V tomto článku se zaměříme na konkrétní příklady řadičů Atmel, které svou bohatou výbavou, implementovanou na miniaturním čipu, podporují a obsluhují dvourozměrné ovládací panely (AT42QT4120/AT42QT4160) nebo nezávislé dvoudotykové touchscreeny, určené pro maximálně intuitivní uživatelská rozhraní díky podpoře současného dotykového ovládání jedním nebo také dvěma prsty (AT42QT5320/AT42QT5480). Oba vývojové směry Atmel podporuje vývojovými kity včetně software.
Řadiče dotykových panelů AT42QT4120/AT42QT4160
Základním využitím integrovaných obvodů QT4120 a QT4160 je podpora vysoce výkonných a zároveň velmi tenkých, jednodotykových kapacitních touchscreenů. Základ tvoří patentovaná technologie společnosti Atmel QFieldTM pro dotykové ovládací panely. Celý systémový přístup vychází z potřeby efektivního vývoje a zahrnuje výše zmíněné dotykové řadiče, výběr osvědčených senzorů včetně vhodného koncového provedení a samozřejmě software, který bude mimo jiné definovat a následně vyhodnocovat přítomnost dotyku včetně následných pohybů prstem. Možností využítí je v dnešní době celá řada, zejména zde budou patřit mobilní telefony, osobní přehrávače, různé navigační systémy nebo také všechno zmíněné v jednom.
Oba integrované obvody se vyrábí ve 32pinovém pouzdře 5x5 mm pro povrchovou montáž, které vyžaduje jen několik externích součástek. Pro rozhraní mezi touchscreenem a jeho řadičem je zapotřebí pouze osmi aktivních signálů, zatímco propojení řadiče s host procesorem vyžaduje pouze tři, a to dvoudrátové I2C kompatibilní rozhraní spolu s jedním signálem „Touch“ trigger. Takto jednoduše lze detekovat a zpracovat jednotlivé události na dotykovém panelu včetně jejich aktuální dvourozměrné polohy a způsobu, kterým tuto polohu mění. Signály integrovaného obvodu se k samotné tenké vrstvě senzoru připojují pomocí ohebné PCB koncovky a to až na vzdálenost 60 mm. Nejsou tudíž vyžadovány žádné další aktivní prvky.
Přístup společnosti Atmel k dotykovým panelům vychází z podstaty senzorů s jednou aktivní vrstvou. Typický panel (viz obrázek) obsahuje PET vrstvu s leptaným, jednostranným a prakticky neviditelným obrazcem ITO senzoru. Dotykové signály z jednotlivých motivů jsou pak směrovány stříbrnými vodiči podél hran celého panelu až k PCB koncovce. V mnoha případech se tak bez požadavku na další stínicí vrstvu daří v součtu dosahovat tloušťky okolo 100 μm jako základu pro neobyčejně tenká koncová zařízení. Použití jediné vrstvy navíc zaručuje vysokou propustnost světla a to až 90 %.
Legenda k obrázku: opticky průhledné lepidlo, sběrné vodiče podél hran, plastová podložka (PET), Indium Tin Oxide (ITO), vrstva polymeru
Výše zmíněné řešení dokáže detekovat prvotní dotyk za méně než 60 ms. Jakmile je tento povel jednou signalizován, dochází každých 10 ms k vyhodnocení jeho aktuální polohy v obou osách x a y. Integrovaný řadič QT4120 nebo QT4160 vysílá host procesoru signál o nastálé události včetně jeho x-ové a y-ové souřadnice. K dispozici je rovněž celá řada implementovaných povelů, vyhodnocovaných poklepáním nebo táhnutím. Oba integrované obvody na svém čipu dokážou zpracovat a vyhodnotit např.
- jednoduché klepnutí
- dvojité poklepání
- zmáčknutí
- zmáčknutí a držení
- rýpnutí
- tažení prstem.
Vývojáři mají na výběr čtyři standardní jednovrstvé ITO panely, navržené v souladu s patentovanou technologií QFieldTM, testované s výše zmíněnými řadiči QT4120 a QT4160 a dostupné ve velikostech úhlopříčky až 4,3 palce. Mohou tak elegantně zabránit nežádoucím efektům způsobeným ručními „stíny“ a na nejvyšší možnou míru zvýšit celkovou linearitu. Tabulka níže uvádí konkrétní rozměry:
Vývojové kity jsou dostupné pro všechny čtyři zmíněné alternativy. Součástí dodávky je host software pro PC, algoritmy vyhodnocující jednotlivé povely včetně pohybů, USB kabel a samozřejmě dokumentace.
Základní vlastnosti:
- Technologie: Patentovaný přenos náboje v rozprostřeném spektru
- Senzor: Jedna aktivní vrstva
- Minimální nevyužitelný okraj panelu určený pro vodiče: 4,5 mm (nezahrnuje plochu pro přichycení; závisí na konstrukci touchscreenu)
- Rozlišení: 1024 x 1024
- Velikost panelu pro QT4120: Úhlopříčka až 3,2 palce, tloušťka 1 – 2 mm (sklo), 0,5 – 1,5 mm (plast)
- Velikost panelu pro QT4160: Úhlopříčka až 4,3 palce, tloušťka 1 – 2 mm (sklo), 0,5 – 1,5 mm (plast)
- Použitý materiál: ITO (Indium Tin Oxide) nebo jiný vodič
- Host interface: I2C kompatibilní slave mode (100 kHz nebo 400 kHz)
- Počáteční odezva: 60 ms, poté 10 ms (záleží na konkrétním návrhu a nastavených parametrech)
- Zpracování signálu: Autokalibrace, automatická kompenzace driftu, filtrace šumu
- Napájecí napětí: +1.8 V až +5.5 V
- Proudový odběr: 60 μA @ 1.8 V (sleep mode)
- Proudový odběr: < 900 μA @ 1.8 V (run mode)
- Provozní teplota: -45°C až +85°C
- Pouzdro: 32pinové MLF, 5 mm x 5 mm (splňuje RoHS)
Řadiče dotykových panelů AT42QT5320/AT42QT5480
Integrované obvody AT42QT5320 a AT42QT5480 zajišťují maximálně intuitivní uživatelské rozhraní díky své podpoře současného dotykového ovládání jedním nebo také dvěma prsty. Jejich vysoká přizpůsobivost dovoluje v reálném čase uživateli následující volby:
- Dvoudotykový touchscreen se dvěma sledovatelnými a zcela nezávislými dotykovými souřadnicemi
- Blok až 48mi jednotlivě konfigurovatelných dotykových kláves
- Až šest nezávislých dotykových sliderů nebo ovládacích koleček (diskrétních potenciometrů)
- Hybridní panel spojující všechny tři zmíněné možnosti řízení
QT5320 a QT5480 spojují na jediném čipu technologie QTwoTM, QMatrixTM, QSlideTM, QWheelTM a QFieldTM. Podpora skenování až 8palcových panelů umožňuje nasazení v nejrůznějších přenosných zařízeních, přehrávačích, navigačních systémech, elektronických knihách, ale také zabudovaných řídicích touchscreenech kuchyňských elektrospotřebičů nebo prodejních automatů. Obě pouzdra určená pro povrchovou montáž vyžadují pro svou práci jen několik externích součástek. Samotný touchscreen se přímo s řadičem propojí 14 nebo 16ti vodičovou PCB koncovkou a to až na vzdálenost 60 mm. K host procesoru pak z řadiče vedou pouze tři signály, tj. opět dvoudrátová I2C kompatibilní data spolu s hlášením změny události.
Implementovaná technologie QTwoTM svým časovým multiplexem sekvenčně a s vysokou rychlostí snímá aktuální stav celého pole citlivých elektrod, umístěných na ovládacím panelu. Odlišná nastavení pro x-ovou a y-ovou osu umožňují pružně reagovat na konkrétní požadavky dané aplikace. Surová výstupní data pak lze využít různými způsoby. V okamžiku zadávání povelu dvěma prsty generuje řadič precizní x-y souřadnice pro obě naprosto nezávislé dotykové pozice, které se mohou vyskytovat napříč celým dotykovým povrchem. V případě QT5480 se pak jedná o touchscreeny s úhlopříčkou až 8 palců, QT5320 podporuje rozměry max. 4,3 palce. Celá paleta dvoudotykového uživatelského rozhraní zahrnuje např.
Pinch (zvětšení) - Stretch (zmenšení)
- Rotace
- Stisk a klepnutí
- Stisk a dvojí poklepání
- Stisk a rýpnutí
- Stisk a táhnutí
- Táhnutí dvěma prsty
V módu QMatrix může QT5480 rovněž ovládat a vyhodnocovat až 48 (resp. 32 v případě QT5320) jednotlivých dotykových kláves ve vstupní x-y matici 8x6 (8x4). Na vývojáři pak zůstává výběr ze širokého rozsahu velikostí a tvarů kláves, přičemž citlivost každé z nich lze individuálně nastavovat. Patentovaná technologie potlačení sousední klávesy (Adjacent Key Suppression – AKSTM) navíc účinně brání falešnému vyhodnocení povelu, který uživatel nezamýšlel provést.
V módu QSlide resp. QWheel ovládá QT5320 až 4 a QT5480 až 6 nezávislých sliderů nebo ovládacích kruhových prvků (wheel). Každý slider nebo kruh vyžaduje pro svou funkci jednu y-ovou linii vstupní matice kláves. Konečné rozlišení je však volitelné, přičemž každý slider může být 2 až 8 prvků dlouhý. Využití všech osmi kláves tak v případě každého slideru nebo wheelu umožňuje dosáhnout maximálního rozlišení 8 bitů. Oba integrované řadiče také umožňují vytvářet hybridní panely, skládající se z touchscreenu, sliderů, kruhových ovládacích prvků a diskrétních kláves. Spolehlivá funkce včetně rychlé odezvy je díky způsobu zpracování signálu zaručena i v případě elektromagnetického rušení z okolního prostředí.
Atmel nabízí vývojové boardy ve třech velikostech samotných dotykových panelů s možností volby zemního stínění. Jednotlivé možnosti zobrazuje následující tabulka:
Základní vlastnosti:
- Technologie: Patentovaný přenos náboje v rozprostřeném spektru (příčný režim)
- Senzor: Jedno a dvoudotykový
- Minimální nevyužitelný okraj panelu určený pro sběrné vodiče: 4,5 mm
- Materiál: Plast, sklo, kombinovaný, stříkaný povrch s nízkou hustotou kovových částic
- Tloušťka panelu: 1 – 2 mm (sklo), 0,5 – 1,5 mm (plast)
- Velikost panelu pro QT5320: Úhlopříčka až 4,3 palce
- Velikost panelu pro QT5480: Úhlopříčka až 8 palců
- Rozlišení: 10 bitů (1024 x 1024)
- Linearita: Typicky lepší než +/- 1 %
- Materiál senzoru: ITO (Indium Tin Oxide)
- Host interface: I2C kompatibilní slave mode (100 kHz nebo 400 kHz)
- Počáteční odezva: 60 ms, poté 15 - 20 ms
- Zpracování signálu: Autokalibrace, automatická kompenzace driftu, filtrace šumu, potlačení sousední klávesy AKSTM
- Napájecí napětí: +1.8 V až +5.5 V (2.5 V až 5.5 V ve vysokorychlostním módu)
- Provozní teplota: -40°C až +85°C
- Proudový odběr < 2 μA @ 3.3 V (sleep mode)
- Proudový odběr < 4900 μA @ 3.3 V, vysokorychlostní mód (aktivní/dotyk)
- Proudový odběr < 2740 μA @ 3.3 V, vysokorychlostní mód (klidový režim/bez dotyku)
- QT5320 32 pinů, 5 mm x 5 mm MLF (vyhovuje RoHS)
- QT5480 49 vývodů, 5 mm x 5 mm BGA (vyhovuje RoHS)
- QT5480 44 pinů, 7 mm x 7 mm MLF (vyhovuje RoHS)
- QT5480 44 pinů, 10 mm x 10 mm TQFP (vyhovuje RoHS)
Příklad využití a rozvržení panelu:
Závěr:
Článek seznamuje s řadiči dvourozměrných dotykových panelů, které budou v reálném čase vyhodnocovat události na touchscreenu a poté je předávat nadřízenému systému ke zpracování. Vhodný návrh uživatelského rozhraní spolu s přehledným menu tak má bezesporu na čem stavět. Z vlastní zkušenosti mohu potvrdit, že v úvodu zmiňovaná tvorba srozumitelného uživatelského manuálu představuje běh na dlouhou trať, kterou však lze výraznou měrou zkrátit přehledným a intuitivním způsobem ovládání.
Download a odkazy:
- Informace k AT42QT4120: http://www.qprox.com/products/touchscreen/AT42QT4120.html
- Informace k AT42QT4160: http://www.qprox.com/products/touchscreen/AT42QT4160.html
- Informace k AT42QT5320: http://www.qprox.com/products/touchscreen/AT42QT5320.html
- Informace k AT42QT5480: http://www.qprox.com/products/touchscreen/AT42QT5480.html
- Domovská stránka výrobce: http://www.qprox.com/
- Touchscreeny s novým rozměrem vícenásobných dotyků
- Nový řadič pro ovládací panely s integrovaným řízením LED a GPIO funkcemi
- Nové kapacitní senzory pro dotyková i bezdotyková tlačítka
