可编程片上系统 (PSoC) 控制器是特别为家用电器而设计的解决方案，能够简化添加显示屏、触摸感应等新功能的过程，从而塑造更优的产品特性。
技术干货
● 可编程片上系统(PSoC)系统控制器配有的模拟和数字外设，与高度可配置的信号和数据总线网格矩阵相联，从而增加了灵活度，推动更优质的产品更快上市。
● 定制数字模块可用于多路 LED 控制，从系统 CPU 上卸载正在运行的任务。
● 可编程模拟模块能够减少外部信号调节电路的数量(这些调节电路是集成多个模拟传感器所需的)。
大型家电通常需要使用多个集成电路 (IC) 来实现不同的功能，包括用户界面(UI)、感应和进程控制。对于烤箱、洗衣机以及电冰箱等家电来说，美观的 UI 设计是一大主要产品特性。家电 UI 设计通常使用电容式触摸感应，其界面的坚固性以及“视觉和触感”均是机械按钮无法比拟的。除了触摸感应之外，家电 UI 还需要提供音频和视觉反馈功能。同时，大型家电也需要额外的 IC 来感应、测量物理量、运行进程和功能选择以及驱动最终控制元件。制造商可以选择将多个家电功能集成到单个可编程 PSoC 控制器中，无须使用多个 IC。该解决方案非常灵活，并且成本低，让家电制造商能够轻松地为其产品增加各种各样的特色功能。
图1：可编程片上系统 (PSoC) 控制器(右)比基于 MCU的系统(左)具有更高的集成度和功能水平，能够降低成本并简化产品差异化过程。
想要把大型家电等复杂系统的多个功能集成到单个 IC 中，就需要采用不同的设计方法。具体来说，PSoC 控制器配有的模拟和数字外设，与高度可配置的信号和数据总线网格矩阵相联，能够进行多种不同的定制设计。
图2：家用电器的 PSoC 配置框图显示了如何简化添加显示屏和触摸感应等功能，以加速定制设计开发。
用户界面 - 触控感应
UI 是 PSoC 控制器上最重要的集成功能之一。电容式触摸传感器在美学设计上具有优势，并易于使用。与按钮、旋钮等机械部件相比，其使用寿命更长。然而，家用电器对前端面板设计的要求非常严格。
● 需要较厚的覆盖层(覆盖在 PCB 印制电路板上的电介质材料)，通常大于 5 mm。
● 为了避免发生误触，传感器需要消除家电产生的电子噪音的影响。
为了满足这些要求，电容式传感器需要具备较高的信噪比 (SNR)。此外，涉及液体或在液体环境下使用的电器需要配置具有防水性的触控面板。这样，即便是在面板上溅水或者泼水也不会造成误触。
另一方面，机械按钮和旋钮能够提供触觉反馈，用户可以知晓是否按下了按钮以及旋钮的扭转位置。配置了触摸感应功能的家电也可以有触觉反馈，可以使用小型电机产生振动以响应触摸指令。然而，这种触觉反馈对于大型家电来说是不切实际的。设计电容触控 UI 时，开发人员应确保所用的电容传感器能够提供足够的视觉和听觉反馈。
请参考以下径向滑块案例。径向滑块是一种旋转控制器，类似于旋钮，通常用于控制连续变量，例如烤箱的热度(温度)。滑块能够检测手指的移动动作，移动幅度则被读取为输入数值。实际上，印制电路板上的滑块布局是由多个单独的传感器组成的(见图3)。所有传感器信号均用于计算手指在滑块上的位置。
图3：在径向滑块中，有 7 个传感器产生信号以计算手指所在位置。分布在滑块周围的 LED 灯用于提供视觉反馈，从而追踪手指移动位置;压电扬声器由集成在控制器上的 PWM 进行驱动，能够提供额外的音频反馈。
如示例所示，把 LED 灯组安装在滑块周围，以提供视觉反馈。LED 灯组由控制器打开，由此跟踪用户的手指位置。此外，压电扬声器能够提供音频反馈，而该扬声器是由集成在控制器上的 PWM 模块所驱动的。
屏蔽电极等其它印制电路板元件也可以为前端面板提供防水性。添加接近感应功能等其他功能时也能应用电容感应技术，可以给 UI 带来更直观的感觉。接近感应功能使前端面板能够检测用户的手正在接近面板，以便系统可以自动启动面板。另外，还可以运用多个接近传感器检测手势。
用户界面 - 显示屏
UI 中通常使用段式 LCD 和 LED 来显示字母和数字数据。段式LCD 相对便宜，能耗较低，还可以由系统控制器直接驱动。与 LCD 相比，段式 LED 可以提供良好的视角，不需要背光。
而段式 LED 可以多路复用，从而减少所需的引脚数。通常来说，多路复用应用于固件中。基于固件的LED驱动消耗宝贵的CPU周期，导致显示刷新不均匀或不可靠，这取决于固件。。PSoC 控制器内的可编程数字模块为定制 LED 复用逻辑的执行提供了更有效的方法(见图 4)。由可编程数字模块创建的电路独立于 CPU 工作，类似于一个外部 LED 驱动器。
图 4：使用可编程数字模块的定制 LED 驱动器在高效设计表现出更出色的显示性能;要注意的是，此版本仅使用 5 个引脚来驱动 20 个 LED。
其他整合
大型家电包含多个模拟传感器，可以测量温度、液位等数值。而减少外部信号调节电路数量的有效方式就是使用控制器内的可编程模拟模块。例如，使用可编程模拟模块整合负载测量电路与温度补偿(见图 5)。
图 5：PSoC 控制器具有可编程模拟模块，可以减少需要的外部信号调节电路的数量，例如，本例中的温度补偿与负载测量电路整合。
可编程模拟和数字模块还可以简化家电中的最终控制元件驱动，例如加热线圈或电机。
有了精密的规划和设计，开发人员可以将多个功能集成到单个 PSoC 中，从而优化他们的家电产品。这样做不仅可以降低物料成本，增加灵活性(只需稍微修改固件，多个大型家电也可以使用单个设备)，还可以制造更具特色的产品功能。
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