MCU在手机与平板电脑中的应用.docx

MCU在与平板电脑中的应用【导读】MCU在当前与平板电脑应用中主要用作诸如电容式触摸感应接口、 触摸屏接口、摄像头接口、不同模拟传感器输入检测、USB接口以及电池充电 与监控等众多功能的协处理器此外，负责互连上述功能的所有逻辑和接口都可以采用像用于模拟输入的ADC、 用于蜂鸣器应用 的PWM、段式LCD、字符型LCD、图形化LCD、用于音量控制的 DAC、USB接口以及电容式触摸屏接口等各种可用组件模块设计而成本文将探讨MCU和可编程片上系统(PSoC)在与平板电脑应用中的作用，并 对此类应用存在的系统限制和设计挑战进行评估采用可编程器件既可以通过降 低B0M成本、缩短设计周期时间来降低整体产品成本，还可以通过加快开发进程 节约项目成本Power supply and Charging controllerLCDControllerUSBSensors.Accelerometer, MagneticALS Interface controllerProximitySensor forFace DetectionMemory Flash,RAM. external3G/4G modemBaseband and Application ProcessorsGPSGSMZCDMABluetoothCapSens^ ControllerTouchScreenControllerCamera Interface controllerWiFi图 1设计框图(注:加亮的模块采用MCU进行操作。

)Sensors.3G/4G modemGPSBluetoothProximitySensor forSAR Regulation图2平板电脑设计框图（注:加亮的模块采用MCU进行操作当前的与平板电脑设计采用8/16/32位MCU作为不同功能的协处理器例如, MCU可以接收来自各种模拟传感器的模拟输入信号：热敏电阻等温度传感器、RTD与湿度传感器可接收模拟输入并提供用于MCU的数 字电压可以测量2轴/3轴运动并将其转换成用于MCU的数字电压的2轴/3轴加速计环境光传感器（ALS）可以实现对宽泛照明条件下（从黑暗到阳光直射）显示屏 背光灯亮度的自动控制经过外部ADC与缓冲电路的磁传感器输入用于面部检测与手部运动检测的接近传感器，以便在用户使接近面部时使 MCU能够关闭键盘另外，当用户手部接近键盘时，MCU能够打开键盘MCU采 用主机中断功能来激活宽带和应用处理器，以便执行面部检测操作MCU通过 检测用户的面部、耳朵或头部的接近实现面部检测，以消除触摸屏的误触摸这 样通过关断触摸屏能够减少电池消耗此功能采用IR接近传感器实现用于平板电脑应用中比吸收率（SAR）调节的接近感应SAR是指身体暴露于射 频（RF）电磁场时吸收能量的比率。

器件需要动态调节人体附近的无线电传输驱动LCD或图形显示屏的外部缓冲驱动电路带背光灯的LCD或图形显示屏一般 用于低端应用另外，它还可以控制LCD与图形显示屏的背光灯MCU采用触摸屏控制器处理高端应用中的触摸屏接口 oMCU采用机械键盘处理低端应用中的用户输入MCU可以监控锂离子电池电压，并能够管理电池充电，以实现最佳充电寿命另外，MCU还可以用于中的故障检测与数据恢复应用MCU采用Haptics （触觉反馈技术）替代机械按键（其通过用力、振动或运动等 触摸方式连接用户）MCU可以连接宽带与应用处理器，而且还能够连接其它板上外设，如：通过I2C 与SPI接口连接的摄像头接口控制器MCU在主机（主）和从模式下连接宽带与 应用处理器，以实现数据传输宽带和应用处理器采用板上USB 2. 0/3.0控制器 向外部传输数据应用中的可编程片上系统器件：可编程片上系统（PSoC）是由MCU与可编程逻辑和高性能模数转换功能以及常用 固定功能外设组合而成此外，这些器件还集成有闪存、SRAM及EEPROMo在低功耗模式下，此类器件消耗的电流不足1UA,因此使其非常适用于待机模 式下的操作为了保持低功耗操作，可编程片上系统器件还应配备一个用于 实时测量的内部RTC组件，这也非常重要，这样就避免使用外部时钟/振荡器电 路。

同样，USB和安全数字（SD）卡接口对和平板电脑应用也很重要在低端应用中，采用内部PWM功能可以简化每次按键操作时蜂鸣器音调的控 制与变化PWM的占空比随用户通过GUI界面设置的所需速度变化内部DAC可 以用于控制扬声器音量和执行扬声器的静音功能内部运算放大器、比较器和ADC可进一步简化设计例如，赛普拉斯的PSoC 系列器件将12位1MSPS逐次逼近ADC与差分及单端模式集成在一起，其中包括 采样-保持（S/H）功能，其可以用于测量不同传感器输入，包括监控电池以及采 用热敏电阻或RTD等温度感应装置感应温度这样就避免使用外部放大器、ADC 及比较器，从而可以最大限度地减少应用的PCB需求灵活的工作范围（如：从1.71V~5.5V）使其更便于与外设相连，以实现其它应用 由于工作电压低至1.71V以及具有超低功耗，再加上提供能够平衡唤醒时间与功 耗的休眠模式和深度睡眠模式，因此可以在支持快速响应的同时确保更长电池使 用寿命由于或平板电脑连接众多外设，因此可编程片上系统需要支持多种灵活的接 口例如，配备可重新配置I2C. SPI或UART功能的两个独立的运行时间可重配 置串行通信模块（SCB）可以在解决方案中用于内部与外部外设通信。

对于需要触摸接口的高端而言，支持电容式感应技术至关重要在支持手动 和自动调校基础上，开发人员能够支持防水触摸接口等高级功能为了进一步简化设计，关键是对LCD及图形显示屏的直接驱动，以显示不同菜 单选项采用适当设计工具可以实现灵活的实施方案，如：PSoC Creator IDE 工具，其支持用于设计接口和逻辑（如：用于模拟传感器及其它模拟输入的 SARADC和PGA）的组件模块PWM、CLK、MUX和比较器组件可以用于应用 字符型LCD和段式LCD组件可以直接（也就是说无需外部缓冲器）驱动LCD/图 形LCDo另外还具有用于实时测量的RTC组件PSoC Creator具有内部系统时钟， 因此无需外部时钟/振荡器电路其他组件包括定时器、蜂鸣器、CapSense电容 式触摸感应、段式LCD、字符型LCD、图形LCD等PSoC Creator另外允许用户使用配备集成编译器工具链、RT0S解决方案和生产 编程器的完整工具系统利用PSoC Creator和PSoC Designer IDE,客户能够 创建和共享采用分层级方案设计的用户自定义定制外设客户可以对所选组件自 动进行布局布线，并集成简单的胶合逻辑，其一般位于分立器件中。

中基于不同电容式感应技术的解决方案:电容式按键与应用：Replace numerical, menu and volume control mechanical buttons.电容式滑条与应用:Redial and liner sliders for volume control.手套触摸应用:It supports reliable touch with gloves up to 4 mm thickness.无源触笔输入应用:It enables stylus support for buttons.接近应用:It enables keypad when users move the hand near to the phone.面部检测应用:It disables keypad when users move near to the face.平板电脑SAR调节应用:It detects human presence near mobile devices and helps dynamically reduce radio transmission.Haptics 应用:It interfaces with the user through the sense of touch by applying forces, vibrations, or motions. It is also used for vibration application in cell phone.系统限制电容式触摸感应技术可以用触摸式键盘替代机械按键。

采用电容式感应技术可 以智能和平板电脑上实现安卓/Windows按键，而且可以同时用于内嵌式 (On-Cell)和外嵌式(In-Cell)拓扑这不仅能够减少机械按键导致的故障, 而且还可提高产品可靠性此外，采用可以不断补偿系统、生产和环境变化的动 态感应算法能够自动调校灵敏度，从而避免手动调整移动设备所采用的有源 矩阵有机发光二极管(AM0LED)显示屏上的虚拟按键减少了可用屏幕空间占用PSoC支持的防水应用它不会检测水滴造成的误判的触发，而且按键在有 水滴情况下能够正常运行为了确保可靠操作，CSD PLUS以及具有更高抗噪性的电容式逐次逼近技术(CSA EMC)等触摸感应算法可保证的可靠操作为了提高简便易用性，这些算法 还需要支持手套触摸和触控笔，同时还需要用基于电容按键的面部检测系统替代 现 有基于IR的面部检测技术它实现对SAR调节和Haptics的支持，以改善最 终产品用户体验，而且用SmartSense自动调校功能消除系统调校其即使在高 噪声操作条件下也能保证可靠的按键性能和平板电脑在不断变薄，小巧而宝贵的空间需要容纳所有必备的电子组件 因此设计人员需要占用最少板级空间的组件，通过实现现成的组件来降低组件数 量。

SmartSense自动调校功能可以设置、监控和持续保持最佳性能有了该功 能，无需系统调校，因此可减少设计工作量自动调校功能适用于PCB和覆盖层， 并可减少影响触摸感应性能的制造偏差它可以实现采用不同覆盖、按键形状 和线迹长度的平台设计方法，而且可以应对系统环境的变化，包括EMI噪声源， 如：RF和AC线路手套触摸需要支持不同类型的手套，如：滑雪手套、橡胶手套、毛线手套、皮手 套、布手套等另外，其针对应用还需要区分手指触摸和手套触摸它使设 备能够用于用户需要佩戴手套的不同环境条件（如：寒冷天气、医院等），而且 还支持厚度达到4毫米的手套而不出现误检理论上系统能够通过触控笔在草图、菜单和按键之间无缝切换对3毫米无源触 控笔的支持使支持触控笔的设备更简单易用，而以前用户需要用手指触摸按键， 即便是在使用触控笔工作时也需要手指配合另外它还可以区分手指和触控笔输 入系统还支持采用PCB线迹、单线、联动按键或单按键实现方案的接近检测因此, 用户手部接近键盘时激活前键盘相关应用可能需要防水性，尤其是用户在潮湿环境下工作时电容式感应算法需 要采用屏蔽电极消除水滴和薄雾造成的误判的触摸，同时采用保护传感器消除蒸 汽或浸没造成的误判的触摸。

在前面板而非LCD显示屏与键盘上实现基于触摸屏的设计可给用户提供更好的 界面和更高的灵活性电容式面部检测可以低成本替代其他MCU采用的IR接近传感器它可以在各种 光照与反射条件下提供可靠的性能检测用户膝部或手部接近笔记本电脑/平板电脑无线电能够调节RF功率，以符合 SAR规定其可以通过两种方式实现：•在器件周边采用单线/线。