LDC2114评估模块：电感式触摸应用的理想之选

在电子设计领域，电感式触摸技术凭借其独特的优势，在众多应用场景中崭露头角。德州仪器（Texas Instruments）的LDC2114评估模块（EVM），为开发者提供了一个便捷且强大的平台，用于探索和应用电感式触摸技术。本文将深入介绍LDC2114 EVM的各个方面，帮助工程师更好地理解和使用该模块。

文件下载：LDC2114EVM.pdf

一、模块概述

LDC2114 EVM主要用于展示电感式传感技术，它能够感知和测量导电目标物体的存在或位置，还能检测电感式触摸按钮的按压。该模块由MSP430微控制器控制，并与主机计算机进行接口通信。需要注意的是，LDC2112是LDC2114的两通道版本，但LDC2112没有专门的EVM，评估其技术和性能时可使用四通道的LDC2114 EVM。

二、传感器兼容性

LDC2114 EVM本身不包含示例传感器，但可以通过ZIF连接器或焊接导线到PCB上的引脚，轻松连接各种传感器。它与LDCCOILEVM兼容，该传感器模块可在TI在线商店购买，包含19种不同的传感器设计。连接时，可使用非屏蔽双绞线将LDCCOILEVM的传感器连接到LDC2114 EVM的J6接口。同时，为避免电缆移动影响输出读数或产生误触发，建议使用胶带或螺丝将传感器组件固定在静态物体上。

三、主要模块元素

1. 电源指示LED

该LED用于显示PCB是否通过USB电缆供电。

2. MSP430 GPIO头

这是一个多功能GPIO头，方便连接第二个I2C接口、JTAG、UART和三个额外的GPIO。同时，它还包含5V、3.3V和GND导轨，可用于连接触觉驱动器或音频放大器等，但默认EVM固件未实现这些引脚的功能。

3. 传感器电容

这些是LDC2114的传感器电容，可根据需要更换为合适的值。

4. UTP电缆的替代连接

可通过这些头连接自定义传感器，非屏蔽双绞线是传感器的首选电线。

5. LDCTOUCHCOMCOILEVM的ZIF连接器

通过连接提供的扁平带状电缆，可轻松连接该PCB的传感器。

6. BSL跳线连接

如果固件升级失败，可在EVM上电时短接这两个引脚，将MSP430置于引导加载程序模式。

7. 微型USB连接器

使用微型USB电缆连接到PC。

8. 力触摸LED

这八个LED用于显示按钮按压的强度，默认固件会选择按钮按压最强的通道来指示强度。

9. MSP430 F5528

该微控制器用于配置LDC2114，促进数据流式传输到GUI，并显示按钮按压的强度。

10. 穿孔和探测头

这些焊盘可用于探测MSP430和LDC2114之间的任何信号，可安装标准的2x11引脚2.54mm头，方便访问。还可以沿着穿孔断开LDC，并将不同的微控制器连接到这些引脚。

11. 按钮按压LED

这些LED用于指示哪个按钮被按下，默认情况下MAXWIN功能未启用，因此可以同时按下多个按钮，多个LED可能会亮起。

12. LDC2114

LDC2114是用于消费和低功耗应用的电感式触摸电感数字转换器。

13. LDC探测焊盘

这些探测点使用SDA、SCL、OUT0、OUT1、OUT2和OUT3的电平转换（1.8V参考）信号。

四、传感解决方案EVM GUI

1. 系统要求

使用GUI进行设备配置和数据流式传输时，需要在主机计算机上安装GUI和EVM驱动程序，并将EVM连接到全速USB端口（USB 1.0或更高版本）。该GUI支持多种Windows操作系统，包括32位和64位版本。

2. 安装说明

安装过程相对简单，首先从EVM工具页面下载最新版本的Sensing Solutions EVM GUI（最低版本为1.9.1），然后解压下载的ZIP文件，运行包含的可执行文件。在安装过程中，需要接受用户账户控制提示和软件许可协议，并选择安装目录。最后，安装设备驱动程序并完成安装。

3. 启动GUI

启动GUI时，依次选择Windows开始菜单、所有程序、Texas Instruments、Sensing Solutions EVM GU，然后点击该程序。启动后会显示至少两秒的启动画面，之后打开主窗口。

4. 导航GUI

要导航到GUI的不同页面，只需点击左上角的菜单按钮，然后从左侧显示的菜单中选择所需的页面。

5. 连接EVM

将EVM通过USB连接到计算机后，GUI会在左下角显示连接状态。

6. 使用寄存器页面配置EVM

自动更新GUI寄存器值

通过Auto Read功能，可定期请求设备上的寄存器值。点击Auto Read旁边的下拉框，选择更新间隔。

手动更新设备寄存器值

有两种方法可以更改寄存器值：更新整个寄存器值或更改寄存器内的单个位。建议使用立即更新模式，而不是延迟更新。更新时，双击需要更改的寄存器的当前值，将其转换为可编辑的文本框，输入新的十六进制值并按Enter键。若要更改单个位的值，只需将鼠标悬停在所需的位上，双击该位即可切换其值，寄存器的当前值将自动更新。

不使用Auto Read读取寄存器值

选择要更新的寄存器，点击表格中寄存器行的任何列，然后点击“Read Register”按钮，即可更新所选寄存器的当前值和位值。

保存设备配置

点击Auto Read选择下拉框右侧的按钮，选择JSON文件的名称和保存目录，然后点击“Save”即可保存当前设备的寄存器设置。

加载以前保存的配置

点击Auto Read选择下拉框最右侧的按钮，选择包含所需设置的JSON文件，然后点击“Open”即可加载以前保存的寄存器设置。

7. 使用配置页面配置EVM

配置页面提供了一种更直观的方式来配置设备，可通过该页面更新设备配置并获取有关设备性能的额外信息。

通过配置窗格更改寄存器

只有在STATE_RESET = b1时才能更改设备配置，可在全局按钮设置的“Reset Mode”部分选择相应选项进入该模式。更改配置后，需将“Reset Mode”更改回“Active processing”。

选择操作模式和扫描速率

LDC2114的每个通道可配置为正常功率模式或低功率模式。全局按钮设置菜单包含正常功率模式扫描速率和低功率模式扫描速率的选择，可根据需要为每种操作模式选择所需的扫描速率。通过切换每个通道的“Channel Settings”表中的“Low Power”按钮，可将通道分配到正常功率模式或低功率模式。

中断极性

可在“Global Buttons Settings”部分的“Interrupt Polarity”选项中选择LDC中断引脚的极性。

基线跟踪增量

LDC采用基线跟踪算法，可自动补偿因环境变化（如温度漂移）导致的传感器输出的缓慢变化。该功能的增量可在“Base-tracking Increment”选项中配置，且正常功率模式和低功率模式的基线跟踪是独立配置的。

LC谐振频率分频器（预分频器）

LCDIV字段用于设置振荡频率分频器，应根据LDC2114数据手册中的“可编程按钮采样窗口”部分进行设置。

通道设置

在“Channel Settings”部分，每个通道可独立配置。每个通道都有自己的使能位和可配置极性的输出引脚，其余参数（频率、(R_{P})增益、计数器比例、传感器周期计数和快速跟踪因子）应根据连接的传感器的特性进行配置。

算法设置

LDC有四种额外的算法，可在“Algorithms Settings”部分启用。

• Max-Win算法：当同时按下多个按钮时，该算法可使系统选择按压力度最大的按钮，需为每个适用的通道单独启用。
• Anti-Common Mode算法：可消除用户在某些位置按下面板时可能导致的两个或多个按钮的共模变化而引起的误检测，需为每个适用的通道单独启用。
• Anti-Deform算法：可过滤因一个或多个按钮附近的金属变形而引起的变化，这种金属变形可能是由于按下相邻按钮而没有足够的机械隔离造成的，需为每个适用的通道单独启用。
• Anti-twist算法：可降低外壳扭曲时可能导致的按钮意外机械激活或两个相邻按钮的相反反应而引起的误检测的可能性，可通过将ANTITWST设置配置为大于0的值来启用。

计算器

计算器不写入任何寄存器，仅用于提供信息。它根据每个通道的配置寄存器设置计算采样窗口的时间。

状态

状态部分报告LDC2114的STATUS寄存器中的标志。

8. 流式传输测量数据

选择可见通道

通过勾选或取消勾选图形单位旁边显示的可用通道，可选择在图形中显示哪些通道的测量值。选择或不选择通道仅影响图形显示，不影响记录到文件的数据。如果某个通道在配置页面中未启用，则不会在数据流式传输页面上显示。

将数据记录到文件

点击“Click to Select Log File”旁边右上角的按钮，选择文件名和保存数据的目录，然后点击“Save”按钮。数据流式传输运行时，所有通道的数据将记录到该文件中。

开始和停止数据流式传输

点击“Start”按钮开始数据流式传输，点击“Stop”按钮停止数据流式传输。

数据统计

点击“Show Statistics”按钮查看测量统计信息，点击“Hide Statistics”按钮隐藏测量统计信息。

配置图形

点击“Show Graph Configuration”按钮配置图形，配置窗口将显示图形的实际帧率、数据添加到图形的速率、垂直缩放和样本缓冲区大小。可通过“New Data Sample Rate”选择新数据添加到图形的时间，通过“Vertical Scaling”手动设置图形y轴的最小值和最大值或使用自动缩放功能，通过“Sample Counts”指定图形上显示的样本数量和缓冲区中存储的样本总数。点击“Hide Graph Configuration”按钮可隐藏配置窗口。

导航数据流式传输缓冲区

Sensing Solutions EVM GUI存储了一个数据样本缓冲区，并显示其中的一部分样本。可使用图形下方的水平滑块导航数据缓冲区，点击绿色条左侧或右侧的滑块并将其拖动到更靠近或远离另一个滑块的位置，可显示更多样本。点击绿色条并向左或向右拖动鼠标，可显示缓冲区中的先前样本。

9. 更新EVM固件

要上传新的固件到EVM，从GUI菜单导航到“Firmware”页面，点击按钮选择TI-TXT固件文件，选择固件文件并点击“Open”，然后点击“Upload Firmware”按钮。上传过程中请勿断开EVM与PC的连接，上传时间不应超过一分钟。如果上传失败或持续时间超过一分钟，需拔下EVM并重新启动GUI。

五、原理图和布局

文档还提供了LDC2114 EVM REV A的原理图和布局信息，包括LDC和MSP430之间的桥接、LDC输入的PU/PD、电源、电平转换、USB连接器等部分的原理图，以及LDC2114的各层布局图。

六、物料清单

详细列出了LDC2114EVM REV A的物料清单，包括每个组件的设计编号、数量、值、描述、零件编号和制造商等信息。

七、使用限制和注意事项

1. 适用范围

EVM仅适用于产品或软件开发人员在研发环境中使用，用于评估TI半导体产品的可行性、进行实验或科学分析，不得直接或间接组装到任何成品中，也不适用于消费或家庭使用。

2. 有限保修

TI保证TI EVM在交付给用户后的90天内符合其公布的规格，但在某些情况下（如因用户疏忽、不当使用、设计问题或未按时付款等），TI不承担责任。用户需在交付后10个工作日内通知TI任何明显的缺陷，在发现隐藏缺陷后10个工作日内通知。TI的责任仅限于修理、更换不符合保修规定的EVM或为用户的账户提供信用。

3. 监管通知

不同国家和地区对EVM有不同的监管要求，如美国的FCC规定、加拿大的Industry Canada规定和日本的相关规定等。用户在使用EVM时需遵守这些规定。

4. 使用限制和警告

EVM不得用于功能安全和/或安全关键评估，用户在处理或使用EVM之前必须阅读并应用TI提供的用户指南和其他可用文档，包括任何警告或限制通知。用户需在TI推荐的规格和环境条件下操作EVM，确保接口设计安全，承担EVM使用的所有责任和义务。

5. 信息准确性和免责声明

TI尽力提供准确的EVM信息，但不保证其网站上的EVM描述、可用性或其他信息的准确性、完整性、可靠性、及时性或无错误。EVM和相关材料按“原样”提供，TI不承担其他明示或暗示的保证。

6. 用户赔偿义务和责任限制

用户需为TI及其许可方和代表辩护、赔偿并使其免受因处理或使用EVM而产生的任何索赔、损害、损失、费用、成本和责任。TI对特殊、附带、间接、惩罚性、偶然、后果性或示例性损害不承担责任，其总责任不超过用户在过去12个月内为特定EVM支付的总金额。

7. 返回政策

除非另有规定，TI不提供退款、退货或换货服务。如果用户认为被错误收费或交付违反适用订单，应联系TI。所有退款将在组件退回后的30个工作日内全额退还，不包括任何邮资或包装费用。

8. 适用法律

这些条款和条件受德克萨斯州法律管辖，任何争议的非专属管辖权位于德克萨斯州的法院。

综上所述，LDC2114评估模块为电感式触摸应用的开发提供了丰富的功能和便捷的工具。工程师在使用该模块时，需充分了解其特性和使用限制，以确保开发工作的顺利进行。你在使用LDC2114 EVM过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。