探索PDA TM4301B 4.3英寸PCAP触摸模块：硬件设计与应用解析

一、引言

随着电子设备对交互性要求的不断提高，触摸模块在各类产品中的应用越来越广泛。PDA TM4301B 4.3英寸PCAP触摸模块以其出色的性能和丰富的功能，成为了电子工程师在设计开发中值得关注的选择。本文将详细介绍该触摸模块的特点、硬件连接、软件支持以及相关技术细节，帮助工程师更好地了解和应用这一模块。

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二、模块特点概述

2.1 完整的触摸屏幕模块

PDA TM4301B是一个完整的触摸屏幕模块，包含4.3英寸LCD、投影电容式多点触摸控制器、4个电容式“导航”按键以及200字节的非易失性串行EEPROM。这种集成化的设计为开发者提供了便利，减少了开发的复杂度。

2.2 触摸功能

采用Microchip maXTouch™ mXT336T触摸控制器，支持多达10点触摸，能够满足大多数应用场景对多点触摸的需求。

2.3 显示功能

具有480x272的分辨率，使用Himax HX8257 - A驱动IC，响应时间为30ms，配备白色LED背光源，提供清晰、快速的显示效果。

2.4 导航按键

使用Microchip AT42QT1070 QTouch™按钮传感器IC，方便用户进行导航操作。

2.5 盖板

盖板采用2mm的钠钙玻璃，提供了一定的防护性能。

三、硬件连接

3.1 PCB连接

TM4301B由两个PCB组成：模块PCB（10 - 01111 - A0）和传感器PCB（10 - 01093 - B0）。不同的连接器在两个PCB上有不同的位置和用途，在进行连接时需要注意区分。

3.2 主机接口J1

J1实现了Microchip的“XPRO LCD”连接器，可连接到主机，提供主机与MaXTouch触摸控制器、QTouch按钮控制器、LCD面板和串行EEPROM之间的接口。建议使用Wurth Electronics #687 650 100 002的柔性电缆，插入时触点应朝下。

3.3 触摸接口连接器J2

J2连接到传感器PCB，携带主机与MaXTouch触摸控制器之间的信号。插入柔性电缆时触点也应朝下。

3.4 模块接口连接器S - J1

S - J1位于传感器PCB上，连接到模块PCB，携带MaXTouch触摸控制器与主机之间的信号。插入柔性电缆时触点应朝上。

3.5 导航按钮连接器J3 & J4

可选择连接到导航按钮PCB，携带主机与QTouch控制器之间的信号，用于检测导航按钮的输入。模块PCB设计允许移除导航按钮并进行“远程”使用，通过切割PCB并使用柔性电缆连接J3和J4。

3.6 显示柔性连接器J5

J5连接到LCD面板柔性电缆，携带主机与LCD面板之间的信号。插入柔性电缆时触点应朝上，注意模块PCB上的引脚1与LCM柔性电缆上的引脚40对齐。

3.7 触摸传感器柔性连接器S - J2

S - J2连接到触摸传感器柔性电缆，携带maXTouch控制器用于检测触摸传感器输入的信号。

四、模块子系统概述

4.1 LCD面板

模块通过连接器J1为主机提供与LCD面板接口（连接器J5）的直接连接。模块除了为LED背光源生成电源电压并向主机提供背光源控制外，不进行显示面板控制。

4.2 maXTouch电容式触摸屏控制器

基于Microchip maXTouch mXT336T触摸控制器，通过连接器S - J2的触摸传感器工作。当有新的触摸数据可用时，触摸控制器会通过连接器J1上的低电平中断信号（~MXT_CHG）向主机发出信号。与maXTouch控制器的数据通信通过共享的I2C接口（J1上的I2C SCL和I2C SDA）进行，其I2C地址为0x4A。需要注意的是，TM4301B在传感器PCB的R8处有maXTouch ~CHG_mxt中断信号的上拉电阻，而I2C SCL和I2C SDA信号没有外部上拉，主机必须为这些信号提供上拉。

4.3 QTouch电容式按钮控制器

模块的“导航键”接口基于Microchip QT1070 7通道电容式传感器驱动器。按钮控制器扫描4个电容式导航键（K1、K2、K3和K4），当发生触摸事件时，会通过连接器J1上的低电平中断信号（~QT_CHG）向主机发出信号。与QT1070控制器的数据通信通过共享的I2C接口（J1上的I2C SCL和I2C SDA）进行，其I2C地址为0x1B且不可更改。同样，TM4301B在R8处有QTouch ~CHG中断信号的上拉电阻，I2C SCL和I2C SDA信号需要主机提供上拉。

4.4 串行EEPROM

模块包含一个DS24B33串行EEPROM，提供512字节的非易失性存储。与EEPROM的数据通信通过一线接口进行，该EEPROM不被触摸模块的其他子系统使用，主机系统可以自由使用它。但需要注意的是，如果选择覆盖预编程的EEPROM内容，某些Microchip ARM - based EK运行的Linux或Android操作系统可能会无法识别该模块，建议在覆盖之前备份EEPROM内容。

五、开始使用

5.1 硬件连接

5.1.1 Microchip XPRO套件

主机接口连接器J1与许多Xplained或Xplained Ultra套件上的“XPRO LCD”接口匹配，可直接连接。

5.1.2 Microchip PIC32MZ套件

该触摸模块可以通过“MEB Adapter”（P/N 10 - 01120 - A0）与Microchip PIC32MZ多媒体扩展板（MEB）II连接。触摸模块PCB上的J1通过柔性电缆连接到MEB Adapter上的J2，MEB Adapter上的板对板连接器（J2）连接到MEB II PCB上的显示连接器J4。

5.2 软件支持

5.2.1 MPLab Harmony框架

Microchip的MPLab IDE和MPLAB Harmony集成软件框架可用于为Microchip的硅片进行开发，提供了PIC32系列微控制器的可重用模块。

5.2.2 Linux内核 / Android

Linux内核自2.6.36版本以来就包含了对maXTouch触摸设备的基本支持，Microchip的AT91社区网站提供了用于在其EK上开发Android和Linux的资源，同时Microchip还维护了一个最新的驱动程序。

5.2.3 高级软件框架

Advanced Software Framework包含了与maXTouch系列触摸控制器设备进行接口的代码示例，基本通信协议可应用于该模块。

5.2.4 Microchip软件包

许多Microchip的Xplained套件都有相应的“软件包”，包含可使用MPLAB、Atmel START或Atmel Studio等工具链构建的示例项目，其中一些软件包直接支持或为PDA TMxxxx模块编写了示例。

5.3 使用触摸模块

5.3.1 导航按键

在使用标准Android演示版本时，导航按键的功能如下：	Key	Navigation Function
K1	Back
K2	Menu
K3	Home
K4	Power / Sleep

5.3.2 评估触摸模块

根据主机操作系统的不同，可以使用不同的应用程序和工具来评估模块，特别是触摸传感器和LCD面板。在Android系统中，可以使用TouchTest by Moonblink、Dotty by Gerry Steele、Multitouch Visible Test by Battery Powered Games、Screen Test by Amberfog等应用；在Linux系统中，可以使用tslib中的ts_test实用程序进行简单的触摸/绘图测试。

六、规格参数

6.1 机械规格

可联系PDA获取图纸和CAD模型，传感器组件（P/N: 90 - 00089 - A0）可单独购买，但有最小订单量要求。

6.2 绝对最大规格

Parameter	Value
Operating temp	0 o C to + 70 o C
Storage temp	-40 o C to + 85 o C
Vdd	-0.5 to +6V
Max continuous pin current, any control or drive pin	±40 mA
Voltage forced onto any pin	-0.5V to (Vdd + 0.5) Volts

6.3 推荐操作条件

Parameter	Value
Vin	5.0V ±5 percent
Supply ripple + noise	±20 mV

6.4 DC规格

Parameter	Description	Min	Typ	Max	Units	Notes
V IL	Low input logic level	- 0.5	–	0.3 Vdd	V	1.8V
V HL	High input logic level	0.7 Vdd	–	Vdd + 0.5	V	1.8V
V OL	Low output voltage	–	–	0.2Vdd	V
V OH	High output voltage	0.8Vdd	–	–	V
I IL	Input leakage current	–	–	1	µA

6.5 I2C兼容总线规格

Parameter	Operation
Touchscreen Controller Address	0x4A
Navigation Key Controller Address	0x1B
Maximum bus speed (SCL)	400 kHz
I2C Specification Version	2.1

6.6 LCM规格

仅适用于LCD面板（PDA P/N: 91 - 00055 - A0），包括LCM参数、绝对最大规格、DC规格、光学特性和时序等方面的详细参数。

6.7 功耗

Vdd (V)	Mode	Idd (mA)
+3.3Vdc	maXTouch controller in Free Run, LCD backlight on maximum intensity	200 max

6.8 部件编号

Part Number	Description
90 - 00123 - A0	TM4301B: 4.3in PCAP Touch Module
90 - 00123 - B1	TM4301B: 4.3in PCAP Touch Module w/ MEB II Adapter

七、I2C基础知识

7.1 接口总线

设备通过I2C兼容总线与主机通信，遵循I2C规范2.1版本。所有I2C兼容设备的总线驱动器必须是开漏类型，总线通过上拉电阻连接到Vdd，实现了线“与”功能，允许任何设备一次驱动总线。

7.2 数据位传输

总线上传输的每个数据位都伴随着时钟线上的一个脉冲，时钟线为高电平时，数据线的电平必须稳定，START和STOP条件除外。

7.3 START和STOP条件

主机通过发出START条件启动数据传输，发出STOP条件终止数据传输。START和STOP条件通过在SCL线为高电平时改变SDA线的电平来表示。

7.4 地址字节格式

所有地址字节为9位长，包括7位地址位、1位READ/WRITE控制位和1位确认位。当设备被寻址时，会在第九个SCL（ACK）周期将SDA拉低进行确认。

7.5 数据字节格式

所有数据字节为9位长，包括8位数据位和1位确认位。在数据传输过程中，主机生成时钟和START、STOP条件，从设备负责确认接收。

7.6 地址和数据字节组合成传输

一次传输包括START条件、SLA + R或SLA + W、一个或多个数据字节和STOP条件。SCL线的线“与”用于实现主机与设备之间的握手，设备在需要额外处理时间时会将SCL线拉低。

八、总结

PDA TM4301B 4.3英寸PCAP触摸模块是一款功能强大、性能出色的触摸模块，为电子工程师提供了丰富的功能和灵活的应用方案。通过本文的介绍，相信工程师们对该模块的硬件连接、软件支持、规格参数以及I2C通信等方面有了更深入的了解。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求选择合适的硬件和软件方案，充分发挥该模块的优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。