Microchip AR1100电阻式USB和RS - 232触摸屏控制器：功能与应用解析

在当今的电子设备中，触摸屏的应用越来越广泛，从工业控制到消费电子，触摸屏为用户提供了更加直观和便捷的交互方式。Microchip的AR1100电阻式USB和RS - 232触摸屏控制器就是一款在触摸屏领域表现出色的产品，下面我们将详细介绍它的特点、应用以及使用方法。

文件下载：AR1100T-I SO.pdf

一、产品概述

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。它能够自动在USB和RS - 232通信协议之间进行选择，并且支持来自各种触摸屏制造商的4线、5线或8线模拟电阻式触摸屏。该控制器可以动态适应各种触摸屏的电气特性，如灵敏度、接触电阻和电容，从而以最少的设计时间提供最佳性能。

特殊特性

• 环保合规：符合RoHS标准，满足环保要求。
• 节能模式：具备节能睡眠模式，有效降低功耗。
• 宽温度范围：支持工业温度范围，适用于各种恶劣环境。
• 漂移补偿：内置漂移补偿算法，提高触摸屏的稳定性。
• 用户EEPROM：拥有96字节的用户EEPROM，方便存储用户数据。

电源要求

• 工作电压：3.3 - 5.0V ± 5%。
• 待机电流：UART模式下小于10μA，USB模式下小于325μA。
• 工作电流：无触摸时小于17mA，触摸时小于25mA（实际结果会因传感器略有不同）。

触摸模式

支持关闭、流模式、按下和抬起等触摸模式，满足不同应用场景的需求。

触摸传感器支持

• 类型：支持4线、5线和8线模拟电阻式触摸屏。
• 电阻范围：引线间电阻为50 - 2000欧姆。
• 电容范围：层间电容为0 - 0.5μF。

触摸分辨率和报告率

• 分辨率：最大10位分辨率。
• 报告率：典型值为每秒150次报告，实际报告率会根据传感器的电气特性动态自动最大化。

通信方式

• 自动检测/选择：能够自动检测并选择UART或USB通信模式。
• UART：支持9600波特率的异步串行通信。
• USB：符合USB V2.0标准，支持全速传输，可枚举为HID - GENERIC、HID - MOUSE、HID - DIGITIZER三种设备类型。

封装类型

提供20引脚QFN（5 x 5 mm）、20引脚SOIC和20引脚SSOP三种封装类型，方便不同的设计需求。

二、产品应用

AR1100适用于各种需要快速、准确和可靠触摸集成的应用，包括但不限于以下领域：

• 移动通信设备：如智能手机、平板电脑等，提供流畅的触摸操作体验。
• 个人数字助理（PDA）：方便用户进行信息输入和操作。
• 全球定位系统（GPS）：在导航设备中实现触摸控制，提高操作便捷性。
• 触摸屏显示器：用于工业控制、自助服务亭、POS终端等大型显示器。
• 媒体播放器：实现触摸操作，增强用户交互。
• 便携式仪器：在医疗设备、测量仪器等领域提供触摸控制功能。

三、硬件实现

引脚分配

AR1100的引脚分配明确，不同引脚具有不同的功能，如电源、振荡器、传感器连接、UART通信、USB数据传输等。具体的引脚功能可以参考数据手册中的详细表格。

原理图

提供了简化的原理图，同时详细的原理图和物料清单（BOM）可以在文档中找到。在设计时，未使用的传感器引脚应接地，以确保电路的稳定性。

传感器连接

AR1100与不同类型传感器的连接方式在文档中有图形化的描述，方便工程师进行连接和调试。

ESD和噪声考虑

在参考原理图中给出了建议的ESD保护措施，同时要注意选择合适的ESD保护二极管，以避免对触摸性能产生影响。此外，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。

四、通信方式

物理层

AR1100支持UART和USB两种通信方式，并能自动检测和选择激活的模式。USB模式可以枚举为三种设备类型，默认的USB设备类型可以通过配置命令进行更改，并保存在非易失性存储器中。

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种类型。

• 触摸报告：根据不同的通信模式（UART、HID - GENERIC、HID - MOUSE、HID - DIGITIZER），触摸报告的格式有所不同。触摸报告的测量分辨率为10位，经过处理后以12位格式报告，全量程范围为0到4095。
• 命令数据包：用于除触摸报告之外的所有通信，如配置、控制等。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。

五、命令集

AR1100提供了一系列命令，用于配置和控制其操作。在正常操作中，为了避免触摸报告干扰命令，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。常见的命令包括：

• TOUCH_ENABLE：启用触摸报告。
• TOUCH_DISABLE：禁用触摸报告。
• CALIBRATE：执行校准程序。
• REG_READ：读取寄存器。
• REG_WRITE：写入寄存器。
• EE_READ：读取EEPROM中的数据。
• EE_WRITE：写入EEPROM中的数据。
• EE_READ_PARAMS：从EEPROM读取参数集到RAM。
• EE_WRITE_PARAMS：将参数集从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。

六、配置寄存器

AR1100的配置寄存器包含了多个参数，用于调整触摸性能和操作模式。例如，TouchThreshold寄存器用于设置触摸检测的阈值，SensitivityFilter寄存器用于设置触摸稳定性的标准，SamplingFast和SamplingSlow寄存器用于设置触摸测量的采样平均水平等。通过合理配置这些寄存器，可以优化AR1100的性能。

七、操作模式

配置

AR1100出厂时使用默认设置即可正常工作，但对于一些特殊应用，可能需要使用命令更改默认设置。推荐的配置步骤如下：

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. 可选地执行EE_WRITE_PARAMS命令，将新的寄存器值保存为默认值。
4. 执行TOUCH_ENABLE命令，重新启用触摸报告。

校准

校准可以使AR1100发出的触摸报告能够校正传感器的方向，并精确地将报告的触摸位置映射到底层显示设备的物理尺寸上。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，然后在正常操作中使用这些数据将“原始”数据处理为“校准”数据。

睡眠模式

AR1100支持低功耗睡眠模式，以节省设备不使用时的功耗。在UART通信模式下，经过指定的时间间隔（由SleepDelay寄存器设置）且没有触摸或通信时，设备将进入睡眠模式。在USB通信模式下，睡眠模式由主机的USB SUSPEND控制传输激活。

传感器类型配置

通过MODE输入引脚和配置参数TouchOptions的组合，可以配置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输入引脚应断开连接。此外，TouchOptions寄存器中的位1用于进一步选择4W和8W传感器。

LED指示

LED用于指示控制器的状态，快速闪烁表示检测到触摸，慢速闪烁表示未检测到触摸，熄灭表示控制器无电源或处于睡眠状态。

USB模式更改

低级别操作（配置、校准、引导加载）仅在UART和HID - GENERIC两种通信模式下支持。如果AR1100在HID - MOUSE或HID - DIGITIZER模式下运行，需要将其配置为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。

八、引导加载

AR1100的引导加载过程允许主机对其进行重新编程。由于闪存程序内存无法同时容纳引导加载部分和应用部分，因此AR1100需要分3次进行编程，每次编程时USB设备都需要重新枚举。引导加载操作仅在UART和HID - GENERIC通信模式下支持。

九、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，参数区域存储了各种配置参数，校准数据区域存储了校准相关的数据。

十、电气规格和封装信息

电气规格

文档给出了AR1100的绝对最大额定值，包括环境温度、存储温度、电压、功率、电流等参数。在使用时，应确保设备在规定的参数范围内工作，以避免损坏设备。

封装信息

AR1100提供了20引脚SSOP、20引脚SOIC和20引脚QFN三种封装类型，文档详细介绍了每种封装的尺寸、引脚间距等技术细节，并提供了订购信息。

十一、总结

Microchip的AR1100电阻式USB和RS - 232触摸屏控制器是一款功能强大、性能稳定的触摸屏控制解决方案。它具有丰富的特性、灵活的通信方式和简单的配置方法，适用于各种触摸屏应用场景。通过合理使用其命令集和配置寄存器，可以优化触摸性能，满足不同用户的需求。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用场景和需求，选择合适的封装类型和配置参数，确保设备的正常运行。

你在使用AR1100的过程中遇到过哪些问题？你认为它在哪些方面还有改进的空间呢？欢迎在评论区留言讨论。