MSP430FR2633是一款低功耗微控制器，帶有多個GPIO和電容觸摸引腳。本篇文章創(chuàng)建了一個四按鈕和帶有LED和觸覺反饋的四環(huán)滑動電容式觸摸電路。

在本文中，我們將介紹電路的功能、連接方式和硬件。我還將分享制作定制電路板的復(fù)雜性，這對于那些使用DipTrace的人或任何想要更好地理解Gerber文件生成方式的人都有幫助。

讓我們開始吧。

關(guān)于電路

該設(shè)計圍繞三個集成電路構(gòu)建：德州儀器MSP430FR2633IDA是中央微控制器；Silicon Labs CP2102N提供USB到串行接口；德州儀器DRV2605L提供觸覺反饋。

上面顯示的是控制接口的兩個版本。右側(cè)的設(shè)計用于說明焊盤設(shè)計和布局，但由于對控制IC的潛在ESD損壞，不會用于最終設(shè)計

微控制器

TI的MSP430FR2633是一款超低功耗電容式觸摸傳感微控制器。除了典型的微控制器功能，如多個定時器、ADC、串行接口等，該芯片還支持多達16個電容式觸摸引腳，可配置為用戶界面制作自定義按鈕和滑條。

電容式觸摸按鈕的優(yōu)點是沒有可能發(fā)生故障的移動部件，并且它們可以密封以便在惡劣環(huán)境中使用。

MSP430FR2633具有專用的多功能GPIO和電容式觸摸引腳

在此設(shè)計中，GPIO和電容式觸摸引腳連接到母頭，用于板外連接。四個三針接頭與分流器一起使用，可選擇性地啟用和禁用I2C和板載LED；LED僅用于初始編程和測試，因為它們將被埋在第二個電路板下面，在最終組件中帶有控制接口。 SCL和SDA斷開允許在原型設(shè)計期間選擇性地測試和啟用觸覺反饋電路。

編程MCU

板外連接器提供對GPIO和電容式觸摸引腳的訪問

可以使用連接到TagConnect或標準14引腳JTAG連接器的JTAG編程器來完成MCU的編程。

JTAG編程通過14針連接器或10針TagConnect進行

TagConnect的優(yōu)點是可以為任何電路板添加零成本。不幸的是，它要求用戶為他們的JTAG編程器提供40美元的適配器，這就是為什么我也包含了一個標準接口。

電源輸入、穩(wěn)壓器和ESD保護

USB插孔連接器可用于為電路供電。 在USB D+、D-和Vbus線路上提供了ESD保護。

原理圖顯示了電源輸入和ESD保護

該電路中使用的USB至串行芯片具有內(nèi)置100 mA穩(wěn)壓器，用于為電路的其余部分提供電源。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊的建議，使用兩組0.1μF和4.7μF電容（一對用于VDD，一對用于VREGIN）。

數(shù)據(jù)手冊建議使用兩組4.7 uF和0.1 uF電容

觸覺反饋和LED指示燈

DRV2605是I2C控制的電機驅(qū)動器，預(yù)編程有100種不同的振動效果。

與傳統(tǒng)開關(guān)不同，電容式觸摸按鈕和滑塊不向用戶提供物理反饋。缺乏反饋可能導(dǎo)致混亂甚至危險的情況。包括該驅(qū)動器和偏心電機允許用戶知道他們的輸入已被檢測到。

除了觸覺反饋之外，電路中還包括幾個LED，以提供視覺反饋。 D3和D4通過分流頭J203和J205連接到GPIO引腳；D5表示電路板已通電; D6和D7用于指示MCU與USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器之間的串行數(shù)據(jù)傳輸。

正如我之前提到的，所有這些LED都用于測試，并將隱藏在控制面板下方的最終設(shè)計中?？刂泼姘迳系奈鍌€可見LED包含在電容式觸摸按鈕的中央。

多個LED用于在初始測試期間提供反饋

USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器

Silicon Labs的CP2102N是其低成本、多用途USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器的最新版本。它在計算機的USB端口和與主機程序通信的MCU之間提供橋接。該版本的電路板不支持通過USB編程MSP430。

原理圖顯示了USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器IC

配置觸摸面板

德州儀器（TI）提供CapTIvate設(shè)計中心，允許用戶配置其設(shè)計，包括目標微控制器和電容式觸摸按鈕和滑塊。此設(shè)計使用四個按鈕和一個自定義的四焊盤滑塊。

我用弧形基元創(chuàng)建了滑塊鋸齒環(huán)，并以假定的最小手指接觸直徑4mm為基礎(chǔ)。每個圓的半徑增加4毫米，鋸齒圓的最小間距為4毫米。每個焊盤與相鄰焊盤具有75％的圓形重疊。

此圖顯示了用于創(chuàng)建圓形滑塊環(huán)的尺寸。鋸齒形段的半徑增加4mm并終止于由上述等式定義的扇區(qū)。

創(chuàng)建按鈕焊盤以提供具有切除的大表面以遠離圓環(huán)滑動。

所有焊盤和圓形滑塊將隱藏在控制面板電路板的阻焊層下方。這對于連接到焊盤的IC引腳提供ESD保護是必要的。

OSH Park的渲染圖顯示了電容式觸摸按鈕和圓形滑環(huán)的銅層。

關(guān)于制作電路板的一句話 - 關(guān)于Gerber文件的一課

從各種制造廠訂購這款頂級控制板我遇到了很多麻煩。

問題 - 由OshPark的Dan Sheadel解釋和解決 - 如下：

Gerbers采用簡單的“孔徑”繪制。 [類似]油漆刷，[它們]用于定義生產(chǎn)過程中受影響的零件的基本形狀。大多數(shù)時候，Gerbers使用一對“原始”光圈，通常是圓形，矩形、橢圓形和簡單的正多邊形。但是，他們也有一種方法來定義'宏'，它是一個自定義的基元集合。這允許您定義自定義填充形狀，它是較小基元的集合，然后像任何其他光圈一樣使用它。絕大多數(shù)工具都沒有問題。您可以添加到宏的基元之一是“多邊形”，您可以在其中定義輪廓，并填充其中的任何內(nèi)容。

DipTrace遇到麻煩的地方是它的多邊形非常復(fù)雜，即使對于基本形狀也是如此。這是因為它將弧線繪制為簡單的直線，因此弧形近似必須具有數(shù)百條細線才能正確定義形狀。

一個很好的例子是圓角矩形。大多數(shù)工具將其定義為圍繞周邊的四個圓形線和一個小矩形以填充內(nèi)部的任何間隙。然而，Diptrace將其定義為200 +點多邊形，精心細化每個角周圍的線近似。

可悲的是，GerbV并沒有很好地處理這個問題。 GerbV對其多邊形宏命令有100個點的限制，因為每個命令都是靜態(tài)分配[在舊的C源代碼中]，而不是在宏命令本身中使用分配規(guī)范。這令人沮喪，因為Gerber規(guī)范要求多邊形宏最多可達5000個點。

解決方案是將多邊形定義從宏中取出并使其成為普通Gerber繪圖的一部分。 GerbV在那里沒有問題。

感謝Dan在這里提供他的專業(yè)知識。

按鈕軟件配置

設(shè)計完成后，可通過CapTIvate設(shè)計中心配置按鈕和圓形滑塊。按鈕配置為四個自電容通道（4 Rx），并且滾輪滑塊配置為四個自電容通道（4 Rx）。

TI Captivate Design Center的屏幕截圖顯示了該項目的初始配置。

使用“Configure Connections”將按鈕和滾輪分配給正確的通道。

總結(jié)

本文討論了圍繞MSP430FR2633構(gòu)建的電容式觸摸感應(yīng)控制板的設(shè)計和制造。一個特別麻煩的制造難度與許多制造廠家正在使用不符合當前Gerber規(guī)格的免費軟件有關(guān)。

未來的文章將介紹電路板布局考慮因素以及最終電路的測試以及使其工作所需的編程。