使用Texas Instruments MSP430FR2633构建电容式触摸界面

了解如何设计带有LED和触觉反馈的自定义电容式触摸面板的电路。

MSP430FR2633是一个低功耗微控制器，具有多个gpio和电容式触针。这个项目创造了一个四键四环滑块电容触摸电路，带有LED和触觉反馈。

在本文中，我将铺设电路的功能，连接和硬件。我还将瞥见了获得自定义电路板制造的并发症，这应该有助于与Diptrace或任何想要更好地了解Gerber文件的人的人都有帮助。

让我们开始吧。

对电路

这种设计围绕三个集成电路建立：德州仪器MSP430FR2633IDA是中央微控制器;这Silicon Labs CP2102N.提供USB到串行接口;和Texas Instruments DRV2605L.提供触觉反馈。

上面显示的是控制接口的两个版本。正确的设计展示了pad的设计和放置，但由于对控制IC的潜在ESD损坏，不能用于最终的设计

微控制器

TI的MSP430FR2633是一款超低功耗电容式触摸传感微控制器。除了典型的微控制器功能，如多个计时器、ADC、串行接口等，该芯片支持多达16个电容触摸引脚，可以配置为用户界面定制按钮和滑块。

电容式触摸按钮具有不具有可能失效的移动部件的优点，并且它们可以是气密密封的，以用于恶劣环境。

MSP430FR2633具有专用和多用途GPIO和电容式触摸销

在这种设计中，GPIO和电容式触摸销连接到母带以进行外壳连接。四个三引脚标头用于分流器以选择性地启用和禁用一世²C和板载LED;LED仅适用于初始编程和测试，因为它们将在最终组装中的控制接口下方埋在第二电路板下方。SCL和SDA断开连接允许在原型设计期间选择性测试和启用触觉反馈电路。

在单片机编程

外壳连接器提供GPIO和电容式触摸引脚的访问

MCU的编程可以完成与JTAG程序员连接到标签连接或标准的14针JTAG连接器。

JTAG编程通过14针连接器或10针标签标签连接

标签连接的优点是与任何电路板的零成本添加。不幸的是，它要求用户为其JTAG程序员拥有40美元的适配器，这就是我还包括标准接口的原因。

电源输入，调节和ESD保护

USB插孔连接器可用于电路供电。ESD保护提供在USB D +，D-和VBUS线上。

示意图，显示电源输入和ESD保护

该电路中使用的USB - 串口芯片具有内置的100 mA调节器，用于为剩余电路提供电力。使用两组0.1μF和4.7μF电容器，按照数据表建议（一对用于VDD和VREGIN的一对）。

两套4.7UF.每个数据表推荐使用0.1个UF电容器

触觉反馈和LED指示灯

这DRV2605是I²C控制的电动机驱动器，其预先编程为100种不同的振动效果。

与传统交换机不同，电容式触控按钮和滑块为用户提供了没有物理反馈。缺乏反馈可能导致令人困惑甚至危险的情况。包括此驱动器和偏心电机允许用户知道已检测到其输入。

除了触觉反馈外，电路中还包括几个LED以提供视觉反馈。D3和D4通过旋转标题J203和J205连接到GPIO引脚;D5表示电路板是供电的;D6和D7用于指示MCU和USB到串行转换器之间的串行数据传输。

正如我前面提到的，所有这些led都是为了测试，并将隐藏在最终设计的控制面板下面。在电容触摸按钮中央的控制面板上有五个可见的led。

在初始测试中，多个led被用来提供反馈

你可以在下面的视频中看到LED指示灯的工作:

USB-to-串行转换器

这cp2102n.Silicon Labs是他们低成本、多用途usb到串行转换器的最新版本。它在计算机的USB端口和与主程序通信的MCU之间提供了一个桥梁。这个版本的板不支持通过USB的MSP430编程。

示意图，显示USB - 串行转换器IC

配置触摸面板

德克萨斯仪器公司提供CapTIvate设计中心，它允许用户配置他们的设计，包括他们的目标微控制器和电容触摸按钮和滑块。这个设计使用了四个按钮和一个自定义的四个滑块。

我从电弧基元创建滑块锯齿环，并基于假定的最小手指接触直径为4mm。每个圆的半径增加4毫米，锯齿圆的最小间距为4毫米。每个衬垫与相邻的衬垫有75%的圆形重叠。

这张图片显示了用于创建圆形滑块环的尺寸。锯齿形线段的半径增加4mm，并在上述方程定义的扇区终止。

按钮垫的创建是为了提供一个大的表面，以远离环形滑块。

所有的焊盘和圆形滑块都将隐藏在控制面板电路板的阻焊剂下面。这是为连接到垫片的IC引脚提供ESD保护所必需的。

这张来自OSH Park的渲染图展示了电容触摸按钮和圆形滑块环的铜层。

关于制造电路板的一词 - 关于Gerber文件的课程

我有一个很大的麻烦，从各种各样的制造工厂订购这个顶部控制板。

来自Oshpark的Dan Sheadel解释并解决了问题 - 解释，并解决了 - 如下：

Gerbers被简单的“孔径”绘制。[类似于]画笔，[它们是]基本形状用于定义在生产过程中受影响的部件。大多数情况下，Gerbers使用夫妇的原始'孔，通常是圆圈，矩形，椭圆形和简单的常规多边形。但是，它们也有一种方法来定义“宏”，这是一个自定义基元的集合。这允许您定义自定义焊盘形状，该形状是较小的基元的集合，然后使用它类似于任何其他孔径。凭借绝大多数工具，这不是问题。您可以添加到宏的原始原语是一个“多边形”，在那里您定义了大纲，填充内部的内容。

Diptrace陷入困境的地方，即使是基本形状，它的多边形也很复杂。这是因为它将弧形绘制为简单的直线，因此电弧近似必须具有数百条微小的线路，以便正确定义形状。

一个很好的例子是一个圆角的矩形。大多数工具将其定义为周边的[角落]周围的四条圆形线和一个小矩形，以填充内部的任何间隙。但是，DipTrace将其定义为200 + -Point多边形，精心详细地详细说明每个角落周围的线近似。

可悲的是，Gerbv不会很好地处理。GERBV对其多边形宏命令有100分限制，因为每个人在其旧C源代码中静态分配[在其旧C源代码中]而不是使用宏命令中的分配规范本身。这是令人沮丧的，因为GERBER规范要求多边形宏可以高达5000点。

解决方案是将多边形定义从宏中取出，并使其成为普通Gerber绘图本身的一部分。GerbV对此没有问题。

谢谢丹，他在这里贷款他的专业知识。

按钮软件配置

设计好后，按钮和圆形滑块可以通过迷人的设计中心。按钮配置为四个自电容通道（4 Rx），车轮滑块配置为四个自电容通道（4 Rx）。

TI公司CapTIvate设计中心的屏幕截图，显示了该项目的初始配置。

使用配置连接将按钮和滚轮分配给正确的通道。

结论

本文讨论了设计和制造了在MSP430FR2633周围内置的电容式触摸控制板。一个特别麻烦的（尽管有趣）的制造难度与许多制造房屋使用的事实有关，其使用不符合当前GERBER规范的自由软件。

未来的一篇文章将介绍电路板布局考虑，以及最终电路的测试和所需的编程使其工作。