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Funpack4-1 基于CY8CKIT-149的小型桌面控制台
该项目使用了CY8CKIT-149，实现了桌面控制台的设计，它的主要功能为：可以控制Windows系统音量的加减、歌曲开始/暂停、上一首、下一首以及模拟多个键盘按键。
标签
Funpack活动
CY8CKIT-149
桌面控制台
obrulviser
更新2025-04-03
18

Funpack4-1

——板卡一 自命题：桌面控制台

一、项目介绍

本项目依托于Funpack4-1活动，使用嵌入式板卡-上位机驱动配合的模式，实现了一个桌面控制台。基于CY8CKIT-149板载的滑条和按键等，实现了滑动和按键触摸的识别。上位机驱动实现了滑动去抖，并将按键触摸等行为模拟为一系列按键操作，包括系统音量加减，音乐上一首、下一首，音乐的开始和暂停，纵向滚轮，Windows键，回车键和删除键。


项目内容：

1、识别按键和滑动

2、实现上位机与板卡通信

3、滑条数据处理

4、模拟系统按键


应用场景

本项目是一个多功能桌面控制台。其模拟的按键可以极大程度补充按键，如84键以下的键盘往往缺失较多的功能按键。可以简化按键操作，如实现复制、粘贴等操作。也可以使得操作更舒适，如用非线性滑条代替滚轮，可以同时做到低速精准和高速移动快。

二、总体架构

image.png

系统的总体结构为板卡识别滑条和按键的数据，通过串口连接至上位机。上位机驱动接收串口数据，对数据进行处理，转义为系统操作，并与系统交互。


三、受控端软件

受控端使用ModusToolBox开发，基于案例CAPSENSE_SmartSense_buttons_slider开发。

系统上电后首先进行初始化，包含最基本的bsp（板级支持包）内所含的初始化，中断使能，初始化capsense，以及初始化串口。

	result = cybsp_init();
	/* Board initialization failed. Stop program execution */
	if (result != CY_RSLT_SUCCESS)
	{
		CY_ASSERT(CY_ASSERT_FAILED);
	}
	/* Enable global interrupts */
	__enable_irq();
	/* Initialize EZI2C */
	initialize_capsense_tuner();
	/* Initialize CAPSENSE */
	initialize_capsense();
	Cy_SCB_UART_Init(CYBSP_UART_HW, &CYBSP_UART_config, &CYBSP_UART_context);
	Cy_SCB_UART_Enable(CYBSP_UART_HW);

然后，初始化PWM，这部分是呼吸灯。

	if (CY_TCPWM_SUCCESS != Cy_TCPWM_PWM_Init(CYBSP_PWM1_HW, CYBSP_PWM1_NUM, &CYBSP_PWM1_config))
	{
		CY_ASSERT(CY_ASSERT_FAILED);
	}
	if (CY_TCPWM_SUCCESS != Cy_TCPWM_PWM_Init(CYBSP_PWM2_HW, CYBSP_PWM2_NUM, &CYBSP_PWM2_config))
	{
		CY_ASSERT(CY_ASSERT_FAILED);
	}
	/* Enable the initialized PWM */
	Cy_TCPWM_PWM_Enable(CYBSP_PWM1_HW, CYBSP_PWM1_NUM);
	Cy_TCPWM_PWM_Enable(CYBSP_PWM2_HW, CYBSP_PWM2_NUM);
	/* Then start the PWM */
	Cy_TCPWM_TriggerStart(CYBSP_PWM1_HW, CYBSP_PWM1_MASK);
	Cy_TCPWM_TriggerStart(CYBSP_PWM2_HW, CYBSP_PWM2_MASK);
	smart_io_start();

最后，开始捕获触摸。至此，系统初始化部分完成，进入主循环。

			Cy_CapSense_ScanAllWidgets(&cy_capsense_context);

主循环中刨除为了控制数据量的延时，就只有触摸的识别和处理。

		Cy_SysLib_Delay(2);
		if(CY_CAPSENSE_NOT_BUSY == Cy_CapSense_IsBusy(&cy_capsense_context))
		{
			/* Process all widgets */
			Cy_CapSense_ProcessAllWidgets(&cy_capsense_context);
			capsense_led();
			/* Establishes synchronized communication with the CAPSENSE Tuner tool */
			Cy_CapSense_RunTuner(&cy_capsense_context);
			/* Start the next scan */
			Cy_CapSense_ScanAllWidgets(&cy_capsense_context);
		}

与上位机的交互以及按键和滑条对应LED的处理都在函数capsense_led(）中，代码如下。

static void capsense_led(void)
{

	/* LED ON/OFF based on the CAPSENSE linear slider position */
	if(0 != Cy_CapSense_IsWidgetActive(CY_CAPSENSE_LINEARSLIDER0_WDGT_ID, &cy_capsense_context))
	{
		/* CAPSENSE Slider info */
		cy_stc_capsense_touch_t *slider_touch_info;
		uint8_t slider_touch_status;
		uint16_t slider_pos = 0;
		char st[20];
		/* Get slider status */
		slider_touch_info = Cy_CapSense_GetTouchInfo(
				CY_CAPSENSE_LINEARSLIDER0_WDGT_ID, &cy_capsense_context);
		slider_touch_status = slider_touch_info->numPosition;
		if (slider_touch_status != 0)
		{
			slider_pos = slider_touch_info->ptrPosition->x;

			sprintf(st,"nsv%03d",slider_pos,STEP_SIZE);

			Cy_SCB_UART_PutString(CYBSP_UART_HW,st);

			Cy_SCB_UART_PutString(CYBSP_UART_HW, "\r\n");

			f_s=1;
		}

		if(slider_pos > 0 || slider_pos == 0)
		{
			Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD0_PORT, CYBSP_LED_SLD0_NUM, LED_ON);
		}
		if(slider_pos > (1*STEP_SIZE))
		{
			Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD1_PORT, CYBSP_LED_SLD1_NUM, LED_ON);
		}
		else
		{
			Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD1_PORT, CYBSP_LED_SLD1_NUM, LED_OFF);
		}
		if(slider_pos > (2*STEP_SIZE))
		{
			Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD2_PORT, CYBSP_LED_SLD2_NUM, LED_ON);
		}
		else
		{
			Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD2_PORT, CYBSP_LED_SLD2_NUM, LED_OFF);
		}
		if(slider_pos > (3*STEP_SIZE))
		{
			Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD3_PORT, CYBSP_LED_SLD3_NUM, LED_ON);
		}
		else
		{
			Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD3_PORT, CYBSP_LED_SLD3_NUM, LED_OFF);
		}
		if(slider_pos > (4*STEP_SIZE))
		{
			Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD4_PORT, CYBSP_LED_SLD4_NUM, LED_ON);
		}
		else
		{
			Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD4_PORT, CYBSP_LED_SLD4_NUM, LED_OFF);
		}
		if(slider_pos > (5*STEP_SIZE))
		{
			Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD5_PORT, CYBSP_LED_SLD5_NUM, LED_ON);
		}
		else
		{
			Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD5_PORT, CYBSP_LED_SLD5_NUM, LED_OFF);
		}
	}
	else
	{
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD0_PORT, CYBSP_LED_SLD0_NUM, LED_OFF);
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD1_PORT, CYBSP_LED_SLD1_NUM, LED_OFF);
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD2_PORT, CYBSP_LED_SLD2_NUM, LED_OFF);
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD3_PORT, CYBSP_LED_SLD3_NUM, LED_OFF);
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD4_PORT, CYBSP_LED_SLD4_NUM, LED_OFF);
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_SLD5_PORT, CYBSP_LED_SLD5_NUM, LED_OFF);
		if(f_s==1)
		{
			Cy_SCB_UART_PutString(CYBSP_UART_HW, "nse\r\n");
		}
	}

	/* LED ON/OFF based on the CAPSENSE buttons status */
	if(0 != Cy_CapSense_IsSensorActive(CY_CAPSENSE_BUTTON0_WDGT_ID, CY_CAPSENSE_BUTTON0_SNS0_ID, &cy_capsense_context))
	{
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_BTN0_PORT, CYBSP_LED_BTN0_NUM, LED_ON);
		Cy_SCB_UART_PutString(CYBSP_UART_HW, "np1b\r\n");
		f_b1=1;
	}
	else
	{
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_BTN0_PORT, CYBSP_LED_BTN0_NUM, LED_OFF);
		if(f_b1==1)
		{
//			f_b1=0;
			Cy_SCB_UART_PutString(CYBSP_UART_HW, "np1e\r\n");
		}
	}
	if(0 != Cy_CapSense_IsSensorActive(CY_CAPSENSE_BUTTON1_WDGT_ID, CY_CAPSENSE_BUTTON1_SNS0_ID, &cy_capsense_context))
	{
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_BTN1_PORT, CYBSP_LED_BTN1_NUM, LED_ON);
		Cy_SCB_UART_PutString(CYBSP_UART_HW, "np2b\r\n");
		f_b2=1;
	}
	else
	{
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_BTN1_PORT, CYBSP_LED_BTN1_NUM, LED_OFF);
		if(f_b2==1)
		{
//			f_b2=0;
			Cy_SCB_UART_PutString(CYBSP_UART_HW, "np2e\r\n");
		}
	}
	if(0 != Cy_CapSense_IsSensorActive(CY_CAPSENSE_BUTTON2_WDGT_ID, CY_CAPSENSE_BUTTON2_SNS0_ID, &cy_capsense_context))
	{
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_BTN2_PORT, CYBSP_LED_BTN2_NUM, LED_ON);
		Cy_SCB_UART_PutString(CYBSP_UART_HW, "np3b\r\n");
		f_b3=1;
	}
	else
	{
		Cy_GPIO_Write(CYBSP_LED_BTN2_PORT, CYBSP_LED_BTN2_NUM, LED_OFF);
		if(f_b3==1)
		{
//			f_b3=0;
			Cy_SCB_UART_PutString(CYBSP_UART_HW, "np3e\r\n");
		}
	}
}

这里主要是对按键和滑条状态的判断，然后是控制LED的通断，最后是将状态发送至上位机。


上位机驱动和板卡间的通信协议如下，以n为起始位，p代表按键，后面1、2、3代表按键标号，b代表按下，e代表抬起；s代表滑条，v表示处于触摸中，后接以0填充的3为整数，表示触摸的位置。按键和滑条均以\r\n作为结束。

四、上位机软件

上位机软件基于QT实现，由于需要系统级别操作，本程序程序需要引用系统API，但是作者仅有Windows电脑，因此本项目仅在装有WIndows的电脑上有良好效果。上位机的串口通信与数据处理和按键模拟分开处理。串口通信基于串口数据可读的槽函数，按键模拟基于定时器超时的槽函数。


串口数据可读的槽函数如下。首先读取全部数值，然后循环每一位处理，如果不是\n就将本位存入buffer，如果是，就处理buffer。本段代码中的通信协议解析此处不做赘述。需要注意的是，对于滑条数据，由于手指离开触摸区域的瞬间会有数据突变，因而，要做限幅。同样，为了去抖，加入线性IIR滤波器，后接死区截断。

QObject::connect(serialport,&QSerialPort::readyRead,this,[&](){

            QByteArray data = serialport->readAll();

            foreach(char b , data)
            {
                if (b != '\n')
                {
                    buffer.append(b);
                }
                else
                {
                    QString str(buffer);
                    buffer.clear();
                    if(str[0]=="n")
                    {
                        if(str[1]=="p")
                        {
                            if(str[2]=="1")
                            {
                                if(str[3]=="b")
                                {
                                    p1_s=1;
                                }
                                else if(str[3]=="e")
                                {
                                    if(p1_s==1)
                                    {
                                        p1_ss=1;
                                        p1_s=0;
                                    }
                                }
                            }
                            else if(str[2]=="2")
                            {
                                if(str[3]=="b")
                                {
                                    p2_s=1;
                                }
                                else if(str[3]=="e")
                                {
                                    if(p2_s==1)
                                    {
                                        p2_ss=1;
                                        p2_s=0;
                                    }
                                }

                            }
                            else if(str[2]=="3")
                            {
                                if(str[3]=="b")
                                {
                                    p3_s=1;
                                }
                                else if(str[3]=="e")
                                {
                                    if(p3_s==1)
                                    {
                                        p3_ss=1;
                                        p3_s=0;
                                    }
                                }

                            }
                        }
                        else if(str[1]=="s")
                        {

                            if(str[2]=="v")
                            {
                                l_v=(str[3].digitValue())*100+(str[4].digitValue())*10+(str[5].digitValue());
                                if(l_s>1)
                                {
                                    l_d=(l_v-l_vv)*0.8+l_d*0.2;
                                    if(abs(l_d)>5)
                                        l_d=0;
                                    if(abs(l_d)<0.5)
                                        l_d=0;
                                    qDebug()<<l_d<<"\n";
                                }
                                else if (l_s==0)
                                    l_s=1;
                                else if (l_s==1)
                                    l_s=2;
                                l_vv=l_v;
                            }
                            else if(str[3]=="e")
                            {
                                l_s=0;
                                l_v=0;
                                l_vv=0;
                                l_d=0;
                                l_b=0;
                            }

                        }
                    }
                }
            }
        });


定时器超时的槽函数如下，根据不同状态向系统输入不同的按键即可。

QObject::connect(tim1,&QTimer::timeout,this,[&](){
        if(p1_ss)
        {
            switch(state)
            {
            case 1:
                simulateKeyPressWin(VK_LWIN);
                break;
            case 0:
                simulateKeyPressWin(VK_MEDIA_PLAY_PAUSE);
                break;
       }
            p1_ss=0;

        }

        if(p2_ss)

        {

            switch(state)
            {

            case 1:
                simulateKeyPressWin(VK_RETURN);
                break;

            case 0:
                simulateKeyPressWin(VK_MEDIA_NEXT_TRACK);
                break;
            }
            p2_ss=0;

        }

        if(p3_ss)

        {

            switch(state)
            {
            case 1:
                simulateKeyPressWin(VK_DELETE);
                break;

            case 0:
                simulateKeyPressWin(VK_MEDIA_PREV_TRACK);
                break;
            }
            p3_ss=0;
        }
        if((l_s)&&(l_d!=0))
        {            
            switch(state)
            {
            case 0:
                if(l_d>0)
                {
                    simulateKeyPressWin(VK_VOLUME_DOWN);
                    if(high)
                        simulateKeyPressWin(VK_VOLUME_DOWN);
                }
                else if(l_d<0){
                    simulateKeyPressWin(VK_VOLUME_UP);
                    if(high)
                        simulateKeyPressWin(VK_VOLUME_UP);
                }
                break;
            case 1:
                sroll(l_d);

                break;
            }

            l_d=0;

        }

    });



五、最终效果

具体效果请参考视频，实物如图。


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六、展望

本项目实现了一个多功能的桌面控制台，其可以控制系统音量加减，音乐上一首、下一首，音乐的开始和暂停，并能模拟纵向滚轮，Windows键，回车键和删除键等输入。但是，由于滑条存在的段落式定位问题，会使纵向滚轮存在段式响应的问题，降低操作手感。可以通过精确校准，来降低这一问题。同时，上位机函待完善以支持自定义按键，而非更改源码。



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