstup pro přívod zdroje signálu externího přerušení. Použití externího zdroje přerušení se totiž zavedlo až v průběhu práce.

Zdrojový kód z hlavní smyčky programu (tlacitka.c):

   #include <avr/io.h>
   #include <avr/interrupt.h> 			//knihovna pro preruseni
   #include "lcd_c.c" 				//knihovna pro inicializaci znakoveho LCD
   #include "twimaster.c" 			//knihovna pro ovladani i2c komunikace (spolu s knihovnou i2cmaster.h )
   #include <util/delay.h> 			//knhovna pro zavadeni zpozdeni
   #include "C_touch.c" 			//knihovna pro inicializaci obvodu a vycitani cisla tlacitka (spolu s knihovnou C_touch.h)

ISR(INT0_vect)					//preruseni z externiho zdroje (z pinu IRQ)
 {
   unsigned char hodnoty [2];
   unsigned char buffer [20];
   
   Test_touch();				//vycitani hodnot stisknutych tlacitek a oprava chyby obvodu (popsano v C_touch.c)
   lcd_gotoxy(0,0);				//pozice pro vypis na LCD
   sprintf(hodnoty,"%02x",Cislo_tl[0]);		//prevod znaku na cislo
   lcd_puts (hodnoty);				//vypsani cisla stisknuteho tlacitka na LCD
 }

int main (void)							
 {
   unsigned char buffer [20];
   unsigned char hodnoty [2];
   unsigned char x = 0;
   Cislo_tl[9]=0;

   lcd_init();					//inicializace LCD
   DDRC = 0b00000100;				//zde se nastavuje I/O rezim a take se zde povoluji vyse zminene pull-up rezistory
   PORTC =0b00000000;
   i2c_init();					//inicializace I2C komunikace
   Touch_init();				//volani funkce Touch_init, ktera je umistena v C_touch.c a provadi reset MPR 084 a nastaveni jeho registru
   
   MCUCR=(1<<ISC01);				//nastaveni preruseni INT0 na sestupnou hranu
   GICR=(1<<INT0);				//nastaveni povoleni externiho preruseni
   _delay_ms(50);				//zpozdeni 50ms

   sei();					//globalni povoleni preruseni

   while (1);
 }


Výsek zdrojového kódu funkcí Touch_init() a Test_touch(),(C_touch.c):
  
void Touch_init(void)
{
   i2c_start_wait(Tlacitka+I2C_WRITE);
   i2c_write(0x13);
   i2c_write(0x04);										//Deaktivace a reset obvodu
   i2c_stop();

/*Nastaveni registru obvosu MPR084*/ 
   i2c_start_wait(Tlacitka+I2C_WRITE); 
   i2c_write(0x03);
   i2c_write(0x99);										//Touch Pad Configuration Register
   i2c_write(0x09);										//Sensitivity Threshold Registers 0
   i2c_write(0x09);										//Sensitivity Threshold Registers 1
   i2c_write(0x09);										//Sensitivity Threshold Registers 2
   i2c_write(0x09);										//Sensitivity Threshold Registers 3
   i2c_write(0x09);										//Sensitivity Threshold Registers 4
   i2c_write(0x09);										//Sensitivity Threshold Registers 5
   i2c_write(0x09);										//Sensitivity Threshold Registers 6
   i2c_write(0x09);										//Sensitivity Threshold Registers 7
   i2c_write(0xFF);										//Electrode Channel Enable Mask Register
   i2c_write(0x01);										//Maximum Number of Touched Positions Register
   i2c_write(0x05);										//Master Tick Period Register
   i2c_write(0x01);										//Touch Acquisition Sample Period Register
   i2c_write(0x07);										//Sounder Configuration Register
   i2c_write(0x00);										//Low Power Configuration Register
   i2c_write(0x00);										//Stuck Key Timeout Register
   i2c_write(0xF7);										//Configuration Register
   i2c_stop();
}

void Test_touch(void)
{
	unsigned char hodnota=0,error=0,i=0;
	
	while(hodnota != 0x40)									//Cekani vyprazdneni registru
	{			
		i2c_start_wait(Tlacitka+I2C_WRITE);						//Adresace registru se stisknutou hodnotou
		i2c_write(0x00);
		i2c_start_wait(Tlacitka+I2C_READ);						//Vycteni aktualniho stisku
		hodnota = i2c_readNak();							
		i2c_stop();
		
		i2c_start_wait(Tlacitka+I2C_WRITE);						//Adresace chyboveho registru
		i2c_write(0x01);
		i2c_start_wait(Tlacitka+I2C_READ);						//Vycteni chyby
		error = i2c_readNak();
		i2c_stop();
		if(error != 0)									//Test chyby obvodu
		{
			Touch_init();								//Reset obvodu a opetovna inicializace
			goto Konec;								// Uknceni vycitani
		}
		
		Cislo_tl[i] = (hodnota & 0x0F) + 1;						//Zapis stisknute hodnoty tlacitka
		hodnota &= 0xF0; 								//Maskovani stisku - vyuziti priznaku
		i++;										//Zviseni hodnoty bufferu vycitanych hodnot
	}

Další uživatelsky důležitým souborem je knihovna C_touch.h. V této knihovně se totiž nastavuje adresa obvodu pro I2C komunikaci. Tuto hodnotu je nuné zjistit v Datasheetu použitého obvodu a zapsat ji sem bitově
posunutou o jeden bit doleva. Pro obvod je tato adresa adresou pro čtení, tedy 0x5D. Převedeno na binární soustavu 0b01011101. Bitově posunuto se pak bude jednat o číslo 0b10111010, tedy 0xBA hexadecimálně.
Program je schopen zpracovat oba druhy zápisu. Viz následující čás kódu z knihovny C_touch.h.

#define Tlacitka 0b10111010 			//I2C adresa obvodu MPR 0x5D tedy, 0b01011101

Závěr

Literatura

[1] Freescale, datasheet pro obvod MPR 084, cit. 22.5.2010, WWW:
&WT_TYPE=Data%20Sheets&WT_VENDOR=FREESCALE&WT_FILE_FORMAT=pdf&WT_ASSET=Documentation