Microchip AR1100电阻式USB和RS - 232触摸屏控制器深度解析

在电子设备中，触摸屏控制器是实现人机交互的关键部件。Microchip的AR1100电阻式USB和RS - 232触摸屏控制器以其丰富的特性和出色的性能，在众多应用场景中得到了广泛应用。今天，我们就来深入了解一下这款控制器。

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一、概述

1.1 产品特点

AR1100是一款功能丰富、高度集成的通用触摸屏控制器解决方案。它具有以下显著特点：

• 环保合规：符合RoHS标准，满足环保要求。
• 节能模式：具备节能的睡眠模式，可有效降低功耗。
• 宽温范围：支持工业温度范围，能适应各种恶劣环境。
• 漂移补偿：内置漂移补偿算法，确保触摸屏的稳定性和准确性。
• 用户存储：拥有96字节的用户EEPROM，方便用户存储自定义数据。

1.2 应用场景

AR1100适用于多种需要快速、准确和可靠触摸集成的应用，包括但不限于移动通讯设备、个人数字助理（PDA）、全球定位系统（GPS）、触摸屏显示器、自助服务亭、媒体播放器、便携式仪器和销售点终端等。

二、硬件设计

2.1 引脚分配

AR1100的引脚分配明确，不同引脚承担着不同的功能。例如，电源引脚（1、18）为设备提供电力；振荡器引脚（2、19、3、20）用于产生时钟信号；MODE引脚（4）可用于选择传感器类型（5线或4/8线）。具体的引脚功能可参考数据手册中的详细表格。

2.2 原理图设计

文档中提供了简化的原理图，同时详细的原理图和物料清单（BOM）可在相关附图中找到。在设计过程中，未使用的传感器引脚应接地，以避免干扰。

2.3 传感器连接

AR1100支持4线、5线和8线模拟电阻式触摸传感器。不同类型的传感器连接方式在文档中有图形化描述，设计时需根据实际情况进行正确连接。

2.4 ESD和噪声考虑

在设计中，ESD保护至关重要。建议在所有有源传感器线路上使用ESD保护二极管，但要注意尽量减小电容。例如，PESD5V0S1BA因其标称低电容（35 pF）而被推荐用于参考设计。同时，参考设计原理图中包含了触摸传感器滤波电容，但改变其值可能会对触摸性能产生不利影响。

三、通信方式

3.1 物理通信

AR1100支持UART和USB通信，并能自动检测和选择激活模式。USB模式可枚举为HID - GENERIC、HID - MOUSE和HID - DIGITIZER三种设备类型，默认USB设备类型可通过配置命令更改并保存在非易失性存储器中。

3.2 数据协议

数据协议采用多字节数据包传输，分为触摸报告和命令数据包两类。

• 触摸报告：触摸报告由AR1100发起，响应触摸检测。报告格式因通信模式而异，测量分辨率为10位，坐标值以12位格式报告，满量程范围为0到4095。
• 命令数据包：用于配置和控制等操作。命令数据包和响应数据包具有相同的框架，但格式略有不同。在UART通信模式下，完整的命令数据包必须在超时定时器（约250 ms）内送达；在USB模式下，数据包通常在单个64字节的USB缓冲区中传输。

四、命令集

4.1 命令概述

AR1100提供了一系列命令，用于配置和调整设备的操作参数。为避免触摸报告干扰命令执行，建议在执行其他命令之前先执行TOUCH_DISABLE命令，最后执行TOUCH_ENABLE命令恢复正常操作。

4.2 主要命令

• TOUCH_ENABLE：启用触摸报告。
• TOUCH_DISABLE：禁用触摸报告。
• CALIBRATE：启动校准程序，根据不同的参数可选择25点或4点校准。
• REG_READ：读取一个或多个操作寄存器。
• REG_WRITE：写入一个或多个操作寄存器。
• EE_READ：从EEPROM读取一个或多个字节。
• EE_WRITE：向EEPROM写入一个或多个字节。
• EE_READ_PARAMS：从EEPROM读取整个操作参数集到RAM。
• EE_WRITE_PARAMS：将整个操作参数集从RAM写入EEPROM。
• USB_MODE_GENERIC：将默认USB模式设置为HID - GENERIC。
• USB_MODE_MOUSE：将默认USB模式设置为HID - MOUSE。
• USB_MODE_DIGITIZER：将默认USB模式设置为HID - DIGITIZER。

五、配置寄存器

5.1 寄存器概述

AR1100的配置寄存器包含多个参数，用于调整设备的各种性能。这些参数可通过命令进行修改，以满足不同应用的需求。

5.2 主要寄存器功能

• TouchThreshold：设置触摸检测阈值，值越大，检测触摸的条件越宽松。
• SensitivityFilter：设置触摸“稳定性”标准，值越大，对触摸越敏感，但可能稳定性较差。
• SamplingFast和SamplingSlow：分别设置触摸快速和慢速移动时的测量样本平均水平，值越低，报告速度越快，但可能更容易受到噪声影响。
• AccuracyFilterFast和AccuracyFilterSlow：分别设置触摸快速和慢速移动时的测量精度增强水平，值越低，触摸位置分辨率越高，但噪声可能也会增加。
• SpeedThreshold：设置触摸运动被视为“慢速”或“快速”的阈值。
• DitherFilter：设置阈值，防止在静止触摸时报告的触摸位置发生变化。
• SleepDelay：设置无触摸或主机通信时进入低功耗睡眠模式的时间间隔（仅UART通信模式）。
• PenUpDelay：设置笔抬起事件的延迟时间，以实现去抖功能。
• TouchMode：定义控制器对笔按下、移动和抬起三种触摸事件的响应动作。
• TouchOptions：包含多个操作选项的位标志，如触摸启用、校准反馈详细模式、动态上升时间算法启用等。

六、操作模式

6.1 配置操作

AR1100出厂时使用默认设置即可正常工作，但某些应用可能需要修改参数。可通过命令进行配置，推荐的操作步骤如下：

1. 执行TOUCH_DISABLE命令，禁用触摸报告。
2. 根据需要执行REG_WRITE命令，修改选定参数寄存器的值。
3. 可选执行EE_WRITE_PARAMS命令，将新的寄存器值存档为默认值。
4. 执行TOUCH_ENABLE命令，重新启用触摸报告。

6.2 校准操作

校准可使AR1100发出的触摸报告能够校正传感器方向，并将报告的触摸位置精确映射到显示设备的物理尺寸。校准过程需要操作员依次触摸主机在显示设备上呈现的一系列目标，AR1100将每个校准触摸点的原始触摸数据存档到EEPROM中，在正常操作中使用这些数据将“原始”数据处理为“校准”数据。

6.3 睡眠模式

AR1100支持低功耗睡眠模式，以节省能源。在UART通信模式下，经过指定时间间隔（SleepDelay参数）无触摸或通信时，设备将进入睡眠模式，可通过触摸或主机通信唤醒；在USB通信模式下，主机发送USB SUSPEND控制传输可激活睡眠模式，若主机允许设备唤醒主机，触摸可唤醒主机，否则需主机发送RESUME条件唤醒设备。

6.4 传感器类型配置

通过MODE输入引脚和配置参数TouchOptions的组合，可配置AR1100连接的传感器类型（4W、5W或8W）。对于5W传感器，MODE输入引脚必须接地；对于4W或8W传感器，MODE输入引脚应断开。此外，配置寄存器TouchOptions的第1位可进一步选择4W和8W。

6.5 LED指示

LED用于指示控制器状态。慢速闪烁表示控制器通电且无触摸检测；快速闪烁表示检测到触摸；熄灭表示控制器无电源或处于睡眠状态。

6.6 USB模式更改

低级别操作（配置、校准、引导加载）仅在UART和HID - GENERIC通信模式下支持。如果AR1100在HID - MOUSE或HID - DIGITIZER模式下运行，需将其配置为HID - GENERIC模式进行低级别操作，然后再重新配置回所需的默认设备类型。

七、引导加载

7.1 引导加载过程

由于Flash程序存储器无法同时容纳引导加载部分和应用部分，AR1100采用3次编程的方式进行编程，每次编程时USB设备都需要重新枚举。

7.2 命令集

引导加载操作使用与触摸应用相同的数据格式和协议，主要命令包括VERSION、RESET、INIT、WRITE、READ、FLUSH和WRITE_MODE等。

八、EEPROM映射

EEPROM分为用户区域、参数区域和校准数据区域。用户区域可由用户自定义使用；参数区域存储设备的各种配置参数；校准数据区域存储校准相关的数据。

九、电气规格

AR1100的电气规格规定了其工作的电压、温度、电流等范围。例如，工作电压为3.3 - 5.0V ± 5%，待机电流在UART模式下小于10 μA，USB模式下小于325 μA，工作电流在无触摸时小于17 mA，触摸时小于25 mA。同时，文档还给出了绝对最大额定值，如环境温度范围、存储温度范围、引脚电压范围等，使用时需确保设备在规定范围内工作，以避免损坏。

十、封装信息

10.1 封装类型

AR1100提供三种封装类型：20引脚QFN（5 x 5 mm）、20引脚SOIC和20引脚SSOP。不同封装适用于不同的应用场景和设计需求。

10.2 封装标记和订购信息

封装标记包含客户特定信息、年份代码、周代码和追溯代码等。订购时可根据温度范围、封装类型和包装形式选择合适的产品编号。

10.3 封装详细信息

文档详细给出了每种封装的技术细节，包括尺寸、引脚间距、高度等参数。在进行PCB设计时，需要参考这些参数确保正确的封装布局。

Microchip的AR1100电阻式USB和RS - 232触摸屏控制器以其丰富的功能和良好的性能，为触摸屏应用提供了可靠的解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体需求合理配置设备参数，充分发挥其优势，以实现最佳的触摸体验。大家在使用AR1100过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。