MSP430电容触摸系统驱动电路
电容触摸技术作为一种实用、时尚的人机交互方式，已经被广泛的应用到各种电子产品，小到电灯开关，大到平板电脑、触摸桌等。随之而来的是考验产品设计者如何发挥智慧，在把产品用户界面设计得方便简洁的同时，又能呈现产品绚丽的外观，从而带来良好的用户体验。LED 显示由于界面友好，可以实时反映触摸的位置信息，在电容触摸产品设计中得到广泛应用。本设计正是利用了大量的LED 来实现呼吸灯、轨迹灯的特效，可以为例如灯光、音量、温度等带有调节功能的产品提供设计参考。
电容触摸实现原理
MSP430 根据型号的不同支持多种电容触摸检测方式，有RC 震荡、比较器、PIN RO，本设计使用的是PIN RelaxaTIon Oscillator 方式，原理如图1，芯片管脚内部检测电路由施密特触发器、反向器，以及一个电阻组成，震荡信号经过施密特触发器变成脉冲信号，再通过反向器反馈回RC 电路，通过TImer_A对施密特触发器的输出进行记数，再通过设置测量窗口Gate 获得记数的结果。当手指触摸电极，电极上的C 产生变化，导致震荡频率改变，这样在定长的测量窗口就能获得不同的记数结果，一旦差值超过门限，结合一定的滤波算法判断就可以触发触摸事件。
图 1 PIN RO 原理图
LED PWM 驱动方案实现
要实现LED 呼吸的效果，就要求LED 进行PWM 调光，而要实现轨迹灯的效果，每一路LED必须是独立的PWM 控制。本应用由于使用了24 个LED 灯，需要24 路的PWM 输出控制，MSP430G2955 有32 个IO口，通过IO 口配合TIMER 定时器，足够支持24 路的软件PWM 输出。本实例采用德州仪器MSP430G2955 ，通过6 个IO 完成电容触摸检测，24 个IO 驱动24路LED，并预留了通讯口。设计实例如图 4
图 4 实例演示图
电路设计
原理图设计如图 4， MCU 通过一个5V 转3.3V 的LDO 给VCC 供电，使用LDO 的目的是为了保证电源的稳定，让触摸电路在检测信号时不会因为电源的噪声产生过大的信号偏差。电极上串的电阻作为ESD 保护器件，如果在产品结构设计合理的情况下可以省去。电路中预留了UART 口与主控系统通讯。
图 5 MCU 电路
LED 驱动部分电路如图 5， 由于每一个LED 的电流在10mA 左右，24 个LED 如果同时亮就有240mA，无法通过MCU IO 口直接驱动，在每个LED 上加一个三极管以及限流电阻，实现24路LED 的控制。
图 6 LED 驱动电路
本文介绍了使用MSP430G 系列单芯片实现电容触摸转轮和24 路独立PWM 输出LED 控制方案，在一些需要低成本的产品设计，又要对多种LED 特效控制的场合，有很大的使用价值。 MSP430 系列单片机以低功耗和外设模块的丰富性而著称，而针对电容触摸应用，MSP430 的PIN RO 电容触摸检测方式支持IO 口直接连接检测电极，不需要任何外围器件，极大的简化了电路设计，而本设计文档中使用的MSP430G2XX5 更支持多达 32 个IO 口，可驱动24 个以上的LED 灯，达到理想的显示效果。MSP430 电容触摸转轮方案通过4 个IO 口完成4 个通道的电容检测，配合特殊的电极图形，就可实现转轮的设计。
本文设计实现了一种以CC24 30为核心的无线传感器网络。其中，传感器模块包括有温湿度传感器SHTll、红外传感器BS520、光照度传感器PGM5506。
无线传感器网络系统总体结构
无线传感器网络是对周围环境的温度、湿度、光、加速度等信息进行监控和管理的技术。这种无线传感器节点中内置了传感器、传感器控制电路、 CPU、无线通信模块、天线、电源装置等，通过Ad-Hoc通信技术，可以与周围的传感器节点一起把数据传输到汇聚节点。本文介绍的无线传感器网络由一个汇聚节点和多个传感器节点组成，通过汇聚节点上传到远程主机。系统的总体结构如图1所示。
硬件电路的设计
CC2430是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统。CC2430只需要很少的外接元件就可以运行，其内部已集成了大量必要的电路，因此采用较少的外围电路即实现信号的收发功能。图2为CC2430基本电路设计。
图2中C1，C2为22pF的电容，连接32 MHz的晶振电路，此石英晶振用于正常工作使用。C3，C4为15 pF的电容，连接32．768 kHz的晶振电路，此石英晶振用于休眠时工作，从而降低功耗。C5=O．1μF，用于去除一些杂波干扰，防止单片机错误复位。C6～C8分别为100 nF，220nF，220 nF，用作滤波，去除杂波干扰使电压更稳定。C9=5．6 pF，电路中非平衡变压器由电容C9和电感L1，L2，L3以及一个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入／输出匹配电阻（50 Ω）的要求，L1，L2，L3分别为8．2 nH，22 nH，1．8 nH。C10，C11，C12，C13，C14为去耦合电容，用于电源滤波，以提高芯片工作的稳定性。偏置电阻器R1，R2分别为43 kΩ，56 kΩ，R1用于为32 MHz晶体振荡器设置精密偏置电流。
由于CC2430芯片具有低功耗的特性，选用2节2 800 mAh的干电池为节点机供电。天线选用外置天线。CC2430与温湿度传感器SHTll，光照度传感器PGM5506，红外传感器BS520连接原理图如图3所示，其中P0．O，P0．1，P0．6，P1．2和P1．3为CC2430的I／O端口。
SHTll采用两线串行线和处理器进行数据通信，SCK数据线负责处理器和SHTll的通讯同步；DATA三态门用于数据的读取。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻将信号提拉至高电平，图3显示CC2430的引脚P1．2用于SCK，P1．3用于 DATA。
光照度传感器PGM5506实际就是一个光敏电阻，随着周边环境的光量而改变电阻值，从而输入3 V电压受到随着光量而变化的光敏电阻的影响，因而输出电压值改变。在测定输出电压值的LIGHTOUT中，可以根据变化的电压量感知光量。图3显示 CC2430的引脚P0．0连接LIGHT OUT。红外传感器BS520，随着红外线的强弱输出A／D也变化，因此CC2430处理器可以根据输入的电流变化量来测定红外线值。图3显示 CC2430的引脚PO．1连接INFRARED ADC，通过对无线传感器网络系统的设计和对CC2430的了解，ZigBee技术未来的应用前景被看好。未来的几年里，它将在工业控制、汽车自动化、楼宇自动化、消费电子等多个领域实现应用。
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