电子产品世界

　　1. 内容简介

　　在2015年，苹果新一代的MacBook和Apple Watch皆搭载压力触控感应技术，它被Apple称为Force Touch，用户每次按下触控板之后除了可以在萤幕看见视觉回馈，它同时能够分辨出用户点按的力度强弱来做出一系列的相关操控与应用。而本文将介绍以HY16F184内建高精密Sigma-delta 24 Bit ADC搭配Uneo Force Sensor来实现一个类似Force Touch应用电路。 在本文中的Force Touch应用电路上，主要的元件有：压力感测器(Force Sensor)、ADC和MCU控制晶片。 紘康HY16F184控制晶片内建高精密Sigma-delta 24 Bit ADC、可程式放大PGA和多段式稳压输出等功能，可以很大幅简化PCB周边线路，精准完成由类比到数位的讯号转换。

　　在一个完整Force Touch实际应用上，除了需要考量到X, Y轴座标与Z轴强度计算，同时也需要考量到电流消耗功率与扫瞄速度和校正的应用设计。而在本文内，只先探讨与介绍如何使用HY16F184内建高精密Sigma-delta 24 Bit ADC来扫描四个Force Sensor并透过I2C通讯来输出基本的ADC Raw Data。使用I2C转USB桥接器与电脑连接，由电脑端GUI做即时四个通道的ADC Raw Data资料变化量显示。

　　2. 原理说明

　　2.1. 量测原理

　　Uneo Force Sensor是以压阻效应(piezoresistive effects)为基础的压力感测器，所谓压阻效应是指当感测器内部感测元件受到外界压力作用于其上时，其电阻值会随之改变的现象。 使用者可以依照电阻值的变化量，使其输出电压随之改变，来推算出压力大小。在本文中，是使用Uneo Force Sensor来做单端输入(Single Input)的讯号量测，其量测方法与原理，可以参考下图1。R1为一个固定的参考电阻，Vr则为固定的参考电压，Rs即为Uneo Force Sensor电阻值变化量，当外界压力作用于其上时，Rs电阻值则会产生变化，V2则为Uneo Forec Sensor相对应的电压变化量。其公式为:V2=+Vr*R1/(Rs+R1)。Uneo Forece Sensor的特性为当元件受到外界压力越大时，其电导(Conductance)值会越大，换而言之即是电阻(Resistance)值会越小。所以由以上公式配合Uneo Force Sensor特性可以得知，当V2电压越大时候代表所感受到的Force压力也越大。

　　图1 Uneo Force Sensor量测原理

　　本文Force Tocuh的基本架构如下图2所示，包含四个压力感测器(Force Sensor)、ADC和MCU单晶片。当有重力施压在压力感测器上时, 压力感测器会将所得到的电压讯号变化量，透过类比数位转换(ADC)给单晶片(MCU)做后端的讯号处理计算，最后再透过I2C通讯输出资料。在本文中，使用到的压力感测器为Uneo Force Sensor，详细关于Uneo Force Sensor规格如下图3，MCU单晶片与ADC规格部份可以章节2.2介绍。

　图2 HY16F184 Force Touch基本架构应用图

　　图3 Uneo Force Sesnor基本规格与特性

　　2.2. 控制晶片

　　单片机简介：HY16F系列32位元高性能Flash单片机(HY16F184)

　　图4 紘康HY16F系列32位元高性能Flash单片机(HY16F184)

　　(1)採用最新Andes 32位元CPU核心N801处理器。

　　(2)电压操作范围2.4~3.6V，以及-40℃~85℃工作温度范围。

　　(3)支援外部16MHz石英震盪器或内部20MHz高精度RC震盪器，

　　拥有多种CPU工作时脉切换选择，可让使用者达到最佳省电规划。

　　(3.1)运行模式 350uA@2MHz/2(3.2)待机模式 10uA@32KHz/2(3.3)休眠模式 2.5uA

　　(4)程式记忆体64KBytes Flash ROM

　　(5)资料记忆体8KBytes SRAM。

　　(6)拥有BOR and WDT功能，可防止CPU死机。

　　(7)24-bit高精准度ΣΔADC类比数位转换器

　　(7.1)内置PGA (Programmable Gain Amplifier)最高可达128倍放大。

　　(7.2)内置温度感测器TPS。

　　(8)超低输入杂讯运算放大器OPAMP。

　　(9)16-bit Timer A

　　(10)16-bit Timer B模组具PWM波形产生功能

　　(11)16-bit Timer C 模组具数位Capture/Compare 功能

　　(12)硬体串列通讯SPI模组

　　(13)硬体串列通讯I2C模组

　　(14)硬体串列通讯UART模组

　　(15)硬体RTC时钟功能模组

　　(16)硬体Touch KEY功能模组

加入微信
更多内涵 你懂的！

搜索微信公众号：电子产品世界

或用微信扫描二维码：