Fyzika a matematika

Modul Capacitive Sensing (CPS) umožňuje interakciu s koncovým užívateľom bez mechanického rozhrania. V typickej aplikácii je CPS pripevnený k podložke na doske plošného spoja (PCB), ktorá je elektricky izolovaná od koncového užívateľa. Keď koncový užívateľ umiestni prst na podložku PCB, pridá sa kapacitné zaťaženie, čo spôsobí posun frekvencie v module CPS. Modul CPS vyžaduje softvér a aspoň jeden zdroj časovača na určenie zmeny frekvencie. Medzi kľúčové vlastnosti tohto modulu patria: • Analógový MUX pre monitorovanie viacerých vstupov • Kapacitný snímací oscilátor • Viacnásobné výkonové režimy • Vysoký výkonový rozsah s premenlivými referenciami napätia • Viacnásobné zdroje časovača • Ovládanie softvéru • Prevádzka počas režimu spánku 27.1 Analog MUX CPS môže monitorovať až štyri vstupy. Podrobnosti nájdete v časti Register 27-2. Vstupy kapacitného snímania sú definované ako CPS <7: 0>, ako je to vhodné pre zariadenie. Ak chcete zistiť, či došlo k zmene frekvencie, musí používateľ: • Vyberte príslušný pin CPS nastavením príslušných bitov CPSCH registra CPSCON1. • Nastavte príslušný bit ANSEL. • Nastavte príslušný bit TRIS. • Spustite softvérový algoritmus. Výber pinov CPSx počas zapnutého modulu spôsobí, že kapacitný snímací oscilátor bude na kolíku CPSx. Nedodržanie zodpovedajúcich bitov ANSEL a TRIS môže spôsobiť zastavenie kapacitného snímacieho oscilátora, čo vedie k chybným hodnotám frekvencie. 27.2 Oscilátor s kapacitným snímaním Kondenzačný snímací oscilátor sa skladá zo zdroja konštantného prúdu a konštantného prúdu, ktorý vytvára trojuholníkový priebeh. Bit CPSOUT registra CPSCON0 zobrazuje stav kapacitného snímacieho oscilátora, či už ide o klesajúci alebo zdrojový prúd. Oscilátor je navrhnutý tak, aby poháňal kapacitné zaťaženie (jedna PCB doska) a zároveň bol zdrojom času buď Timer0 alebo Timer1. Oscilátor má tri rôzne nastavenia prúdu podľa definície CPSRNG <1: 0> registra CPSCON0. Rôzne nastavenia prúdu pre oscilátor slúžia na dva účely: • Maximalizovať počet impulzov v časovači na pevnú časovú základňu. • Počas zmeny frekvencie maximalizujte diferenciálny rozdiel v časovači. 27.3 Referencie napätia Kapacitný snímací oscilátor používa referencie napätia na poskytnutie dvoch prahových hodnôt napätia pre osciláciu. Horný prah napätia sa označuje ako Ref + a spodný prah napätia sa označuje ako Ref. Užívateľ si môže zvoliť použitie pevných napäťových referencií, ktoré sú interné s kapacitným snímacím oscilátorom, alebo s premenlivými referenciami napätia, ktoré sú dodávané s modulom FVR (Fixed Voltage Reference) a modulom Digital-to-Analog Converter (DAC). Keď sa použijú pevné referencie napätia, napätie VSS určuje dolnú prahovú úroveň (Ref-) a napätie VDD určuje hornú prahovú úroveň (Ref +). Keď sa použijú referenčné hodnoty napätia, DAC napätie určuje dolnú prahovú úroveň (Ref-) a napätie FVR určuje hornú prahovú úroveň (Ref +). Výhodou použitia týchto referenčných zdrojov je, že frekvencia oscilácií zostáva konštantná so zmenami VDD. Použitím týchto premenných napäťových referencií je možné získať rôzne frekvencie oscilácií. Čím viac je horná referenčná úroveň napätia znížená a čím vyššia je nižšia referenčná úroveň napätia, tým vyššia je frekvencia kapacitného snímania oscilátora. Výber medzi referenciami napätia je riadený bitom CPSRM registra CPSCON0. Nastavením tohto bitu sa volia referenčné hodnoty premenného napätia a vymazaním tohto bitu sa vyberú pevné referencie napätia. Ďalšie informácie o konfigurácii premenných úrovní napätia nájdete v časti 14.0 „Referencia pevného napätia (FVR)“ a Časť 17.0 „Modul digitálneho analógového konvertora (DAC)“. Výkonové režimy Kapacitný snímací oscilátor môže pracovať v jednom zo siedmich rôznych režimov napájania. Výkonové režimy sú rozdelené do dvoch rozsahov; nízky rozsah a vysoký rozsah. Keď je zvolený nízky rozsah oscilátora, používajú sa pevné interné napäťové referencie kapacitného snímacieho oscilátora. Keď je zvolený vysoký rozsah oscilátora, používajú sa premenlivé hodnoty napätia dodávané modulmi FVR a DAC. Výber medzi referenciami napätia je riadený bitom CPSRM registra CPSCON0. Ďalšie informácie nájdete v časti 27.3 „Referencie napätia“. V každom rozsahu existujú tri odlišné režimy napájania; nízke, stredné a vysoké. Spotreba prúdu závisí od zvoleného rozsahu a režimu. Výber režimov napájania v rámci každého rozsahu sa vykonáva konfiguráciou bitov CPSRNG <1: 0> v registri CPSCON0. Správny výber režimu napájania nájdete v tabuľke 27-1. Zostávajúci režim je režim detekcie hluku, ktorý sa nachádza vo vysokom rozsahu. Režim detekcie hluku je jedinečný v tom, že zakazuje potápanie a získavanie prúdu na analógovom kolíku, ale ponecháva zvyšok obvodov oscilátora aktívny. To znižuje oscilačnú frekvenciu na analógovom kolíku na nulu a tiež výrazne znižuje prúd spotrebovaný modulom oscilátora. Keď sa na kolík zavádza šum, oscilátor sa spúšťa na frekvencii určenej šumom. To produkuje detegovateľný signál na výstupe komparátora, čo indikuje prítomnosť aktivity na kolíku. Obrázok 27-2 zobrazuje podrobnejší výkres zdrojov prúdu a komparátorov spojených s oscilátorom. 27.5 Zdroje časovača Na meranie zmeny frekvencie kapacitného snímacieho oscilátora je potrebná pevná časová základňa. Po dobu pevnej časovej základne sa kapacitný snímací oscilátor používa na časovanie buď Timer0 alebo Timer1. Frekvencia kapacitného snímacieho oscilátora sa rovná počtu impulzov v časovači, vydelenému periódou pevnej časovej základne. 27.6 Pevná časová základňa Na meranie frekvencie kapacitného snímacieho oscilátora je potrebná pevná časová základňa. Na vytvorenie pevnej časovej základne sa môže použiť akýkoľvek zdroj časovača alebo softvérová slučka. Je na koncovom používateľovi, aby určil spôsob, v ktorom sa generuje pevná časová základňa. Poznámka: Pevná časová základňa nemôže byť generovaná zdrojom časovača, ktorý je kapacitne snímaný oscilátor. 27.6.1 TIMER0 Výber časovača Timer0 ako zdroja časovača pre CPS: • Nastavte bit T0XCS registra CPSCON0. • Vymažte bit TMR0CS registra OPTION. Keď je ako zdroj časovača zvolený Timer0, kapacitný snímací oscilátor bude zdrojom času pre Timer0. Ďalšie informácie nájdete v časti 20.0 „Modul Timer0“. 27.6.2 TIMER1 Ak chcete vybrať Timer1 ako zdroj časovača pre modul CPS, nastavte TMR1CS <1: 0> registra T1CON na „11“. Keď je ako zdroj časovača zvolený Timer1, kapacitný snímací oscilátor bude zdrojom času pre Timer1. Pretože modul Timer1 má ovládanie brány, je možné zjednodušiť vývoj časovej základne pre meranie frekvencie pomocou príznaku Timer0 overflow. Odporúča sa, aby sa príznak pretečenia Timer0, v spojení s režimom prepínania brány Timer1, použil na vytvorenie pevnej časovej základne požadovanej softvérovou časťou modulu CPS. Ďalšie informácie nájdete v časti 21.12 „Register riadenia brány Timer1“. 27.7 Ovládanie softvéru Softvérová časť modulu CPS je potrebná na určenie zmeny frekvencie kapacitného snímacieho oscilátora. To sa dosiahne nasledujúcim spôsobom: • Nastavenie pevnej časovej základne na získanie časov na časovači Timer0 alebo Timer1. • Stanovenie menovitej frekvencie pre kapacitný snímací oscilátor. • Vytvorenie redukovanej frekvencie pre kapacitný snímací oscilátor v dôsledku dodatočnej kapacitnej záťaže. • Nastavte prah frekvencie. 27.7.1 NOMINÁLNA FREKVENCIA (NO CAPACITIVE LOAD) Na určenie menovitej frekvencie kapacitného snímacieho oscilátora: • Odstráňte akékoľvek extra kapacitné zaťaženie na zvolenom kolíku CPSx. • Na začiatku pevnej časovej základne vymažte zdroj časovača. • Na konci pevnej časovej základne uložte hodnotu do zdroja časovača. Hodnota zdroja časovača je počet oscilácií kapacitného snímacieho oscilátora pre danú časovú základňu. Frekvencia kapacitného snímacieho oscilátora sa rovná počtu impulzov v časovači, vydelenému periódou pevnej časovej základne. 27.7.2 ZNÍŽENÁ FREKVENCIA (DODATOČNÁ KAPACITNÁ LOAD) Nadmerná kapacitná záťaž spôsobí zníženie frekvencie kapacitného snímacieho oscilátora. Na určenie zníženej frekvencie kapacitného snímacieho oscilátora: • Pridajte na zvolený pin CPSx typické kapacitné zaťaženie. • Použite rovnakú pevnú časovú základňu ako meranie nominálnej frekvencie. • Na začiatku pevnej časovej základne vymažte zdroj časovača. • Na konci pevnej časovej základne uložte hodnotu do zdroja časovača. Hodnota zdroja časovača je počet oscilácií kapacitného snímacieho oscilátora s dodatočnou kapacitnou záťažou. Frekvencia kapacitného snímacieho oscilátora sa rovná počtu impulzov v časovači, vydelenému periódou pevnej časovej základne. Táto frekvencia by mala byť nižšia ako hodnota získaná počas merania nominálnej frekvencie. 27.7.3 FREKVENČNÁ TEPLOTA Frekvenčný prah by mal byť umiestnený uprostred medzi hodnotou menovitej frekvencie a zníženou frekvenciou kapacitného snímacieho oscilátora. Podrobnejšie informácie o softvéri potrebnom pre modul CPS nájdete v Aplikačnej poznámke AN1103, „Manipulácia so softvérom pre kapacitné snímanie“ (DS01103). Poznámka: Viac informácií o všeobecnom kapacitnom snímaní nájdete v Poznámky k aplikácii: • AN1101, „Úvod do kapacitného snímania“ (DS01101) • AN1102, „Usmernenia pre rozloženie a fyzický návrh pre kapacitné snímanie“ (DS01102) 27.8 Prevádzka počas spánku Kapacitný snímací oscilátor bude pokračovať, pokiaľ je modul zapnutý, nezávisle od toho, ktorá časť je v režime spánku. Aby softvér mohol určiť, či došlo k zmene frekvencie, musí byť časť prebudená. Táto časť však nemusí byť bdelá, keď sa časovač získava. Poznámka: Časovač0 nepracuje, keď je v režime spánku, a preto ho nemožno použiť na meranie kapacitného snímania v režime spánku.