HMI mit großen Bildschirmen
Touch-Sensorik mit nur einem IC
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Schnelles Scannen mit minimaler Beanspruchung des CPU-Kerns
In den neuen PSoC-Mikrocontrollern mit der 5. Generation der Capsense-Technik hat Infineon die CS-DMA-Technik (Chained-Scan Direct Memory-Access) eingeführt. Hierdurch wird das Scannen der Touch-Sensoren von der CPU auf den DMA-Controller verlagert. Moderne Mikrocontroller mit kapazitiver Touch-Sensorik nutzen die CPU zum Auslösen der Touch-Sensor-Abtastung, was in einer Anwendung mit bis zu 100 Touch-Sensoren zu ständigen CPU-Aktionen führt. Durch die Auslagerung an den DMA-Controller reduziert die neue Technik die CPU-Belastung drastisch von 40 Prozent der Prozessorkapazität auf nur noch 5 Prozent (Bild 2).
Anwendungen mit vielen Touch-Sensoren erfordern eine hohe Abtastgeschwindigkeit – das gesamte Array sollte außerdem in Intervallen von höchstens 16 ms abgetastet werden, um selbst bei fortschrittlichen Funktionen wie der Gestenerkennung zu verhindern, dass Anwender eine Latenz wahrnehmen. Bei Systemen, die für die Sensorabtastung auf die CPU angewiesen sind, besteht das Risiko, dass sich die Abtastung verzögert, weil die CPU in dem Moment eine andere zeitkritische Aufgabe durchführt. Doch die CS-DMA-Technik führt zu einer parallelen Abarbeitung und verhindert dieses Risiko.
Optimierte Stücklisten durch höhere Integration
Die 5. Generation der Capsense-Technik ermöglicht es Entwicklern von HMI-Systemen, die Anzahl der erforderlichen Mikrocontroller zu reduzieren. Sie können mehr Funktionen mit einem einzigen SoC realisieren. Um mehrere Elemente für die Berührungserkennung zu scannen, benötigt ein Mikrocontroller wie der PSoC 4100S Max (Bild 3) nur einen kleinen Teil seiner Prozessorleistung. Gleichzeitig wird eine sehr geringe Latenzzeit und sofortige Reaktion auf Berührungen des Anwenders beibehalten, sodass die verbleibende CPU-Rechenleistung für die Implementierung anderer Systemfunktionen genutzt werden kann.
Der PSoC-Mikrocontroller kann somit viele andere HMI-Funktionen ausführen, die zuvor in einem zusätzlichen Mikrocontroller implementiert werden mussten. Zu diesen Funktionen gehören die Displaysteuerung, die Ansteuerung von LEDs sowie die Steuerung von Ton- und Haptikeffekten. Auf diese Weise lassen sich die Anzahl der Komponenten, die Systemgröße und die Stücklistenkosten reduzieren. Gleichzeitig ist es mit nur einem PSoC 4100S Max möglich, eine hochentwickelte, multifunktionale HMI zu realisieren.
Jobangebote+ passend zum Thema
Verbesserte Funktionen in industriellen Touchscreens
Die hohe Empfindlichkeit und die hohe SNR von Capsense-Systemen der 5. Generation ermöglichen eine zuverlässige Erkennung von Berührungsereignissen unter Umständen, die andere Touch-Steuerungen überfordern: Aufgrund des hohen SNR und des niedrigen Grundrauschens können schwache Berührungssignale erkannt werden, auch wenn Anwender dicke Schutzhandschuhe tragen. Es können industrielle Touchscreens mit besonders dickem Deckglas ausgestattet werden, um starken Stößen oder Schlägen standzuhalten. Folglich lassen sich Capsense-Touchscreens besser gegen Vandalismus schützen. Die Capsense-Technik funktioniert auch bei Umständen, die andere kapazitive Sensorsysteme beeinträchtigen – etwa Eintauchen in Wasser und andere Flüssigkeiten.
Multi-Channel- und Multi-Chip-Scanning
Bei sehr großen Touchscreens kann die Messung eines kompletten Arrays mit Touch-Sensorknoten im Einkanalmodus so lange dauern, dass die Latenz für den Anwender spürbar wird. Um das zu verhindern, kann eine mehrkanalige Abtastung implementiert werden. Dabei werden zwei Sensorknoten in einer Reihe zeitgleich abgetastet, wodurch die Abtastzeit halbiert wird.
Die meisten Touch-Controller unterstützen die Zweikanalabtastung, benötigen jedoch eine komplexe Firmware, die in der CPU des Mikrocontrollers läuft, damit die beiden simultanen Kanäle mit einer Präzision im Nanosekundenbereich synchronisiert werden können. Bei den Capsense-Mikrocontrollern der 5. Generation wurde darum ein Mehrkanal-Konsensmechanismus integriert. Er ermöglicht die autonome Synchronisierung mehrerer Empfangskanäle, weshalb eine Synchronisationsfirmware, die auf der CPU des Mikrocontrollers läuft, nicht mehr notwendig ist. Der autonome Mehrkanal-Konsensmechanismus kann sowohl in Mehrkanal-Konfigurationen auf einem einzigen PSoC-Mikrocontroller als auch in einer Mehrkanal-/Mehrchip-Konfiguration eingesetzt werden, die das gleichzeitige Scannen von vier Empfangskanälen auf mehrere PSoC-Mikrocontrollern ermöglicht (Bild 4).
Durch den Wegfall komplexer Firmware und präziser Timing-Analysen sinken der Entwicklungsaufwand und die Entwicklungszeit. Verstärkt wird dieser Vorteil durch die CS-DMA-Technik, mit der der PSoC 4100S Max als komplettes HMI-System-on-Chip betrieben und die gesamte HMI-Anwendung auf der Basis eines einzigen IC realisiert werden kann.
- Touch-Sensorik mit nur einem IC
- Schnelles Scannen mit minimaler Beanspruchung des CPU-Kerns
- Breites Hardware- und Software-Angebot für Entwickler
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
Haptische HMIs mit magnetischen Sensoren
Zuverlässige Designs mit langer Lebensdauer
Optische Lösung erkennt Echtheit
Bosch-Plattform gegen Produktpiraterie
Cortex-M7 und mehrere Schnittstellen
Flexibler dank Smart Embedded Displays
