深入解析Microchip AR1100电阻式USB和RS - 232触摸屏控制器

在当今的电子设备中，触摸屏的应用越来越广泛。Microchip的AR1100电阻式USB和RS - 232触摸屏控制器为各类触摸屏设备提供了一个功能丰富且易于集成的解决方案。下面，我们就来详细了解一下这款控制器。

文件下载：AR1100-I SS.pdf

一、AR1100概述

1.1 特点与优势

AR1100是一款功能丰富、完全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：具备节能睡眠模式，可有效降低功耗。
• 宽工作温度范围：工业级温度范围，能适应各种恶劣环境。
• 漂移补偿算法：内置漂移补偿算法，保证触摸屏的稳定性和准确性。
• 用户EEPROM：拥有96字节的用户EEPROM，方便存储用户数据。

1.2 应用领域

AR1100适用于多种需要快速、准确和可靠触摸集成的应用，如移动通讯设备、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采用20引脚封装，不同引脚具有不同的功能。例如，1、18引脚为电源引脚，2、19引脚为振荡器引脚等。具体的引脚分配可参考文档中的表格，在进行硬件设计时，需要根据实际需求正确连接这些引脚。

2.2 原理图设计

文档提供了简化的原理图，同时详细的原理图和物料清单（BOM）可在特定的图示中找到。在设计过程中，要注意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线模拟电阻式触摸屏。不同类型的传感器连接方式在文档的图3 - 2中有详细描述，设计时需根据实际使用的传感器类型进行正确连接。

2.4 ESD和噪声考虑

ESD保护对于触摸屏控制器的稳定运行至关重要。建议在所有有源传感器线路上使用ESD保护二极管，如PESD5V0S1BA，其电容值较低，为35pF，可有效保护设备且尽量减少对触摸性能的影响。同时，参考设计原理图中包含了触摸传感器滤波电容，但要注意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两种通信方式，并能自动检测和选择。USB模式下可枚举为HID - GENERIC、HID - MOUSE和HID - DIGITIZER三种设备类型。默认的USB设备类型可通过配置命令进行更改，并保存在非易失性存储器中，出厂默认值为HID - MOUSE。

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：根据不同的通信模式，触摸报告的格式有所不同。例如，在UART和HID - GENERIC模式下，为5字节的标准格式；在HID - MOUSE和HID - DIGITIZER模式下，也有各自特定的格式。触摸报告的测量分辨率为10位，最终以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，如配置和控制。命令数据包和响应数据包具有相似的框架，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约250ms的超时时间内发送，否则部分数据包将被丢弃；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

AR1100提供了一系列命令，用于配置和控制其操作。常见的命令包括：

• TOUCH_ENABLE：启用触摸报告。
• TOUCH_DISABLE：禁用触摸报告，以避免触摸报告干扰其他命令的执行。
• CALIBRATE：启动控制器的校准程序，可根据需要选择25点或4点校准。
• REG_READ和REG_WRITE：分别用于读取和写入操作寄存器。
• EE_READ和EE_WRITE：用于读取和写入EEPROM中的数据。
• EE_READ_PARAMS和EE_WRITE_PARAMS：用于从EEPROM读取和写入操作参数集。
• USB_MODE_GENERIC、USB_MODE_MOUSE和USB_MODE_DIGITIZER：用于设置默认的USB设备类型。

五、配置寄存器

AR1100有多个配置寄存器，用于设置各种操作参数。例如：

• TouchThreshold：设置触摸检测的阈值，值越大，检测触摸的条件越宽松。
• SensitivityFilter：设置触摸“稳定性”的标准，值越大，对触摸越敏感，但可能稳定性较差。
• SamplingFast和SamplingSlow：分别设置快速和慢速触摸移动时的采样平均水平，可根据实际需求调整以平衡报告速度和抗噪声能力。

六、操作模式

6.1 配置

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更改这些设置。可通过命令集进行配置，推荐的操作步骤为：先禁用触摸报告，然后根据需要修改参数寄存器的值，可选择将新的寄存器值存档为默认值，最后重新启用触摸报告。

6.2 校准

校准可使AR1100发出准确的触摸报告，将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，经过指定的无触摸或通信时间间隔后，设备将进入睡眠模式；在USB通信模式下，由主机的USB SUSPEND控制传输激活睡眠模式。设备可通过触摸或主机的通信唤醒。

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所连接的传感器类型（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输入引脚应开路。

6.5 LED指示

LED用于指示控制器的状态。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，LED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，需要将其配置为HID - GENERIC模式进行低级别操作，完成后再重新配置回所需的默认设备类型。

七、引导加载

引导加载过程允许主机对AR1100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程序部分，AR1100采用3次编程的方式进行。每次编程时，USB设备都需要重新枚举。引导加载操作也有相应的命令集，如VERSION、RESET、INIT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，参数区域存储各种操作参数，校准数据区域存储校准相关的数据。

九、电气规格和封装信息

9.1 电气规格

AR1100的绝对最大额定值包括环境温度、存储温度、电压、功耗、电流等参数。在使用过程中，必须确保设备在这些额定值范围内工作，以避免损坏设备。

9.2 封装信息

AR1100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，不同封装有不同的尺寸和引脚布局。文档中详细给出了各种封装的尺寸、引脚间距等技术细节，设计时可根据实际需求选择合适的封装。

Microchip的AR1100电阻式USB和RS - 232触摸屏控制器为触摸屏设备的设计提供了一个全面且灵活的解决方案。电子工程师在设计过程中，需要深入理解其各项特性和功能，结合实际应用需求，合理进行硬件设计、通信配置和参数设置，以实现最佳的触摸性能。你在使用AR1100的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。