内容介绍

项目和设计思路介绍

非常开心能够参与并顺利完成Funpack 4-2的活动，本次项目的方向是SAME51J20A Curiosity Nano 评估套件 + 自制的触摸扩展板，实现通过触摸按键调节呼吸灯亮度，通过触摸滑条来调节呼吸灯“闪烁速度”。

项目的整体开发方向是

先熟悉Microchip官方关于触摸控制模块PTC的使用手册
设计原理图和PCB，自制触摸扩展板卡
结合MPLAB IDE中的MCC图形化外设配置功能自动生成代码，完成触摸初始代码
结合MPLAB X IDE内置的CapSense Tuner调试模块，验证触摸功能包括触摸按键与触摸滑条的准确度和灵敏度等
最后再扩展LED的呼吸灯效果：使用GPIO模拟PWM波。这种方式简单易处理。

硬件系统框图

软件流程图

硬件介绍（控制器及使用外设）

主控制器SAME51J20A介绍

SAME51J20A Curiosity Nano 评估套件（EV76S68A）是用于评估 SAME51J20A 微控制器（MCU）的硬件平台，该板由 MPLAB 集成工具开发环境和 MPLAB Harmony 提供支持。该评估套件可轻松访问 SAME51J20A 的功能，以将器件集成到定制设计中。Curiosity Nano 系列评估套件包括一个板载 Nano 调试器，因此无需外部工具即可对 SAME51J20A 器件进行编程。

pin out.png

针对本次使用的SAME51J20A 芯片，据数据手册了解到一个“SERCOM”的概念。这个是“SERIAL COMMUNICATION INTERFACE”的简写。不同于之前接触过的芯片，这个“SERCOM”竟然可以配置成I2C或者SPI或者USART还有LIN总线等不同的用法。

所有的带有x/y标记的引脚都具有触摸功能，非常方便进行触摸功能的开发。

触摸外设PTC

电容触摸技术有“互容”与“自容”两种感应技术，本项目使用硬件稍简单的“自容”技术，其基本原理如下：

电容式触摸是通过感知人体的电荷来检测触摸的技术。当手指接触到触摸面板时，手指会引入电容，引起电容变化，触摸控制IC感知这些变化，做出响应。

当在触摸面板上布置电极，这些电极会与外部环境产生电容。当手指或其他物体接近或触摸电极时，电容值会发生变化。

上述的“触摸控制IC”，Microchip已经将这个模块作为一个外设集成到了SAME51J20A单片机中，即PTC外设。SAME51的“自容”控制器PTC的框图如下：

自制电容触摸扩展板介绍

扩展板的设计参考了硬禾学堂开源的“基于SAMD21G17D MCU的综合开发平台 https://www.eetree.cn/platform/2586”。

此外，还参考了Microchip公司的AN2934: Capacitive-Touch-Sensor-Design-Guide-DS00002934-B https://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/Capacitive-Touch-Sensor-Design-Guide-DS00002934-B.pdf

一个触摸按键：PA21。和由三个相邻的触摸按键组成的“触摸滑条”，从左往右依次连接到：PB0, PB1, PB2。

MCC配置PTC触摸模块介绍

依次点击下图中的1，2，3，4，安装触摸解决方案包括QTouch库：

在左侧的Device Resources里面，找到Touch，然后添加到Project Resources中：

触摸外设的配置需要依次点击1，2：

分别添加一个触摸按键，3个按键组成的滑条：

分配触摸引脚：

在“Tune”中可设置是否需要开启“触摸调试”：

触摸调试可以使用ATMEL（现在属于Microchip）的Data Visualizer，也可以使用MPLAB IDE + “MPLAB Touch”插件。本项目使用后者。

Microchip的触摸算法驱动库是“QTouch”库，相关的触摸按键状态值如下：

实物验证触摸状态值：

触摸实物测试：

上述测试基本表面，自行设计的触摸扩展板的触摸功能能够被识别出来。为最终实现呼吸灯亮度和速度控制打好了基础。

软件代码介绍

主函数的实现非常简单：

int main(void) {
    /* Initialize all modules */
    SYS_Initialize(NULL);
    SERCOM5_USART_Enable();

    SYSTICK_TimerCallbackSet(SysTick_CallBackMy, (int) 0);
    SYSTICK_TimerStart();

    LED0_PA14_Toggle();
    SYSTICK_DelayMs(200);
    LED0_PA14_Toggle();
    SYSTICK_DelayMs(200);
    LED0_PA14_Toggle();
    SYSTICK_DelayMs(200);

    while (true) {
        /* Maintain state machines of all polled MPLAB Harmony modules. */
        SYS_Tasks();
        BreathLED(currentIndex);
    }//end of while

    /* Execution should not come here during normal operation */

    return ( EXIT_FAILURE);
}//end of main.

呼吸灯的核心代码：

void BreathLED(uint32_t X) {
    int i, j;

    if (TuneLED > 0) {
        //printf("\r\nThis line not reach");
        for (i = 0; (i < TuneLED)&&(TuneLED > 0); i += (TuneLED / 10)) {
            for (j = 0; j <= X; j++) {
                LED0_PA14_Clear();
                SimpleDelay_us(i); /* Wait i microseconds            */

                LED0_PA14_Set();
                //SimpleDelay_us(TuneLED - i); /* Wait i microseconds            */
                SimpleDelay_us(120 - i); /* Wait i microseconds            */
            }
        }

        for (i = TuneLED; (i > 0)&&(TuneLED > 0); i -= (TuneLED / 10)) {
            for (j = 0; j <= X; j++) {
                LED0_PA14_Clear();
                SimpleDelay_us(i); /* Wait i microseconds            */

                LED0_PA14_Set();
                SimpleDelay_us(120 - i); /* Wait i microseconds*/
            }
        }

    } else {

        LED0_PA14_Set();
        //printf("\r\n*****This line reached, PA14 Set");
    }

}

触摸按键控制参数“TuneLED”来实现亮度调节；触摸滑条控制参数X来实现呼吸间隔调节。

void SysTick_CallBackMy(uintptr_t context) {
    touch_process();
    if (measurement_done_touch == 1u) {
        measurement_done_touch = 0u;
        // process touch data
        static uint8_t key_status = 0u;
        static uint8_t key_status_prev = 0;
        static uint8_t scroller_status = 0u;
        //uint16_t scroller_position = 0u;

        key_status_prev = key_status;
        key_status = get_sensor_state(0) & KEY_TOUCHED_MASK;
        scroller_status = get_scroller_state(0);

        //printf("\r\n sensor state: %x", get_sensor_state(0));

        //if (0u != key_status) {
        if ((key_status_prev != key_status)&&(!key_status)) {
            roungButtonCnt++;
            //if (roungButtonCnt >> 2) {

            ButtonOnOffChanged = 1;
            roungButtonCntModified++;

            TuneLED += 20;
            if (TuneLED > 120)
                TuneLED = 0;

            sprintf(tempStr, "\r\nTouch Button, Number:%u, TuneLED = %u", roungButtonCntModified, TuneLED);
            SERCOM5_USART_Write(tempStr, sizeof (tempStr));
            //}
            //Touch detect
        } else if (SLIDER_CONTACTED_MASK == (scroller_status & SLIDER_CONTACTED_MASK)) {
            currentIndex = get_scroller_position(0) << 2;
            printf("\r\n Current Scroller Position: %lu", currentIndex);
            SliderChanged = 1;
        }
    }
}

硬件实现功能展示

系统实物正面：

按键控制呼吸灯亮度：

滑条控制呼吸灯速度：

总结

通过本次Funpack活动，首次接触“电容触摸”作为一种输入，代替了传统的机械按键，旋转编码器等，直接在PCB板上设计并实现了电容触摸按键与滑动条。结合Microchip提供的QTouch库与图形化配置工具，非常方便的实现了通过触摸按键调节呼吸灯亮度，通过触摸滑条来调节呼吸灯“闪烁速度”。

本期活动获益良多，感谢硬禾与Digikey提供的平台，感谢zds老师和诸位网友提供的协助！