Продолжаем наш амбициозный «Hello, World!» на отладочной плате Atmel SAMD21 Xplained, затеянный в первой части, в которой была описана работа с Wi-Fi модулем WINC1500.
Сегодня будет продемонстрирован пример обработки сенсорных кнопок и слайдера при помощи библиотеки Q-touch.
В третьей части цикла, как и было обещано, данные с этих сенсоров будут «запаковываться» в посылку ModBus TCP и передаваться по Wi-Fi в систему управления освещением в нашем офисе.
Для начала, разберемся что же это за Q-touch. Это атмеловская реализация технологии обработки сенсорных резистивных кнопок и слайдеров, сопровождаемая библиотекой для упрощения работы с ними. Причем во всех микроконтроллерах SAMD реализован аппаратный контроллер Q-touch (так называемый периферийный контроллер прикосновений (PTC)). Он позволяет как минимизировать число использованных выводов микроконтроллера, так и нагрузку на вычислительное ядро.
В качестве сенсоров будем использовать модуль расширения ATQT1-XPRO, который, как уже упоминалось в прошлой статье, может быть установлен на любую отладочную плату из серии Xplained Pro.
Технология Qtouch поддерживает следующие виды сенсоров: кнопки, слайдеры, роторы и определение приближения (proximity).
Технологии Qtouch и QMatrix
QTouch основана на измерении собственной емкости, а QMatrix на измерении совместной.
Измерение с использованием собственной емкости подразумевает заряд чувствительного электрода неизвестной емкости до известного потенциала. Результирующий заряд передается в измерительную цепь. С помощью циклов заряда-и-передачи можно измерить емкость чувствительной пластины.
Измерение с использованием совместной емкости осуществляется с помощью двух электродов. Один из электродов выступает в качестве эмиттера, который принимает заряд, который передается логическими импульсами в последовательном (burst) режиме. Второй электрод выступает как получатель, который связывается с эмиттером через диэлектрик, из которого сделана тач-панель. Когда палец касается панели, совместное поле уменьшается, и прикосновение определяется.
| Qtouch | QMatrix |
|---|---|
| Собственная емкость | Совместная емкость |
| Надежный и простой дизайн электродов | Хорошо определенная область детектирования нажатия |
| Идеальна для небольшого количества сенсоров | Идеально для большого количества сенсоров (больше 10) |
| Хорошее определение приближения, на большем расстоянии | Хорошо приспосабливающаяся к влажности и окружающей среде |
| Теоретически возможна любая форма электрода | Пассивное отслеживание – возможны более длинные пути |
| Легко настраивается чувствительность | Хорошо приспосабливающаяся к шуму и наводкам по земле |
В контроллерах серии SAMD20 и 21 технология QTouch/QMatrix встроена. Специальный блок, который за нее отвечает – это периферийный контроллер прикосновений (PTC). Схема работы всей системы показана на рисунке ниже.
Создаем проект
Для освоения новой периферии очень удобно пользоваться проектами-примерами. А для QTouch есть еще специальный плагин QTouch Composer, который делает разработку визуальной. Но если необходимо встроить сенсорные кнопки в уже существующий проект, надо понимать всю последовательность действий и настройки. Сейчас этим и займемся.
Общая схема работы библиотеки приведена на блок схеме:
Добавляем в проект с помощью визарда PTC и RTC.
Конфигурация настраивается в файле touch_config_samd.h. Пройдемся по основным параметрам.
Сначала необходимо выбрать способ определения прикосновений: собственная емкость или совместная. Выбор осуществляется с помощью задания значений соответствующих констант.
#define DEF_TOUCH_MUTLCAP (1u) #define DEF_TOUCH_SELFCAP (0u) Приоритет прерываний от PTC контроллера о завершении преобразования может иметь значения от 0 до 3 (0 самый высокий приоритет). И устанавливается с помощью дефайна:
#define DEF_TOUCH_PTC_ISR_LVL (1u) Как уже упоминалось выше, для определения прикосновения с помощью совместной емкости необходимо две линии: X и Y. У samd21 16 линий X и Y. В данном случае (использования отладки с платой расширения) у нас нет выбора на какую пару линий какую кнопку/слайдер/ротор заводить. Порядок указания пар выводов задает номера каналов. Для ротора/слайдера обязательно использовать одну и ту же линию Y для всех каналов. Указание линий осуществляется с помощью соответствующего дефайна:
#define DEF_MUTLCAP_NODES X(8), Y(10), X(9), Y(10), X(2), Y(12), X(3), Y(12), \ X(8), Y(12), X(9), Y(12), X(2), Y(13), X(3), Y(13), \ X(8), Y(13), X(9), Y(13) Указываем количество каналов (для кнопки всегда 1 канал, для ротора/слайдера от 3 до 8). В нашем случае используется 2 кнопки и по 4 канала на ротор и слайдер, всего 10 каналов:
#define DEF_MUTLCAP_NUM_CHANNELS (10) /* Total number of channels */ Указываем количество сенсоров (у нас 2 кнопки, один слайдер и один ротор итого 4):
#define DEF_MUTLCAP_NUM_SENSORS (4) /* Total number of sensors */ Указываем количество роторов/сенсоров (у нас один слайдер и один ротор итого 2):
#define DEF_MUTLCAP_NUM_ROTORS_SLIDERS (2) /* Number of rotor sliders */ Переходим к указанию параметров преобразования.
Уровень фильтрации влияет на точность и скорость преобразования. Чем выше уровень (от 1 до 64), тем больше семплов приходится на 1 преобразование, что улучшает соотношение шум/сигнал, но увеличивает время преобразования.
#define DEF_MUTLCAP_FILTER_LEVEL FILTER_LEVEL_32 /* Filter level */ Усиление сигнала с сенсоров настраивается поканально. Диапазон значений от 1 до 32.
#define DEF_MUTLCAP_GAIN_PER_NODE GAIN_1, GAIN_1, GAIN_1, GAIN_1, GAIN_1, \ GAIN_1, GAIN_1, GAIN_1, GAIN_1, GAIN_1 Устанавливаем период опроса в миллисекундах.
#define DEF_TOUCH_MEASUREMENT_PERIOD_MS 20u Как и для механических кнопок, для сенсорных предусмотрен своеобразный антидребезг. Он заключается в том, что вы указываете в течении скольки циклов измерения уровень сигнала должен превышать пороговый для детектирования прикосновения к кнопке/ротору/слайдеру.
#define DEF_MUTLCAP_DI 4u Бывает так, что какой-то предмет долго касается сенсора. В таком случае необходимо через некоторое время перекалибровать сенсор с учетом новых условий работы. Для установки времени, через которое происходит перекалибровка, используется специальная константа. Время устанавливается в единицах 200 мс (т.е. значение 5 соответствует 1 сек). Если время установить в 0, то автоматическая рекалибровка проводиться не будет.
#define DEF_MUTLCAP_MAX_ON_DURATION 0u Можно разрешить или запретить вывод отладочный информации для Qtouch Analyzer:
<cut />#define DEF_TOUCH_QDEBUG_ENABLE 0u По каким-то своим странным соображениям Atmel не включил стандартных функций инициализации PTC (как с другой периферией) и определение нескольких необходимых констант. Поэтому это все надо делать самостоятельно. Чем мы сейчас и займемся.
Прежде всего нам необходимо инициализировать RTC, так как по прерываниям от него будут проверяться срабатывания кнопок в нашем случае. Настраиваем RTC, регистрируем callback, пишем код для callback. RTC будет генерировать прерывания раз в 1 мсек, если прошло столько мсек, сколько у нас интервал между считыванием кнопок, то выставляем соответствующий флаг, который будет проверяться в main.
Необходимые объявления:
// RTC Interrupt timing definition #define TIME_PERIOD_1MSEC 33u /* ! QTouch Library Timing info. */ touch_time_t touch_time; volatile uint16_t touch_time_counter = 0u; struct rtc_module rtc_instance; Необходимые функции: void rtc_overflow_callback(void) { /* Do something on RTC overflow here */ if(touch_time_counter == touch_time.measurement_period_ms) { touch_time.time_to_measure_touch = 1u; touch_time.current_time_ms = touch_time.current_time_ms + touch_time.measurement_period_ms; touch_time_counter = 0u; } else { touch_time_counter++; } } void configure_rtc_callbacks(void) { /* register callback */ rtc_count_register_callback(&rtc_instance, rtc_overflow_callback, RTC_COUNT_CALLBACK_OVERFLOW); /* Enable callback */ rtc_count_enable_callback(&rtc_instance,RTC_COUNT_CALLBACK_OVERFLOW); } void configure_rtc_count(void) { struct rtc_count_config config_rtc_count; rtc_count_get_config_defaults(&config_rtc_count); config_rtc_count.prescaler = RTC_COUNT_PRESCALER_DIV_1; config_rtc_count.mode = RTC_COUNT_MODE_16BIT; config_rtc_count.continuously_update = true; /* initialize rtc */ rtc_count_init(&rtc_instance,RTC,&config_rtc_count); /* enable rtc */ rtc_count_enable(&rtc_instance); } void timer_init(void) { /* Configure and enable RTC */ configure_rtc_count(); /* Configure and enable callback */ configure_rtc_callbacks(); /* Set Timer Period */ rtc_count_set_period(&rtc_instance,TIME_PERIOD_1MSEC); }
Теперь нужно настроить сам PTC. Сначала добавляем необходимые структуры:
static touch_mutlcap_config_t mutlcap_config = { DEF_MUTLCAP_NUM_CHANNELS, /* Mutual Cap number of channels. */ DEF_MUTLCAP_NUM_SENSORS, /* Mutual Cap number of sensors. */ DEF_MUTLCAP_NUM_ROTORS_SLIDERS, /* Mutual Cap number of rotors and sliders. */ /* Mutual Cap GLOBAL SENSOR CONFIGURATION INFO. */ { DEF_MUTLCAP_DI, /* uint8_t di; Sensor detect integration (DI) limit. */ /* Interchanging Negative and Positive Drift rate, since Signal increases on Touch. */ DEF_MUTLCAP_ATCH_DRIFT_RATE, /* uint8_t neg_drift_rate; Sensor negative drift rate. */ DEF_MUTLCAP_TCH_DRIFT_RATE, /* uint8_t pos_drift_rate; Sensor positive drift rate. */ DEF_MUTLCAP_MAX_ON_DURATION, /* uint8_t max_on_duration; Sensor maximum on duration. */ DEF_MUTLCAP_DRIFT_HOLD_TIME, /* uint8_t drift_hold_time; Sensor drift hold time. */ DEF_MUTLCAP_ATCH_RECAL_DELAY, /* uint8_t pos_recal_delay; Sensor positive recalibration delay. */ DEF_MUTLCAP_CAL_SEQ1_COUNT, DEF_MUTLCAP_CAL_SEQ2_COUNT, DEF_MUTLCAP_ATCH_RECAL_THRESHOLD, /* recal_threshold_t recal_threshold; Sensor recalibration threshold. */ }, { mutlcap_gain_per_node, /* Mutual Cap channel gain setting. */ DEF_MUTLCAP_FREQ_MODE, /* Mutual Cap noise counter measure enable/disable. */ DEF_MUTLCAP_CLK_PRESCALE, DEF_MUTLCAP_SENSE_RESISTOR, DEF_MUTLCAP_CC_CAL_CLK_PRESCALE, DEF_MUTLCAP_CC_CAL_SENSE_RESISTOR, mutlcap_freq_hops, DEF_MUTLCAP_FILTER_LEVEL, /* Mutual Cap filter level setting. */ DEF_MUTLCAP_AUTO_OS, /* Mutual Cap auto oversamples setting.*/ }, mutlcap_data_blk, /* Mutual Cap data block index. */ PRIV_MUTLCAP_DATA_BLK_SIZE, /* Mutual Cap data block size. */ mutlcap_xy_nodes, /* Mutual Cap channel nodes. */ DEF_MUTLCAP_QUICK_REBURST_ENABLE, DEF_MUTLCAP_FILTER_CALLBACK /* Mutual Cap filter callback function pointer. */ }; touch_config_t touch_config = { &mutlcap_config, /* Pointer to Mutual Cap configuration structure. */ NULL, DEF_TOUCH_PTC_ISR_LVL, /* PTC interrupt level. */ };
Макросы:
#define GET_MUTLCAP_SENSOR_STATE(SENSOR_NUMBER) p_mutlcap_measure_data-> \ p_sensor_states[(SENSOR_NUMBER / \ 8)] & (1 << (SENSOR_NUMBER % 8)) Дефайны:
#define DEF_MUTLCAP_CAL_SEQ1_COUNT 8 #define DEF_MUTLCAP_CAL_SEQ2_COUNT 4 #define DEF_MUTLCAP_CC_CAL_CLK_PRESCALE PRSC_DIV_SEL_8 #define DEF_MUTLCAP_CC_CAL_SENSE_RESISTOR RSEL_VAL_100 #define DEF_MUTLCAP_QUICK_REBURST_ENABLE 1u #define PTC_APBC_BITMASK (1u << 19u) Переменные:
static uint8_t mutlcap_data_blk[PRIV_MUTLCAP_DATA_BLK_SIZE]; uint16_t mutlcap_xy_nodes[DEF_MUTLCAP_NUM_CHANNELS * 2] = {DEF_MUTLCAP_NODES}; gain_t mutlcap_gain_per_node[DEF_MUTLCAP_NUM_CHANNELS]= {DEF_MUTLCAP_GAIN_PER_NODE}; freq_hop_sel_t mutlcap_freq_hops[3u] = {DEF_MUTLCAP_HOP_FREQS}; Функция конфигурации тактирования PTC:
void touch_configure_ptc_clock(void) { struct system_gclk_chan_config gclk_chan_conf; system_gclk_chan_get_config_defaults(&gclk_chan_conf); gclk_chan_conf.source_generator = GCLK_GENERATOR_3; system_gclk_chan_set_config(PTC_GCLK_ID, &gclk_chan_conf); system_gclk_chan_enable(PTC_GCLK_ID); system_apb_clock_set_mask(SYSTEM_CLOCK_APB_APBC, PTC_APBC_BITMASK); } Конфигурация сенсоров:
touch_ret_t touch_sensors_config(void) { touch_ret_t touch_ret = TOUCH_SUCCESS; sensor_id_t sensor_id; touch_ret = touch_mutlcap_sensor_config(SENSOR_TYPE_KEY, CHANNEL_0, CHANNEL_0, NO_AKS_GROUP, 20u, HYST_6_25, RES_8_BIT,0, &sensor_id); if (touch_ret != TOUCH_SUCCESS) while (1); touch_ret = touch_mutlcap_sensor_config(SENSOR_TYPE_KEY, CHANNEL_1, CHANNEL_1, NO_AKS_GROUP, 20u, HYST_6_25, RES_8_BIT,0, &sensor_id); if (touch_ret != TOUCH_SUCCESS) while (1); touch_ret = touch_mutlcap_sensor_config(SENSOR_TYPE_ROTOR, CHANNEL_6, CHANNEL_9, NO_AKS_GROUP, 20u, HYST_6_25, RES_8_BIT,0, &sensor_id); if (touch_ret != TOUCH_SUCCESS) while (1); touch_ret = touch_mutlcap_sensor_config(SENSOR_TYPE_SLIDER, CHANNEL_2, CHANNEL_5, NO_AKS_GROUP, 20u, HYST_6_25, RES_8_BIT,0, &sensor_id); if (touch_ret != TOUCH_SUCCESS) while (1); return (touch_ret); } touch_ret_t touch_sensors_init(void) { touch_ret_t touch_ret = TOUCH_SUCCESS; /* Setup and enable generic clock source for PTC module. */ touch_configure_ptc_clock(); touch_time.measurement_period_ms = DEF_TOUCH_MEASUREMENT_PERIOD_MS; /* Initialize touch library for Mutual Cap operation. */ touch_ret = touch_mutlcap_sensors_init(&touch_config); if (touch_ret != TOUCH_SUCCESS) { while (1u); /* Check API Error return code. */ } #if DEF_TOUCH_QDEBUG_ENABLE == 1 QDebug_Init(); #endif /* configure the touch library sensors. */ touch_ret = touch_sensors_config(); if (touch_ret != TOUCH_SUCCESS) { while (1u); /* Check API Error return code. */ } /* Auto Tuning setting for calibration. * * AUTO_TUNE_PRSC: When Auto tuning of pre-scaler is selected * the PTC uses the user defined internal series resistor setting * (DEF_MUTLCAP_SENSE_RESISTOR) and the pre-scaler is adjusted * to slow down the PTC operation to ensure full charge transfer. * * AUTO_TUNE_RSEL: When Auto tuning of the series resistor is * selected the PTC runs at user defined pre-scaler setting speed * (DEF_MUTLCAP_CLK_PRESCALE) and the internal series resistor is * tuned automatically to the optimum value to allow for full * charge transfer. * * AUTO_TUNE_NONE: When manual tuning option is selected (AUTO_TUNE_NONE), * the user defined values of PTC pre-scaler and series resistor is used * for PTC operation as given in DEF_MUTLCAP_CLK_PRESCALE and * DEF_MUTLCAP_SENSE_RESISTOR * */ touch_ret = touch_mutlcap_sensors_calibrate(AUTO_TUNE_RSEL); if (touch_ret != TOUCH_SUCCESS) { while (1u); /* Check API Error return code. */ } return (touch_ret); }
void touch_mutlcap_measure_complete_callback( void ) { #if DEF_TOUCH_QDEBUG_ENABLE == 1 /* Send out the Touch debug information data each time when Touch * measurement process is completed . * The Touch Signal and Touch Delta values are always sent. * Touch Status change, Rotor-Slider Position change and Sensor * Reference * values can be optionally sent using the masks below. */ QDebug_SendData( TOUCH_CHANNEL_REF_CHANGE | TOUCH_ROTOR_SLIDER_POS_CHANGE | TOUCH_STATUS_CHANGE ); /* QT600 two-way QDebug communication application Example. */ /* Process any commands received from QTouch Studio. */ QDebug_ProcessCommands(); #endif if (!(p_mutlcap_measure_data->acq_status & TOUCH_BURST_AGAIN)) { /* Set the Mutual Cap measurement done flag. */ p_mutlcap_measure_data->measurement_done_touch = 1u; } } touch_ret_t touch_sensors_measure(void) { touch_ret_t touch_ret = TOUCH_SUCCESS; if (touch_time.time_to_measure_touch == 1u) { /* Start a touch sensors measurement process. */ touch_ret = touch_mutlcap_sensors_measure( touch_time.current_time_ms, NORMAL_ACQ_MODE, touch_mutlcap_measure_complete_callback); if ((touch_ret != TOUCH_ACQ_INCOMPLETE) && (touch_ret == TOUCH_SUCCESS)) { touch_time.time_to_measure_touch = 0u; } else if ((touch_ret != TOUCH_SUCCESS) &&(touch_ret != TOUCH_ACQ_INCOMPLETE)) { while (1); /* Reaching this point can be due to - * 1. The api has retured an error due to a invalid * input parameter. * 2. The api has been called during a invalid Touch * Library state. */ } } return (touch_ret); }
В main необходимо инициализировать таймер RTC, инициализировать PTC, настроить sleep режим (по необходимости), и разрешить глобальные прерывания:
//Initialize timer. (RTC actually
timer_init();
//Initialize QTouch library and configure touch sensors.
touch_sensors_init();
NVMCTRL->CTRLB.bit.SLEEPPRM = 3;
system_set_sleepmode(SYSTEM_SLEEPMODE_STANDBY);
Пусть в простейшем случае у нас индицируется светодиодами прикосновение к кнопке и позиция слайдера. Ротор трогать не будем.
В while(1) необходимо добавить функцию засыпания (при необходимости), функцию обработки прикосновения и зажигания соответствующих светодиодов для индикации прикосновения:
// Goto STANDBY sleep mode, unless woken by timer or PTC interrupt. system_sleep(); // Start touch sensor measurement, if touch_time.time_to_measure_touch flag is set by timer. touch_sensors_measure(); if ((p_mutlcap_measure_data->measurement_done_touch == 1u)) { p_mutlcap_measure_data->measurement_done_touch = 0u; // Get touch sensor states button1_state = GET_MUTLCAP_SENSOR_STATE(0); button2_state = GET_MUTLCAP_SENSOR_STATE(1); rotor_state = GET_MUTLCAP_SENSOR_STATE(2); slider_state = GET_MUTLCAP_SENSOR_STATE(3); if (button1_state) { if(button_pressed!=1) { port_pin_set_output_level(LED_8_PIN, 0); button_pressed=1; } } else { port_pin_set_output_level(LED_8_PIN, 1); if (button_pressed==1) { button_pressed=0; } } if (button2_state) { if(button_pressed!=2) { port_pin_set_output_level(LED_9_PIN, 0); button_pressed=2; } } else { port_pin_set_output_level(LED_9_PIN, 1); if (button_pressed==2) { button_pressed=0; } } // Clear all slider controlled LEDs port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_5_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_6_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_7_PIN, 1); // If slider is activated if(slider_state) { // Parse slider position slider_position = GET_MUTLCAP_ROTOR_SLIDER_POSITION(1); slider_position = slider_position >> 5u; switch(slider_position) { case 0: port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0); break; case 1: port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0); break; case 2: port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0); break; case 3: port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 0); break; case 4: port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 0); break; case 5: port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_5_PIN, 0); break; case 6: port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_5_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_6_PIN, 0); break; case 7: port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_5_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_6_PIN, 0); port_pin_set_output_level(LED_7_PIN, 0); break; default: port_pin_set_output_level(LED_0_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_1_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_2_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_3_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_4_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_5_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_6_PIN, 1); port_pin_set_output_level(LED_7_PIN, 1); break; } } }//measurement done flag
Компилируем, заливаем, наслаждаемся.
ссылка на оригинал статьи http://geektimes.ru/post/266890/
Добавить комментарий